散体材料桩复合地基承载机理及其按变形控制设计理论研究

散体材料桩复合地基技术因其良好的加固效果而广泛应用于软土路基的加固处理。但因其材料的非均质性、承载过程中的大变形特性、土体的固结及时效以及桩土间的相互作用等诸多因素的影响，其荷载传递过程极为复杂；加之试验及测试手段的局限性，故承载机理和变形特性需深入研究。为此，本研究拟从几组室内模型试验入手，深入探讨该类复合地基荷载传递模式、桩土协调变形机制、桩土界面应力应变特征及桩-土共同作用机理，以及桩、土力学参数、群桩效应和时效等因素对复合地基承载能力的影响，并深入分析散体材料桩复合地基固结特点，通过固结微分方程探讨其时间效应；再依据桩-土相互作用力学分析结果，建立桩-土体系微分控制方程，并引入同伦分析方法进行求解，以获得复合地基荷载-变形关系的近似解析解，并提出按变形控制散体材料桩复合地基承载力的设计计算方法，最后通过工程实例进行验证，为散体材料桩复合地基设计和施工提供指导。

本研究从几组室内模型试验入手，深入探讨了该类复合地基荷载传递模式、桩土协调变形机制、路堤-垫层-桩土加固区上下部共同作用机理以及桩、土力学参数、时间、群桩效应等因素对复合地基变形的影响。理论方面，首先，依据路堤-垫层-桩土加固区上下部共同作用的试验分析结果，建立了路堤-垫层-桩土体系共同作用的力学模型，该模型着重考虑了散体材料桩本身与垫层的非线性变形特征，同时引入同伦小参数分析方法对垫层部分进行了求解，在该模型基础上建立了路堤荷载与沉降的关系，实现了路堤荷载下按变形对散体材料桩复合地基承载力进行设计计算的研究目标；其次，考虑桩土界面荷载非线性传递机制，改进了传统剪切位移法，推导出在桩顶荷载与邻桩共同影响的单桩沉降模型，得到了桩土体系变形柔度矩阵，继而建立了考虑群桩效应的散体材料桩复合地基沉降计算方法；最后，根据室内试验分析成果，考虑散体材料桩自身固结，建立了碎石桩固结微分方程并得到了解析解。