交通移动荷载下刚性桩复合地基承载机理及其受力变形分析方法研究

With good working performance, rigid pile composite foundation is widely used in soft ground improvement of motorway. But studies in this field primarily focus in statics, lacking in-depth research on bearing mechanisms and deformation characteristics under vehicle-related cyclic load. Based on previous research, taking embankment-foundation cyclic interaction into account, soil tests, model tests and numerical simulations are supposed to be conducted in this study. Soil parameters, evolution of pile-soil interface properties, modes of load diffusion, soil arching effect and pile-soil interaction mechanism will be lucubrated. On this basis, load transfer governing equations of embankment and pile-soil interaction equations are to be established and solved, to obtain the mathematical relationship of load distribution and deformation respectively. In the final step, considering the deformation compatibility of embankment and rigid pile composite foundation, the simultaneous solutions of both sets of equations will be acquired, thus the settlement calculation method of such foundation under traffic load, with pile-soil interaction considered, will be proposed.

刚性桩复合地基因其良好的工作性能，而被广泛应用于高速公路软基处治中，但目前对该处治方法的研究多集中于静力学领域，对于车辆行驶导致的循环动荷作用下，刚性桩复合地基的承载机理与变形特性尚缺乏系统深入的研究。本研究拟从循环动荷下路堤-复合地基上下部共同作用的角度出发，结合前人研究成果，开展相应的土工试验、模型试验以及数值模拟研究，深入分析循环动荷作用下土体材料参数及桩土界面特性演化规律、动荷扩散模式、土拱效应及桩土相互作用机理；在此基础上，分别建立路堤荷载传递控制方程与桩土相互作用控制方程并求解，获得各自荷载分配与变形的数学关系，最后考虑路堤与刚性桩复合地基之间的变形协调，将两者联立并求解，在此基础上，提出交通移动荷载下考虑上下部共同作用的刚性桩复合地基沉降计算方法。

本研究从试验研究、数值研究、理论研究三方面展开。试验研究方面，根据大型室内模型试验分析了刚性桩复合地基在动力荷载作用下的荷载传递规律，并探讨了不同桩间距、布桩形式对路堤沉降的影响；数值研究方面，以工程实例为背景，分析了列车荷载作用下，桩承式路堤中土拱效应的演化过程，探讨了路堤中动应力的传递规律以及影响深度，为现场施工提供参考；在理论研究方面，从弹性力学基本原理和圆薄板微单元出发，将土工格室加筋体视为小挠度弹性薄板，考虑桩土变形及界面摩阻效应的影响，推导出轴对称条件下格室变形控制微分方程，采用 Bessel复变函数构造土工格室挠曲变形解析解答,继而得到计算土工格室网面下部桩土应力比、沉降及桩土差异沉降的计算公式，以期完善双向增强复合地基土工格室体变形计算方法。