（岩土工程专业论文）桩筏基础共同作用体系的时间效应数值分析与研究.pdf

大连理工大学博士学位论文 摘要 在沿海地区存在深厚饱和软土下卧层，而且往往固结排水条件不良和流变性明显。 因此，考虑时间效应的桩筏基础体系共同作用研究十分必要。桩筏基础体系共同作用 的时间效应问题是一项富有挑战性的基础性和实用性课题。事实上，考虑时间效应的共 同作用问题，特别是边界条件复杂的情况下很难依靠实验观测手段进行全面分析，建立 在成熟理论框架上的数值模拟方法成为目前共同作用时间效应分析的主要途径和手段。 目前，围绕共同作用时间效应的研究已取得较深入和全面的成果。但由于当时计算技术 条件和理论的限制，概括地说具有如下特点和局限性：一、大多基于半解析半数值分析 方法，无法适应边界条件复杂的情况( 如载荷多样、接触条件和结构样式复杂等) ；二、 大多简化成二维平面应变模型无法真实反映体系三维空间效应和考虑上部结构的影响。 三、由于固结数值计算的复杂性和求解繁琐性，大多数研究成果简化了基础与地基土接 触界面行为的数学物理描述，无法真实反映基础与地基土之间例如滑动、脱空等接触界 面行为；四、大多采用地基模型局限在线弹性范围或简单元件流变模型，在高荷载状态 下，不能真实地反映地基土本构特性及其对共同作用体系中内力分布与变形发展的影 响。本文基于已有研究成果的特点和局限性，更合理全面地考虑影响共同作用时间效应 的诸如接触界面行为、地基弹塑性特性和上部结构刚度的影响等各种因素，通过建立更 符合实际的数值模拟模型及相应的数值计算，深入地探讨和分析桩筏基础共同作用体 系的协同工作机制，对设计理论和工程实践具有一定指导作用和参考价值。研究内容主 要包括如下几个方面： l 在简化成平面应变状态下，应用二维b i o t 固结理论，对于地基土采用弹塑性 m o h r - c o u l o m b 屈服准则，利用基于罚接触算法的c o u l o m b 接触对模拟基础与土之间允 许“滑动和脱空”界面接触行为，对桩筏基础与地基共同作用体系( 包括筏板基础不完全 共同作用体系和桩筏基础不完全共同作用体系) 进行了二维弹塑性固结有限元数值分 析。通过算例分析首先较为详细地讨论了加载后地基固结过程中超孔隙水压力的消散规 律及其相关的m a n d e l c r y e r 效应与地基受力变形变化的联系。迸一步地，对于不同桩长 情况下的桩筏基础不完全共同作用体系进行了固结时效性对比分析，结合已有研究成 果，概括出桩筏基础不完全共同体系时间效应一般性的非单调时间变化特征。分析表 明在一定桩长范围内，随着桩长的变化，桩筏与地基不完全共同作用体系的非单调时 桩筏基础共同作用体系的时间效应数值分析与研究 间变化特征可以相互转化，筏板基础和深桩桩筏基础呈现的时间变化特征只是此一般性 特征的极限情况。并且通过对一般性桩长的具体算例，结合超孔隙水压力场的消散分布 变化规律，探讨了桩筏基础不完全共同作用体系一般性时间变化特征形成的机理和动 因。此外，对桩筏基础共同作用体系的平面应变简化固结分析的局限性进行了讨论。从 而提出了当沿平面内方向桩的布置较稀疏或土渗透性较好时，进行三维共同作用固结时 间效应分析的必要性。 2 在前述桩筏基础不完全共同作用体系时效性分析的基础上，附加考虑了上部结 构刚度的影响，并通过建立三维有限元数值计算模型，合理地考虑了共同作用体系中地 基土的空间效应。应用b i o t 固结理论、地基土m o h r c o u l o m b 弹塑性屈服准则，利用 c o u l o m b 接触对模拟桩基础、筏基础与土之间界面接触行为，通过分别建立上部结构 筏板基础地基完全共同作用体系和上部结构桩筏基础地基完全共同作用体系固结时 间效应分析三维有限元模型，对桩筏基础完全共同作用体系时间效应进行了三维弹塑 性固结有限元分析，结合在真实三维状态下超孔隙水压力消散分布变化规律，进一步探 讨了桩筏基础完全共同作用体系受力变形特性和协调机制的非单调时间变化特征及动 因。分析还表明上部结构作为完全共同作用体系的一部分，其内力变形特性同样具有非 单调的时间变化特征，其自身刚度也对体系时效性的影响也很显著，并且此种影响呈现 一定的有限性，不会随上部结构刚度的提高而无限增大。此外，从另一角度论证了共同 作用固结时效性平面应变分析的局限性和进行三维完全共同作用分析的必要性。 3 以大型非线性有限元软件a b a q u s 为平台，通过编制了f o r t r a n 语言接口程序， 二次开发了p e r z y n a 过应力理论框架下的地基土弹粘塑性模型( e v p ) ，并实现了与b i o t 固结理论有限元耦合数值计算。基于此弹粘塑性模型，首先探讨了联合考虑地基流变特 性和固结作用时，地基土中超孔隙水压力消散分布变化规律，论述了当地基土流变特性 明显时，由粘性效应和m a n d e l c r y e r 效应耦合作用下的超孔隙水压力增长机理。其次， 建立了完全、不完全共同作用体系弹粘塑性固结有限元数值模型，通过参数对比分析研 究了流变特性对共同作用固结时间效应的影响机制。分析表明考虑地基流变特性对固结 时效性的影响时，共同作用时间效应呈现出与只考虑固结作用时趋势相近的非单调时间 变化特征。当蠕变指数越大，超孔隙水压力受粘性效应和m a n d e l - c r y e r 效应耦合效应的 影响越显著，从而桩筏基础下卧层边缘和内部区的超孔压消散不平衡性越强，地基时 大连理工大学博士学位论文 程内有效应力场和位移变形调整幅度也就越大，桩一筏基础共同作用体系各部分内力变 形时间变化特征程度就越明显。 关键词：桩筏基础；共同作用；时间效应；固结作用；超孔隙水压力；土流变特性 桩筏基础共同作用体系的时间效应数值分析与研究 an u m e r i c a ls t u d yo nt i m e d e p e n d e n tb e h a v i o r o fi n t e r a c t i o ns y s t e mo fp i l e sa n dr a f t a b s t r a c t i nc o a s t a la r e a ，t h e r ea r ea l w a y ss a t u r a t e dl a y e r so fs o rs o i l ，o fw h i c ht h er h e o l o g y c h a r a c t e r i s t i c sa r ec o n s i d e r a b l ea n dd r a i n a g ec o n d i t i o n sa r ep o o r t h e r e f o r e ，i ti sn e c e s s a r yt o c o n s i d e rt i m ee f f e c t so i li n t e r a c t i o ns y s t e mi n c l u d i n gp i l e sa n dr a f t i ti sac h a l l e n g i n ga n d a p p l i c a b l ep r o j e c tt os t u d yo nt h et i m e - d e p e n d e n tb e h a v i o ro fi n t e r a c t i v es y s t e m a c t u a l l y ， n u m e r i c a ls i m u l a t i o n sb a s e do nm a t u r ea n ds o u n dt h e o r e t i c a lf r a m e w o r k s ，a r em a i n a p p r o a c h e st os t u d yo nt i m e e f f e c t so fi n t e r a c t i v eb e h a v i o r , e s p e c i a l l yw h e nb o u n d a r y c o n d i t i o n sa r ec o m p l i c a t e da n di ti sh a r dt op u te x p e r i m e n t a lm e t h o d si n t ou s of a r , m a n y f r u i t sw e r ea c h i e v e di nt h ed o m a i no ft i m e d e p e n d e n tb e h a v i o ro fi n t e r a c t i o ns y s t e m h o w e v e r , d u et ot h el i m i t a t i o n so fc o m p u t a t i o n a lh a r d w a r ea n dt h e o r i e s , t h e r ea r es o m e c h a r a e t e l 苫a n dl i m i t a t i o n si np r e v i o u sr e s e a r c ha sf o l l o w s f i r s t l y ，s e m i - n u m e r i c a lm e t h o d s c a n n o tb es u i t a b l ef o rc o m p l i c a t e db o u n d a r yc o n d i t i o n ss u c ha sd i s c o n t i n u o u sc o n t a c t b e h a v i o r , d i v e r s es t r u c t u r e s ，a n dm u l t i p l el o a d i n gc a s e s s e c o n d l y , m o d e l ss i m p l i f i e di n t o p l a i ns t r a i ns t a t ec a n n o tr e f l e c t3 - ds p a c ee f f e c ta n di n f l u e n c eo fs u p e r s t r u c t u r e s t h i r d l y , f o r t h ec o m p l e x i t yo fn u m e r i c a lc o m p u t a t i o na n ds o l u t i o no fc o n s o l i d a t i o n , c o m p l i c a t e dc o n t a c t b e h a v i o ro f t e na d o p ts i m p l em a t h e m a t i cd e s c r i p t i o n l a s t l y ，s i m p l ec o n s t i t u t i v em o d e l sa r e u s e ds u c ha sl i n e a re l a s t i cm o d e la n de l e m e n t sm o d e lo f r h e o l o g y , w h i c hc a nn o td e s c r i b et h e s t r e s s s t r a i nr e l a t i o n s h i pr e a l i s t i c a l l yu n d e r h i g hl e v e ll o a d s o nt h eb a s i so fp r e v i o u sr e s e a r c ha n df u l l yc o n s i d e r i n gm o s to ff a c t o r ss u c ha sc o n t a c t b e h a v i o r , e l a s t o - p l a s t i cb e h a v i o ro fs o i la n de f f e c to fs t r u c t u r es t i f f n e s se t e ，m o r ei n t e n s i v e a n de x t e n s i v ew o r k sw e r ec o n d u e t e di nt h et h e s i s b y p r e c i a n dp r o p e rn u m e r i c a l c o m p u t a t i o n si no r d e rt od i s c u s sa n da n a l y z et h em e c h a n i s mo fi n t e r a e t i v eb e h a v i o r , w h i c h m a yp r o v i d ev a l u a b l ea n dr e f e r a b l ee x p e l i e n c ef o re n g i n e e r i n gp r a c t i c ea n dd e s i g n t h e r ea r e t h r e e f a c e sa sf o l l o w s 1i np l a n es t r a i ns t a t e ，b yc o u p l i n g2 - db i o tc o n s o l i d a t i o nt h e o r ya n dm o h 卜c o l 】1 0 i n by i e l d e r i t e r i o n a sw e l la su s i n gc o u l o m bc o n t a c tp a i rt h e o r yt os i m u l a t et h ec o n t a c tb e h a v i o ro f f o u n d a t i o na n ds o i l ，t i m ee f f e c ta n a l y s e sd u et oe l a s t o - p l a s t i cc o n s o l i d a t i o na r ec o n d u c t # mf o r i n c o m p l e t ei n t e r a c t i o ns y s t e mo f b o t hr a f ta n dp i l e dm f t i ti ss h o w nt h a tm a n d e l - c r y e re f f e c t i v 大连理工大学博士学位论文 w h i c hi sr e l a t e dt ot h er e g u l a t i o no fd i s s i p a t i o no fe x c e s sp o r ew a t e rp r e s s u r eh a sm u c hc l o s e r e l a t i o n s h i pw i t ht h et i m e - d e p e n d e n tb e h a v i o ro fi n c o m p l e t ei n t e r a c t i o ns y s t e mo fb o t hm f t a n dp i l o dr a f t t y p i c a lt i m ev a r i a t i o nf e a t u r ei sg e n e r a l i z e db a s e do nc o m p a r a t i v ea n a l y s e sb y c h a n g i n gp i l e sl e n g t ha n dp r e v i o u sr e s e a r c h a n di t a l s os h o w st h a t , r a f ta n dp n e dr a f tw i t h d e e pp i l e sa ss p e c i a lm o d e so fp i l e s - r a f ts y s t e md i s p l a yt h ee x t r e m ec h 却麓d 崩晦o ft h et y p i c a l f e a t u r em e n t i o n e da b o v e f u r t h e r m o r e ，t h el i m i t a t i o no fs i m p l i f i e dp l a n e - s t r a i ni n t e r d g t i o n m o d e lo fp i l e dr a f tf o rc o n d u c t i n gt i m ee f f e c ta n a l y s e so fc o n s o l i d a t i o ni sd i s c u s s e d , w h i c h w h e np i l e sa r ed i s p o s e ds p a r s e l ya n dd r - 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p l a s t i cc o n s t i t u t i v em o d e lf i r s t l yt h ed i s s i p a t i o na n dt i m ev a r i a t i o nr e g u l a t i o no fe x c e s s p o r ew a t l ：rp r e s s u r ed u et ob o t hc r e e pc h a r a c t e r i s t i c sa n dc o n s o l i d a t i o no fs o i li sd i s c u s s e d i t i se x a m i n e dt h a tt h ep h e n o m e n o no f i n c r e a s eo f p o r ew a t e rp r e s s u r ei sc l o s e l ya s s o c i a t e dw i t h b o t hv i s c oe f f e c ta n dm a n d e l - c r y e re f f e c tw h e nc o n s i d e r i n gt h ec o u p l e di n f l u e n c eo fc r e e p c h a r a c t e r i s t i ca n dc o n s o l i d a t i o no fs o i lf o u n d a t i o n f u r t h e r m o r e t h r o u g hd e v e l o p i n g3 d n u m e r i c a lf e mm o d e lo fp i l e s - r a f ts y s t e mi n c o m p l e t e l ya n dc o m p l e t e l y ，e l a s t i cv i s c o - p l a s t i c c o n s o l i d a t i o nc o m p a r a t i v ea n a l y s e s 黜c o n d u c t e d , a n dt h ee f f e c tm e c h a n i s mo fc r e e p c h a r a c t e r i s t i c so fs o i lo nt i m e - d e p e n d e n tb e h a v i o ro fi n t e r a c t i o ns y s t e mi sd i s c u s s e da sw e l l i ti ss h o w nt h a ti ts h o w ss i m i l a rt i m ev a r i a t i o nf e a t u r ec o n s i d e r i n gt h ec o u p l e di n f l u e n c eo f v 一 篓：堡茎壁茎旦堡旦堡墨箜堕囹整壁墼堡坌堑量堡塞 c r e e pc h a r a c t e r i s t i ca n dc o n s o l i d a t i o n , t ot h a tw h e no n l ys o i lc o n s o l i d a t i o n i sc o n s i d e r e d t h e l a r g e rt h ec r e e pi n d e xi s ，t h em o r es i g n i f i c a n tt h ec o u p l e di n f l u e n c eo fc r e e pc h a r a c t e r i s t i c a n dc o n s o l i d a t i o no fs o i lf o u n d a t i o ni s ，t h em o r eo b v i o u st h ei m b a l a n c eo fd i s t r i b u t i o na n d v a r i a t i o no fe x c e s sp o r ew a t e rp r e s s u r ei ns u b s o i li s ，a n dt h e nt h em o r ee v i d e n tt i m ev a r i a t i o n f e a t u r e so f i n t e r a e t i o ns y s t e mo f p i l e s - r a f td i s v l a y k e yw o r d s ：p i l e s r a f tf o u n d a t i o n ；i n t e r a c t i o n ；t i m e l e f f e c t ；s o i lc o u s o u d a t i o n p o r ew a t e rp r e s s u r e ；c r e e pc h a r a c t e r i s t i c so fs o f ts o i l v i 独创性说明 作者郑重声明：本博士学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工 作及取得研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外， 论文中不包含其他人已经发表或撰写的研究成果，也不包含为获得大连理 工大学或者其他单位的学位或证书所使用过的材料。与我一同工作的同志 对本研究所做的贡献均己在论文中做了明确的说明并表示了谢意。 作者签名： 吼删 大连理工大学博士学位论文 大连理工大学学位论文版权使用授权书 本学位论文作者及指导教师完全了解“大连理工大学硕士、博士学位论文版权使用 规定”，同意大连理工大学保留并向国家有关部门或机构送交学位论文的复印件和电子 版，允许论文被查阅和借阅。本人授权大连理工大学可以将本学位论文的全部或部分内 容编入有关数据库进行检索，也可采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编学位论 文。 作者签名： 导师签名： 1 3 1 釜一 大连理工大学博士学位论文 1 绪论 1 1 研究背景 随着我国城市建设的大规模发展，各种高、大、重、深建筑物的不断出现，对于地 基基础提出了更高的要求。桩筏基础由于具有较高的承载力、较小的平均和差异沉降 等优点而在高层建筑等土木工程中得到了广泛采用【。因此，桩筏基础的共同作用问 题是高层建筑结构、桥梁结构、海岸和近海工程建设与设计中普遍关心的问题之一，并 日益成为结构工程、岩土工程与桥梁工程活跃的交叉研究领域。近年来，国内外学者们 采用各种手段对桩筏基础的受力变形机理进行了一些研究，并取得了一些研究成果， 使人们对桩筏基础的认识有了较大的提高。但由于桩筏基础共同作用体系是一个复杂 的受力变形系统，涉及到诸如结构物形式和荷载大小、桩筏基础的型式和几何参数、 地基土的性质分布等诸多因素，所以问题比较复杂。到目前为止人们对桩筏基础的受 力机制还不甚清楚，设计方法还偏于保守，这就造成了人力和物力资源的浪费，甚至产 生一些不合理的情况。可见，桩筏基础相关的共同作用研究已经成为了一个迫切需要 解决的课题。 桩筏基础体系与地基共同作用过程中，内力和变形随时间变化，在结构物的施工 和使用期间，地基变形和桩筏基础沉降逐步发展，结构物刚度的不断变化，三者之间 产生相互影响，地基差异变形还引起结构物和基础内部的荷载和重力的重新分布等【l ， “。作为一个整体开展研究，影响因素很多，确实是一个十分复杂的问题。当桩筏基 础上存在上部结构时，通常把结构物与地基、桩筏基础物看成一个整体，并要满足地 基、桩筏基础和结构物三者在接触部位的变形协调条件，这种利用共同作用来分析这 三者的内力和变形的方法称为共同作用分析方法。目前，常规的设计思路是先把结构物 隔离出来，并用固定支座来代替桩筏基础，求得结构物的内力和变形以及支座反力， 但是支座是没有任何变形的；接着把支座反力作用于基础上，用材料力学方法求得地基 反力，地基反力是线性分布的从而得到基础的内力和变形；再把地基反力作用在基础上 或校核地基强度和变形。这种设计方法忽略了基础的变形和位移，人为地把基础和结构 物分开计算，成为不完全共同作用分析方法或常规共同作用分析方法。对常规方法稍加 推敲，即可发现有不合理之处，任何一幢建筑物都是由结构物、地基和桩筏基础三部 分组成的，作为一个整体，这三部分是相互联系、相互影响的。通过工程实践检验，发 现结构物实际内力往往与常规设计理论值有很大差距，底层梁柱和边跨梁柱尤为明显， 桩一筏基础共同作用体系时间效应数值分析与研究 甚至出现严重开裂。相反，基础的内力则比常规设计理论值小得多。这样，在外荷载作 用下，全面考虑和反映结构物刚度影响的地基、基础共同作用问题的完全共同作用方法 成为共同作用分析的必然【l ，2 ，7 引。 此外，地基土属于半无限体，所以结构物与地基基础的共同作用都是三维空间问题 计算量非常大。同时，土不仅具有弹性和塑性性能，而且还具有粘滞性，即流变性。这 已为人们所认识，我国沿海地区饱和软弱土层触变性高，压缩性大而且强度低，具有明 显的流变性能1 1 纠5 】。而沿海地区的土木工程大多在软土地基之上或埋置在软弱地层中。 此时，考虑时间效应的地基基础共同作用分析对岩土工程的长期安全具有重要的意义。 土体变形的时效性反映在土体流变和固结的统一，而地基土是多相孔隙介质这又在一定 程度上增加了分析的难度，特别是软土地基的流变特性的非线性，使如何准确合理认识 桩筏基础考虑时间因素的受力机制的研究更成为关注之所在，在国内外工程界和学术 界已成为研究的热点问题1 1 一。 近年来，随着计算理论不断的发展、大型计算机的出现以及微型计算机的普及，为 基础与地基的共同作用的分析提供了强有力的计算手段和条件。这也使深入地研究计算 复杂的结构物、桩筏基础与地基共同作用时间效应问题成为可能，从而促进工程设计 理论的发展和完善。 1 2 桩一筏基础共同作用分析的国内外研究状况 1 2 1 不考虑时间效应的共同作用研究现状 共同作用的概念是由m e y e r h o f 于1 9 4 7 年提出来的。在这以后的二十年里，共同作 用的分析呈现两个特点： ( 1 ) 是由于计算工具的限制，一般都简化为平面问题，并把地基进行简单处理，也就是 把上部结构、基础和地基的共同作用进行简化； ( 2 ) 直观而明确地考虑上部结构对基础刚度的贡献，力图把上部结构折算成刚度加进基 础刚度中。从而进行基础内力的变形计算。 早期，m e y e r h o f 提出估算框架结构等效刚度的公式以考虑共同作用。国内的俞调梅、 钱力航、刘开国、孙家乐等也在8 0 年代对等效刚度进行了一定的研究。1 9 5 6 年c h a m e c k i ， g - r o s s h o f 相继研究单独基础上多层多跨框架结构的共同作用。当跨入2 0 世纪6 0 年代， s o m m e r 提出一个考虑上部结构刚度的计算基础沉降、接触应力和弯矩的方法。 z e i n k e i w i c z 和c h e u n g 1 6 】最早应用有限元研究地基基础的共同作用分析研究中，这为上 大连理工大学博士学位论文 部结构、基础和地基的共同作用研究提供了一种新的方法，从此共同作用的研究前进了 一大步。p r z e m i e n i e c k i 提出子结构的分析方法，在此基础上h a d d a d i n 【l 。7 】首次利用子结构 的分析方法研究地基基础与上部结构共同作用，分析了w i n k l e r 地基上单层框架结构的 受力问题。c h r i s t i a n 1 8 1 在高层建筑的规划和设计会议上阐述了高层结构与地基基础共同 作用问题，从事该课题的研究人员日益增多。h a i n 和l e e t “，利用子结构和有限元结 合的方法研究了w i n k l e r 地基及弹性半空间地基上筏式基础与单、多层框架结构体系的 相互作用问题。同年，k i n g 和c h a n d r a s e k a r a n 2 0 把共同作用体系的长期和瞬间力学行为 分别采用排水和不排水参数，对超固结粘土层上的结构与基础共同作用体系进行了有限 元分析。h o o p c r 2 1 】探讨了剪力墙与地基基础的共同作用问题。k i n g 和c h a n d r a s e k a r a n l 2 2 1 又在二维空间下把筏板离散成梁单元，土体离散成矩形平面单元，并首次把无厚度接触 单元应用于框架土体基础的共同作用分析当中。张问清、赵锡宏田】利用逐步扩大子结 构法计算了高层建筑结构的刚度。方世敏【2 4 i 采用矩阵位移法的子结构分析原理将高层建 筑的上部结构刚度凝聚到基础梁上，进行了上部结构与地基基础的共同作用分析。宰金 珉瞄利用双重子结构扩大方法分析了了剪力墙与地基基础的共同作用问题。董衍蕃【2 6 】 采用多重子结构有限元法分析了筒体结构与地基基础的共同作用问题。b r o w n 2 ：u 研究了 施工过程对共同作用体系的影响，发现建筑物刚度对共同作用体系的影响是有限的，并 不是随层数增加而无限增长。 有限元方法广泛应用于共同作用分析研究的同时，其他分析方法也逐渐应用于共同 作用领域【1 一。w a n g 和c h o w 等 2 8 1 利用r i z e 法和m i n d l i n 板理论求解了半空间弹性地基上 的厚板沉降位移解。o z c e l i k o r s 等 2 9 1 利用g a t e a u x 微分变分原理，求解出p a s t e m a k 弹性地 基上的板基础的弹性基本解。s h e n 和c h o w 3 0 等采用广义变分原理求解出半空间弹性地 基上群桩的应力基本解。c h e u n g 并h t h a m 3 1 】等利用无限层理论分析了弹性地基上群桩的 工作特性。r o b e r t o t 3 2 1 和c o s t a n z o 3 3 总结归纳了影响群桩与弹性层状地基共同作用体系的 影响因素。b l | r 蛐和s h a h p 4 】把土看成半无限空间模型，首次将有限元与无限元耦合的 方法应用于共同作用分析。随后，v i l a d k a r t 3 s , 3 6 j 等利用有限元无限元耦合的方法，发挥 无限元自身的优越性，进一步研究了筏板刚度对共同作用体系的影响。杨敏和赵锡宏田， 3 8 】等分别提出了一种分层土中的单桩和群桩分析法，该法以边界积分法为基础，以m i n d l i n 应力解作为初始基本解，引入沉降调正系数，对初始基本解进行不断的修正，使分析适于各 种非均匀土情况，并讨论了地基土参数的取值问题，给出了简单的土模量取值方法。 c h 0 0 3 9 j 、s m a l l 4 0 1 、z h a n g t 4 1 1 和r l i s s o 旧以有限层法为基础，建立了严格的桩筏基础共同 桩一筏基础共同作用体系时间效应数值分析与研究 作用弹性数值分析模式，证明了此分析方法的正确性和合理性，并给出了具体的计算公 式，并对桩筏基础的工作机制进行了参数化分析和探讨。边界元由于其降维的优点也 被应用于共同作用分析当中。邓文龙【4 3 】和m e n d o n c l 等利用有限元边界元耦合的方法 对土与结构物进行共同作用分析，采用有限元域边界元耦合方法对土与结构物进行共同 作用分析，与有限元法和实测结果进行了对比分析，说明其方法应用于共同作用分析的 可行性和有效性。此外，严平和龚晓南1 4 5 】把桩基、筏板和上部结构视为整体，从能量原 理出发，引进上下部同步破坏优化设计准则，建立了在考虑上下部共同作用的一套桩筏 基础极限分析计算方法，并通过两个桩筏工程的极限分析以及实测对比，说明方法的合 理性和可靠性。陈龙珠和梁发云m 】采用积分方程解法对桩筏基础进行了参数化分析。杨 敏和王树娟等【4 7 】在桩筏基础相互作用分析中考虑了极限承载力的影响因素。除了对竖向 荷载下的共同作用体系内力变形相应的研究，m a n d o l i n i 4 8 、a s h o u r i 印捌】、k i t i y o d o m l 5 2 , 5 3 1 、 x u 5 4 1 和b r o w n s s 等分析了包括弯矩和横向力等广义荷载下桩筏基础、群桩共同作用体 系的受力变形机制。 以上文献中大部分都采用w i n k l e r 弹性地基模型或者弹性半空间地基模型，研究工 作深入的重点主要集中于上部结构和基础的计算理论，对地基的非线性等复杂特性没有 加以考虑。朱百里掣5 6 1 、j a r d m e 等 5 7 1 和罗立平在2 0 世纪8 0 年代初分别初步地讨论 了地基土非线性弹性对共同作用分析的影响。1 9 8 3 年，张问清、赵锡宏和董建国【5 9 】第 一次把弹塑性地基模型应用于共同作用分析，利用上海粉砂土弹塑性模型分析了高层建 筑与地基的共同作用体系，经过增量法的计算结果和类似地基的实测结果相比，论证了 该模型在一些简化假定的条件下，用以分析地基与高层建筑箱形基础共同作用问题的有 效性，同时表明弹塑性地基模型的地基反力分布规律与弹性半无限地基模型有本质上的 区别。宰金珉删和王旭东等【6 l 】以有限元法和有限层法为基础，建立了严格的群桩土承 台结构共同作用弹性数值分析模式，该分析模式能考虑地基土成层非均质性和正交各向 异性等因素。通过与建立在m i n d l i n 解基础上的传统分析方法的对比，证明了此分析方 法的正确性和合理性。同时，在分析中引入了结构对称性条件，并给出了具体的计算公 式。进入2 0 世纪9 0 年代之后，由于计算机技术的高度发展和普及，使进行庞大有限元 计算成为可能，进一步促进了共同作用研究的深入。n o o r z a e i 6 2 删进一步深入地考虑了 土体的非线性进行了共同作用分析，较详细的阐述了土体非线性对共同作用分析的影 响。并分别采用理想弹塑性地基模型和土应变硬化弹塑性模型进行了框架结构与土的共 同作用分析，同时与弹性条件下和理想弹塑性条件下的结果进行了对比，迸一步论证了 4 大连理工大学博士学位论文 非线性共同作用分析的必要性。v a r a d r a j a n 和r a y 6 习利用有限单元法和薄板理论分析了 非线性地基上筏板基础的变形受力特性。d t c a 和m o i w a l 6 6 , 6 7 1 、f m k e i 醯i 、宰金珉同 样考虑地基土的非线性特性，同时将分析的重点放到上部结构的静力应力和位移相应 上，并和实测结果进行了对比，进一步丰富了非线性共同作用分析的内容。c a s m l l i 【7 0 】、 l i s a1 【7 “、0 ，n e i l l t 7 2 , 7 3 、k u w a b a r a 7 4 1 、x i a o l t s l 、m a n d o l i n i 7 6 , 7 7 和m y l o n a k i s 7 嬲在真三维 状态下分析了桩筏基础及群桩体系在非线性地基上共同作用受力变形及沉降规律。 h o r i k o s h i 和m d o l p h 【捌结合离心实验研究地基非线性特性对桩筏基础的影响。p o u l o s 、 s m a l l 和s i n h a 等l s o 对桩筏基础共同作用的各种分析方法进行了对比和总结。w a n g i s l 】 在三维条件下对地基土非线性特性对群桩的影响以及数值计算方法进行了系统的探讨 和研究。r u s s o i s 2 合理考虑桩沉降非线性和筏板