长短桩复合地基协同工作机制及变形刚度计算理论研究

以长短桩复合地基基础承载体系为研究对象，采用基底沉降变形一致的基本假定，以单桩变形刚度、单桩复合地基变形刚度研究为基础，研究长短桩复合地基中长桩、短桩及桩间土体的相互作用机制及其变形刚度计算理论。桩间土体按粘弹塑性模型假定，研究竖向荷载作用下单桩变形刚度的发挥系数；桩体按弹性假定，基于非线性荷载位移法研究复合地基中桩土相互作用机制，以及单桩复合地基的变形刚度计算理论；依据长短桩复合地基的协同工作假定，研究长桩侧摩阻力和端阻力与短桩侧摩阻力和端阻力发挥过程中的相互作用机理，进一步研究带褥垫层长短桩复合地基在竖向荷载作用下，长桩、短桩和桩间土之间的荷载分配机制和变化过程；为长短桩复合地基基础基于承载力和变形控制条件的空间变刚度设计理论和方法的建立奠定一定的理论基础。

以刚性长短桩复合地基基础承载体系为研究对象，通过刚性长短桩复合地基现场静载荷试验，研究了桩-土应力分布、桩土应力比、荷载分担比、桩身轴力、桩侧摩阻力和水平位移等参数的变化规律及特征。依据长短桩复合地基的协同工作假定，研究了带褥垫层长短桩复合地基在竖向荷载作用下，长桩、短桩和桩间土之间的荷载分配机制和变化过程；推导了刚性桩复合地基褥垫层最佳厚度的设置原则和最小及最大褥垫层厚度的计算公式，提出了长短桩复合地基“发挥度组合法”承载力计算模型，并给出了桩间土、长桩和短桩承载力的发挥系数。基于等沉降准则，采用有限元方法数值模拟分析了单桩复合地基、等长桩复合地基和长短桩复合地基的承载性状，诠释了长短桩复合地基中桩-土间的协同工作机制。给出了单桩复合地基和大面积等长桩复合地基中心处加固区范围内土体压缩量的计算公式；提出了等长桩群桩复合地基中任意位置处桩体计算单元中加固区土体变形刚度的理论计算方法；提出了刚性长短桩复合地基加固区范围内土体压缩量计算方法。项目研究成果为长短桩复合地基基础基于承载力和变形控制条件的空间变刚度设计理论和方法的建立奠定了一定的理论基础。