摘 要

目前国内外相关研究的专家对复合地基的桩土应力比影响因素的研究主要来源于理论上的分析，但由于各类理论算法假设条件不同导致结果差异较大，因此业界还没有形成统一的理论。本文在现有文献研究的基础上，通过有限元软件进行数值模拟分析，重点研究了上覆路堤荷载向下传递到桩端时，桩土应力比受到桩与地基土的材料参数和几何性质等改变时的变化规律。分别对桩间距、桩径、桩土弹性模量及路堤高度等一系列条件改变时桩土应力比的变化规律进行分析和总结，并结合已有成果进行对比研究得出结论。本文具体内容包括：

（1）通过对模型计算分析可知：桩间距、桩径、路堤黏聚力、内摩擦角、持力层弹性模量、褥垫层弹性模量和高度等对复合地基的桩土应力比产生影响。

（2）通过国内外文献及试验来选取参数，对模型中的桩土沉降及差异沉降和桩土应力比随上述影响因素的变化进行了记录，并根据现结果分析了桩间距、桩径、褥垫层弹性模量等因素对桩土应力比的影响。

（3）根据模型数值计算对桩土应力比和沉降进行了分析，对不同桩径、桩间距、路基填土黏聚力、内摩擦角和垫层厚度等因素对桩土应力比的影响进行了分析，分析结果得出：桩间距、桩径、路堤高度、持力层弹性模量和褥垫层高度与桩土应力比呈正相关，即桩土应力比随这五个因素的增加而增大；路堤填土黏聚力和内摩擦角以及褥垫层弹性模量与桩土应力比呈负相关，即桩土应力比随这三个因素的增加而减小。

关键词：桩土应力比；复合地基；荷载传递；数值计算

Sensitivity Analysis of Pile - soil Stress Ratio Influencing Factors

ABSTRACT

(1) Through the calculation and analysis of the model, we can see that the pile-to-soil stress ratio of pile foundation, pile diameter, embankment cohesion, internal friction angle, elastic modulus of holding layer, elastic modulus and height of cushion influences.

(2) Through domestic and foreign literature and test to select parameters. The pile-soil settlement, differential settlement and pile-soil stress ratio in the model are recorded with the above-mentioned influencing factors. Based on the present results, the pile-to-pile ratio, pile diameter, cushion modulus and other factors are analyzed. Impact.

(3) According to the model numerical calculation, the stress ratio and settlement of pile and soil are analyzed. The effects of different pile diameter, pile spacing, subgrade fill force, internal friction angle and cushion thickness on pile-soil stress ratio The results show that the pile spacing, pile diameter, embankment height, elastic modulus of the holding layer and the height of the cushion are positively correlated with the pile-soil stress ratio, that is, the pile-soil stress ratio increases with the increase of these five factors And the elastic modulus of the cushion layer is negatively correlated with the pile-soil stress ratio, that is, the pile-soil stress ratio decreases with the increase of these three factors.

Key words: pile - soil stress ratio; composite foundation; load transfer; numerical calculation

目 录

摘 要 I

ABSTRACT II

目 录 III

1 绪论 - 1 -

1.1 研究背景 - 1 -

1.2 桩土应力比的研究现状 - 1 -

1.2.1 复合地基研究现状 - 1 -

1.2.2 复合地基桩土应力比研究现状 - 2 -

1.2.3 桩承式路堤工作性状影响因素的研究性状 - 4 -

1.2.4 桩土应力比影响因素的研究现状 - 6 -

1.3 本文主要研究内容 - 8 -

1.3.1 存在的问题及不足 - 8 -

1.3.2 主要研究内容 - 9 -

1.4 论文工作及步骤 - 10 -

2 复合地基应力比基本模型数据分析 - 11 -

2.1 引言 - 11 -

2.2 有限元程序简介 - 11 -

2.3 基本算例计算模型及其参数的选择 - 11 -

2.3.1 计算模型及其参数的选择 - 11 -

2.3.2 输出结果及相关分析 - 13 -

2.3.3 计算结果及分析 - 16 -

2.4 本章小结 - 16 -

3 桩土应力比影响因素的敏感性分析 - 17 -

3.1 桩对桩土应力比的影响分析 - 17 -

3.1.1 桩间距对桩土应力比的影响分析 - 17 -

3.1.2 桩径对桩土应力比的影响分析 - 20 -

3.2 路堤填土对桩土应力比的影响分析 - 23 -

3.2.1 路堤填土黏聚力对桩土应力比的影响分析 - 23 -

3.2.2 路堤填土内摩擦角对桩土应力比的影响分析 - 25 -

3.2.3 路堤高度对桩土应力比的影响分析 - 28 -

3.3 持力层弹性模量对桩土应力比的影响分析 - 31 -

3.4 褥垫层对桩土应力比的影响分析 - 34 -

3.4.1 褥垫层的弹性模量对桩土应力比的影响分析 - 34 -

3.4.2 褥垫层的高度对桩土应力比的影响分析 - 37 -

3.5 本章小结 - 40 -

4 结论与展望 - 41 -

4.1 结论 - 41 -

4.2 存在的问题及展望 - 41 -

致 谢 - 43 -

参考文献 - 44 -

1 绪论

1.1 研究背景

伴随着科学技术和社会的飞速发展，房屋建筑的高度也在不断增加，高速公路、高速铁路的建设也随之发展飞速，机场、水库等公共设施的大量兴建，各种工程对地基承载力的要求越来越高，对桩土沉降和其差异沉降的控制也越来越严格。而桩土应力比作为评价复合地基承载能力的最重要指标之一，我们从各类工程建筑中通过测试研究了解到有着很多因素都会影响桩土应力比，充分研究这些因素对桩土应力比的影响情况，对桩土应力比的正确应用有重要意义。

桩土应力比是研究计算复合地基承载力的重要参数。对桩土应力比和桩及桩间土之间应力分布的研究，对提高各类复合地基的整体承载效率，控制桩土沉降量和合理分配桩与桩间土土承担的荷载有重要的意义。为了给设计理论和计算方法提供参考，我们需要研究桩土应力比与各种地质参数等因素之间的关系，并为进一步研究桩土应力比与桩土沉降之间的关系提供依据。

1.2 桩土应力比的研究现状

1.2.1 复合地基研究现状

随着科学技术的发展，地基处理技术的研究也更进一步，由此而产生的复合地基在土木工程中得到了越来越广泛的应用。根据复合地基的荷载传递方式，复合地基被业界学者分成竖向增强体复合地基和水平向增强体复合地基两类，其中又根据地基中桩的特性把竖向增强体复合地基分成散体材料桩复合地基、柔性桩复合地基和刚性桩复合地基三种。竖向增强体复合地基如图1.1所示。

龚晓南等^[1]经过试验研发出的二灰混凝土复合地基，是通过对桩中的材料如砂、粉煤灰、水泥、石灰、石子的配合比以及复合地基的设计计算、力学性能进行了全面的研究所得，并根据现场试验结果，在高层建筑和高速公路等工程中进行了应用。