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饱和土体中的预制桩施工,会对桩周土体产生强烈挤压作用,在土体中瞬时形成很大的孔隙水压力,从而产生严重的挤土效应,给周边环境和桩基承载力带来不利的影响。常规预制桩桩土边界为不透水界面,不利于超静孔隙水压力的快速消散,在某些特定情况或通过有效措施改变桩土边界为透水界面后,能有效缓解预制桩的挤土效应,改变桩周土体的固结特性,进而使桩基础的承载特性均会有显著改变。 本文通过理论分析及数值模拟等方法对饱和土体中桩土边界变为可透水界面后对桩周土体的固结特性和桩基础的承载性能的影响,进行了深入的探讨与分析,具体包括以下内容: (1)在比奥固结理论的基础上,将桩土边界变为可透水边界,建立了桩周土空间轴对称固结微分方程。用数学物理方法得到了桩周土体的超静孔隙水压力和固结度的级数解答,同时分析了在透水条件下,不同透水系数对超孔隙水压力分布的影响及不同的桩径、桩长和固结系数对固结度的影响。 (2)在级数解答的基础上,分析固结过程中土体中各应力分量的变化,利用有效应力原理,提出考虑可透水边界条件下计算桩承载力时效性的方法。分析了桩入土后桩极限承载力的变化以及透水系数、有效摩擦角和固结系数对承载力增量的影响。 (3)运用有限差分程序FLAC3D,将在可透水边界条件下的单桩沉桩过程分成不同的阶段按圆柱逐渐扩张进行模拟。通过对有限差分程序FLAC3D模拟得到的超孔隙水压力与级数解答的得到超孔隙水压力进行对比分析,验证了解答的合理性和适用性。 (4)通过有限差分程序FLAC3D对可透水条件下的群桩(3×3)进行分析。通过叠加法应用于群桩问题,得到桩周超孔隙水压力沿径向和轴向的分布规律、沉桩顺序对超孔隙水压力的影响以及桩土间透水系数对群桩桩周超孔隙水压力消散的影响。