1 绪论 1
1.1 复合地基的定义、分类和形成条件 1
1.1.1 复合地基的定义 1
1.1.2 复合地基的分类 2
1.1.3 复合地基的形成条件 4
1.2 研究背景 6
1.3 复合地基效应与破坏模式 7
1.3.1 复合地基效应 7
1.3.2 复合地基破坏模式 8
1.4 复合地基的研究现状 10
1.4.1 试验研究 10
1.4.2 数值计算 13
1.4.3 复合地基承载力和沉降研究 14
1.4.4 变刚度理论研究 16
1.5 研究思想、方法和内容 17
2 模型试验设计 19
2.1 城市地下工程相似模拟试验系统介绍 19
2.1.1 模型箱体 20
2.1.2 加载系统 20
2.1.3 加载油路系统 20
2.1.4 数据采集系统 20
2.2 相似理论基础 22
2.2.1 相似理论概述 22
2.2.2 相似理论基础 23
2.2.3 相似定理 23
2.2.4 相似准则的导出 25
2.2.5 准则的判断和选择 26
2.2.6 物理相似模型试验设计的基本原则和设计步骤 27
2.3 模拟试验设计 28
2.3.1 罗列参数、求准则 28
2.3.2 试验内容 30
2.3.3 试验方案 31
3 模型试验结果及分析 38
3.1 单桩复合地基模型试验 38
3.1.1 p-s曲线 38
3.1.2 桩土应力比及荷载分担 39
3.1.3 桩身应力分布 40
3.1.4 桩侧摩阻力沿桩身分布 40
3.1.5 土体竖向应力沿深度分布 41
3.2 群桩复合地基模型试验 42
3.2.1 p-s曲线 42
3.2.2 桩土应力比及荷载分担 43
3.2.3 桩身应力分布 44
3.2.4 桩侧摩阻力沿桩身分布 46
3.2.5 土体竖向应力沿深度分布 47
3.2.6 差异沉降 49
3.3 变刚度复合地基模型试验 50
3.3.1 p-s曲线 50
3.3.2 桩土应力比及荷载分担 50
3.3 桩身应力分布 51
3.3.4 差异沉降 52
3.4 改变褥垫层厚度的复合地基模型试验 53
3.4.1 p-s曲线 53
3.4.2 桩土应力比及荷载分担 53
3.4.3 桩身应力分布 55
3.4.4 褥垫层对桩间土应力分布的影响 55
3.5 桩长、荷载对复合地基沉降的影响规律 55
3.5.1 单桩复合地基 55
3.5.2 九桩复合地基 56
4 数值模拟结果及分析 58
4.1 概述 58
4.2 ANSYS在土木工程中的应用 58
4.2.1 ANSYS简介 58
4.2.2 ANSYS在土木工程中应用介绍 60
4.3 有限元模型的建立 69
4.3.1 计算模型体系 69
4.3.2 单元划分 69
4.3.3 刚度矩阵的建立 72
4.3.4 方程组求解方法的选择 72
4.4 材料非线性的模拟 73
4.5 复合地基数值模拟分组方案 74
4.6 单桩复合地基数值模拟 75
4.6.1 桩长的影响 75
4.6.2 桩径的影响 78
4.6.3 桩身模量的影响 79
4.6.4 加固区土体压缩模量的影响 80
4.6.5 下卧层土体压缩模量的影响 82
4.7 褥垫层作用机理的数值模拟 84
4.7.1 褥垫层厚度的影响 84
4.7.2 褥垫层模量的影响 85
4.8 群桩复合地基数值模拟 86
4.8.1 桩长的影响 86
4.8.2 桩身模量的影响 90
4.8.3 加固区土体压缩模量的影响 93
4.8.4 下卧层土体压缩模量的影响 95
4.9 变刚度复合地基的数值模拟 97
5 实现变刚度复合地基的必要性与方案研究 100
5.1 控制沉降和差异沉降的重要性 100
5.2 差异沉降的产生 101
5.2.1 群桩中不同桩位的差异沉降 101
5.2.2 不同荷载下产生的差异沉降 101
5.2.3 桩体下不同下卧层的差异沉降 101
5.3 群桩复合地基应力场、位移场的分析 102
5.3.1 群桩复合地基应力场、位移场特点 102
5.3.2 群桩复合地基中桩、边桩、角桩应力场、位移场比较 104
5.4 实现变刚度复合地基的方案研究 106
5.4.1 改变桩长 106
5.4.2 改变桩径 106
5.4.3 改变桩体模量 107
5.5 变刚度复合地基应力场、位移场的分析 107
5.5.1 桩顶应力 108
5.5.2 负摩阻力和桩身最大应力 108
5.5.3 桩侧正摩阻力和桩端应力 108
5.6 变刚度调平设计的基本内容 109
5.6.1 变刚度调平设计的概念 109
5.6.2 天然地基箱基的变形特征 109
5.6.3 均匀布桩的桩筏基础的变形特征 110
5.6.4 均匀布桩的桩顶反力分布特征 110
5.6.5 碟形沉降和马鞍形反力分布的负面效应 111
5.6.6 变刚度调平概念设计 111
5.6.7 试验验证 113
5.6.8 工程应用 113
6 复合地基承载力和沉降计算 115
6.1 传统复合地基承载力计算 115
6.1.1 复合地基承载力计算模式 115
6.1.2 应力比公式 116
6.1.3 稳定分析法 116
6.1.4 粘结材料桩极限承载力计算 117
6.1.5 桩间土极限承载力计算 118
6.1.6 复合地基加固区下卧层承载力验算 118
6.2 传统复合地基沉降计算 118
6.2.1 复合地基沉降计算模式 118
6.2.2 加固区压缩量的计算方法 119
6.2.3 下卧层压缩量的计算方法 120
6.3 变刚度复合地基承载力计算 122
6.4 变刚度复合地基沉降计算 122
6.4.1 加固区压缩量的计算方法 122
6.4.2 下卧层压缩量的计算方法 124
6.5 桩体沉降法计算复合地基沉降 124
6.5.1 单桩复合地基 125
6.5.2 群桩复合地基 127
6.5.3 桩体沉降法与模型试验值检验 131
6.5.4 桩体沉降法与唐山会展中心广场沉降观测值检验 132
6.6 变刚度复合地基沉降计算经验公式推导 133
6.7 长短桩复合地基设计 135
6.7.1 长短桩复合地基适用范围 135
6.7.2 长短桩复合地基设计步骤 135
6.8 以沉降量为控制指标的复合桩基设计 136
6.8.1 桩土共同工作的客观现象中的主要特征 136
6.8.2 以沉降量为控制指标的复合桩基设计基本概念 137
7 应用灰色理论预测复合地基沉降 141
7.1 应用传统GM（1，1）模型进行沉降预测 141
7.1.1 传统GM（1，1）模型建立 141
7.1.2 模型精度的检验 142
7.1.3 预测分析 143
7.2 应用加权均值GM（1，1）模型进行沉降预测 144
7.2.1 加权均值生成 144
7.2.2 加权均值生成的性质 144
7.2.3 加权均值生成的逆运算 146
7.2.4 建模原理 146
7.2.5 预测分析 147
7.3 精度检验 148
参考文献 149