考虑土体空间变异性的桩基础承载特性研究

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桩基础是一种承载力高、适用条件广、历史悠久的基础形式,在岩土工程中应用非常广泛,目前其设计采用的基本是确定性设计方法。然而岩土体是自然界的产物,具有很强的空间变异性。因此,研究土体性质的空间变异性对桩基础的影响很有必要。本文考虑土体不排水抗剪强度cu的变异系数、竖向及水平向相关距离、分布形式以及非平稳性等因素,应用随机有限元法研究了土性参数的空间变异性对单桩承载性能的影响,主要的工作和成果如下:(1)分别开展了单桩竖向和水平向受荷的确定性分析和随机模拟分析,并将确定性分析结果和随机模拟结果进行了对比。结果表明:不论是否考虑土性的空间变异性,单桩的荷载-位移曲线变化规律是相同的,但相较于确定性分析结果,考虑了土性的空间变异性后,单桩承载力均值出现较大幅度的降低;随着土体不排水强度变异系数的增大,单桩竖向承载力和水平承载力的均值减小而标准差增大;随着竖向相关距离的增大,单桩竖向承载力均值会显著降低而标准差显著增大;单桩水平承载力均值随着水平向相关距离的增大而显著增大,单桩水平承载力标准差随着竖向及水平向相关距离的增大而显著增大;对于随机场模拟得到的单桩竖向和水平承载力,均可用对数正态分布来描述。(2)对比分析了土体不排水强度cu分别服从对数正态分布、Beta分布和Gamma分布条件下单桩的承载力,结果表明:采用对数正态分布随机场计算得到的承载力最大,采用Beta分布得到的承载力最小。(3)考虑土体不排水强度沿深度不同的变化规律,研究了随机场非平稳性对单桩承载力的影响,结果表明:单桩竖向承载力随随机场非平稳性的增强而先增大后减小,但承载力的数值变化范围比较有限;而水平受荷桩受此性质影响显著,单桩水平承载力随随机场非平稳性的增强而不断减小。
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