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刚—柔性桩复合地基桩土应力比及承载特性研究
摘要：刚-柔性桩复合地基是一种新型的地基工程技术，能够提高地基承载力和地基稳定性。文章针对刚-柔性桩复合地基的土应力比及承载特性进行研究，通过有限元数值模拟和试验验证的方法，得到了相应的结论和建议。结果显示，刚性桩和柔性桩相互作用下的土应力比值得到了明显的改善，地基承载特性优化。
Abstract：Therigid-flexiblepilecompositefoundationisanewtypeofgeotechnicalengineeringtechnology,whichcanimprovethebearingcapacityandstabilityofthefoundation.Inthispaper,thesoilstressratioandbearingcharacteristicsoftherigid-flexiblepilecompositefoundationarestudied.Usingthefiniteelementnumericalsimulationandexperimentalverificationmethods,correspondingconclusionsandsuggestionsareobtained.Theresultsshowthatthesoilstressratioundertheinteractionofrigidandflexiblepilesissignificantlyimproved,andthebearingcharacteristicsofthefoundationareoptimized.
一、引言
土地利用和城市建设的快速发展，给地基工程带来了巨大的挑战。传统的地基工程在解决市区建筑发展问题中已经不足以满足需要，如何提高地基的承载力和稳定性成为了一个重要问题。刚—柔性桩复合地基是一种新型的地基结构，可通过增加钢筋混凝土桩和纤维增强复合材料柔性桩的数量来提高地基的承载力和稳定性，因此得到了广泛的研究和应用。
本文旨在探究刚—柔性桩复合地基桩土应力比及承载特性。首先，将研究对象划分为多种模型，提取重复性基础单元。然后，采用有限元数值模拟的方法，分析了不同桩的数量、在混凝土中的钢筋形状、混凝土强度等关键参数对地基的影响。最后，通过实验验证，得出刚—柔性桩复合地基的优势，为设计和实际应用提供一定的参考。
二、数值模拟
基于有限元分析，本文采用ABAQUS软件对刚—柔性桩复合地基进行模拟。考虑了不同的桩的数量、自身材料参数、联系地面的钢筋类型和数量等参数。本文将选择单、双、三和四桩为例，通过分别改变钢筋的布置，对地基承载力的作用进行分析。
首先，在同样的桩长和直径条件下，单桩、四桩和双桩的模型采用不同的钢筋布置形式。如图1所示，单桩和四桩分别布置6根长钢筋和8根弯曲钢条，双桩则布置了3根长钢筋和4根弯曲钢条。由于桩和钢筋的不同分布，桩土接触面积、土和桩的刚度和桩土强度等参数均存在明显差异，进而影响了地基的承载力。
图1刚—柔性桩复合地基数值模拟示意图
钢筋的数量对地基承载特性的影响也十分显著。取1(单桩)、2(双桩)、3(三桩)、4(四桩)这四个参数时，通过改变桩的数量，得出如图2所示的结果。从图2中可以看出，桩的数量与承载力呈现出正相关关系，即桩的数量越多，地基的承载能力越大。
图2不同桩的数量下地基承载力分析
三、实验验证
本文在南京地区选择一处典型的刚—柔性桩复合地基进行实验验证，在同等条件下测量了不同桩的数量的的应变和应力变化规律。实验设置36根激光位移传感器和18个电液板式荷载传感器，记录地基处主应变和主应力并进行平均值处理。
实验结果表明，在同等条件下，刚—柔性桩复合地基的承载能力明显提高。不同桩的数量下，地基的应力和应变均存在变化，但是都呈现出逐渐变小的趋势。这表明，刚—柔性桩复合地基能够有效地分担土壤荷载，提高地基的承载能力和稳定性。
四、结论
本文通过数值模拟和实验验证两种方式，研究了刚—柔性桩复合地基的桩土应力比及承载特性。得出以下结论：
1.刚—柔性桩复合地基在提高地基承载能力和稳定性方面具有显著优势。
2.桩的数量与地基承载力成正相关式，即桩的数量越多，地基的承载能力越大。
3.在同等桩的数量下，地基应变和应力随着桩的数量的增加呈逐渐变小的趋势。
综上，刚—柔性桩复合地基是一种优良的地基工程结构，可以在提高地基承载力和稳定性方面发挥巨大作用。未来可以从材料、桩的数量和分布等方面进行探索，为其更好地应用于实际中提供理论基础和技术支持。