2、 荷载传递法研究单桩荷载-沉降关系

桩基设计中，桩的承载力及其沉降特性是首先要确定的重要指标，目前规范所采用的桩承载力公式基本上是将桩侧摩阻力与桩底土反力简单迭加，不能反映出桩的沉降特性。为了确定单桩完整可靠的荷载一沉降关系(PS曲线)，传统的方法是必须做桩的破坏性荷载试验。但是这无论从加载条件还是试验技术上讲，采用桩的静载试验都是非常困难的。因此，研究并探索一种理论计算方法，用于模拟计算桩基荷载一沉降关系，通过静载试验进行验证。同时，根据静载试验结果，反演分析桩土体系参数，指导桩基设计，是具有重要意义的。

荷载传递法是由Seed和Reese(1957年)最先提出的。荷载传递法的基本思路是将桩视为由许多弹性单元组成，每一单元与土体之间(包括桩端)用弹簧联系，以模拟桩一土间的荷载传递关系。荷载传递法概念明确，能反映桩土体系的荷载一沉降主要工作机理，同时具有计算简单、实用性强的优点。因此，根据桩侧和桩端土体的物理力学特性，利用荷载传递方法来确定桩的荷载一沉降关系，进而确定桩的承载力，是近年来国内外学者广泛关注的问题。显然，对于工程界来说，研究这种方法是很有必要的。

3、桩—土分析方法

对于桩土共同作用模型，经过多年的提炼，现在最普遍采用的方法有弹性理论法、有限层法和有限元法。弹性理论法是目前比较完善的计算桩基础的方法，它把土看作均匀、连续、各向同性、具有弹性模量E和泊松比，桩侧完全粗糙，桩端平滑，并认为桩一土之间能保持弹性接触和位移协调。弹性理论法主要应用的是Mindlin的课题解，基于Mindlin公式估计土中应力的方法大致分为以下几种：a.以Poulous提出的弹性理论法为基础，根据Mindlin解答与Boussinesq解答建立桩周地基土的刚度矩阵方程，通过程序计算沉降等结果。b.基于Geddes解的方法，以Mindlin应力解为基础，根据Geddes对Mindlin公式的积分而导出的应力解，然后用叠加原理求得单桩和群桩在荷载下的地基土附加应力。其中，可根据实际经验对应力系数公式作理论上的简化。有限层法将桩身离散为杆单元，对群桩与土相互作用大系统中桩周土近场高应变区采用解析的广义剪切位移法描述其非线性剪切位移场，对于远场低应变的大部分土体则采用半数值半解析的有限层法，经增量法建立群桩与土和承台非线性共同作用分析的半数值半解析方法，使上述两种研究方法之长得以兼备，其短得以克服。该方法还须经大量计算与实测对比分析以积累选取参数的地区经验，使之趋于完善。采用有限元的分析方法，可以模拟桩土的共同作用，但是对于大型结构来说，建模较为复杂，三维网格的自动剖分比较困难，人工剖分费时费力，而且结构受到的人为因素影响较大。因此，此法虽然是一种思路，但是在实际中操作的可能性比较小。

4、沉降控制计算

现有疏桩基础沉降计算方法一般假设当外荷载小于桩极限承载力总和时，外荷载由桩承担。当外荷载

超过桩基极限承载力总和时，则采用总荷载减去桩极限承载力和总和后的值作为承台反力来计算沉降，桩顶反力达到桩承载力极限值。与常规桩基相比其沉降表现明显的非线性，精确计算相当复杂。为简化计算过程、考虑桩土共同作用时对基础沉降产生的最不利影响.沉降主要由两部分组成：桩承担荷载引起沉降S1与土承担荷载引起沉降S2之和。因此复合桩基沉降可表示为：S=S1+S2。

文献[13]明确指出用基于Geddes应力解的分层总和法计算桩群分担荷载所引起的地基沉降，用基于Boussinesq解的分层总和法计算承台下土分担的荷载所引起的地基沉降，并给出了具体的算法与公式。为避免繁琐地计算，作者认为S1可根据基桩实际受力情况，直接参照桩基的静荷载Q—S曲线得到，桩间土沉降可根据《建筑地基基础设计规范》规定，按分层总和法计算。

二、研究目标：

1、 在以往的长期研究中，已经取得了较为成熟的分析理论，基本了解了共同作用的机理，但仍有些问题有待解决。利用已有的理论及公式，建立一个较完整的桩土相互作用分析模型。努力将现有的理论应用于实际工程中去，使好的理论成果更具实用性。

2、 建立符合实际情况的有限元模型，编制相应的程序或利用计算机软件来对桩基进行模拟，通过正确的定义桩土参数调节收敛，得到与静载试验相吻合的模拟结果，所建立的模型能较好地模拟桩土相互作用，较好地反映桩土间作用力的传递规律。

三、拟解决的关键问题：

1、 桩土协同工作的接触面模型及单元的选取。

有限单元法分析的关键在于能否较好的模拟接触面上剪应力的传递和错动变形的发展，在建立较好的接触面本构关系的同时，为充分反映接触面的受力及变形特性，应采用不同于普通实体单元的能模拟接触面变形的特殊单元。接触面变形的研究，首先要建立接触面上的本构关系。然后就需要选择合适的单元。

2、 建立桩土共同作用模型

要建立桩土共同作用模型，需关键考虑以下方面：①选取合理的土的本构模型。土体的本构模型采用能够较好反映土体非线性特性的弹塑性模型。在荷载作用且当荷载作用水平较高的情况下，当桩所承受的荷载达到 后，土体和桩将处于非线性工作状态。根据岩土材料的特性，受压屈服强度远大于受拉屈服强度，所以合理选择材料模型对分析结果的精确性是非常关键的。②选择具有代表性的接触面应力应变关系。③在分析过程中要考虑桩与桩之间的相互作用。

3、 建立桩—土—台共同作用的有限元模型

通过合理的有限元模型，可以进一步揭示桩—土—台相互作用的实质，其分析结果对研究桩顶荷载-沉降关系，桩-土间作用力的传递机理的研究来说，具有重要的参考价值。①选择合理的桩及承台单元土体单元接触面单元。②各种参数取值要合理，符合实际情况。

研究计划进度和经费预算：

1、研究计划进度

第一研究年度(2006.9～2006.12)：收集资料，确定研究内容与主要需要解决的问题。了解有关疏桩方面的理论知识。

第二研究年度(2007.1～2007.12)：建立静力荷载下疏桩基础的桩～土相互作用分析理论和方法，编写相关的计算程序。同时发表数篇论文。

第三研究年度(2008.1～2008.7)：编写研究报告。

3、 经费预算

差旅费：调研、成果鉴定。5000元

论文费： 4000元

计算机材料费： 3000元

科研资料费： 1000元