沉降控制复合桩基承载力与变形可靠度研究

沉降控制复合桩基是基于桩土共同作用承担上部结构荷载机理上的一种特殊基础形式。在我国软土地基中得到了广泛的应用，上海已将其列入了工程建设规范《地基基础设计规范》(DGJ08-11-1999)中。其优点在于充分发挥了群桩承载力和控制沉降的能力，减少了用桩数量，大大降低了工程造价，并可减少对环境的影响。 总体安全系数设计方法不能根本上反映地基基础可能存在的失效风险。而按照可靠度方法进行设计的方法则更加科学全面，并为近年来的设计规范所采用。目前按照可靠度方法设计复合桩基的方法尚未引入上海《地基基础设计规范》，理论研究上尚需做深入研究工作。 要进行复合桩基准确的可靠度分析，应首先从相应土工参数着手。本文在分析原有计算方法的基础上，提出了计算中可以考虑土的固有变异性、系统不确定性和土工参数变异系数由“点”到“空间”的转换这几方面因素的影响的综合计算方法。 在此基础上，进行有统一极限表达式的复合桩基的可靠度研究。本文以承载力可靠度与均匀变形可靠度各自的统一极限表达式为基础，分别进行采用JC法计算它们各自的可靠度。在分析它们之间相关性的前提下，进行复合桩基整体可靠度分析，并结合实例对可靠度指标的影响因素进行了敏感性分析。有统一极限表达式的复合桩基的可靠度忽略了复合桩基桩之间受力不均匀，承台下地基土受力也不均匀这一事实，没有考虑桩和承台下地基土进入极限状态有先后顺序，因此是有缺陷的。因此本文提出采用蒙特卡罗抽样结合有限元方法进行无统一极限表达式的复合桩基的完全可靠度研究。 但在进行分析时，非线性有限元计算时间和为了保证精确性而进行大量的抽样次数之间产生了矛盾，使得进行可靠度分析的计算量及计算时间非常巨大。为此本文在两方面着手：(1)简化有非线性限元计算方法，主要是简化群桩刚度矩阵的合成方式，并通过程序优化，尽量减少蒙特卡罗法抽样中矩阵的生成次数，使其较常规有限元计算时间大大缩短；(2)采用改进蒙特卡罗法，减少不必要的抽样次数，从而大大缩短计算时间。 本文研究了复合桩基系统可靠度的分析方法，把复合桩基分为承载力失效模式、均匀沉降失效模式和差异沉降失效模式。并且分别对以上三种失效模式进行了讨论。结合算例对无极限统一表达式的复合桩基可靠度进行分析，重点对三种失效模式与复合桩基整体可靠度之间的关系、实效次序等问题进行了研究。 最后，关于进一步工作的方向进行了简要的讨论。