修正等应变假定下均匀开孔透水管桩复合地基固结解析解

摘要

复合地基是一种有效且应用广泛的软土地基处理技术，而开孔透水管桩综合了散体材料桩的透水性与黏结材料桩高承载力的优点，是地基处理中增强体的新选择。据此，为研究透水管桩复合地基的固结特性，在考虑桩体向褥垫层和下卧层发生刺入的前提下对传统等应变假定进行了修正，并引入半透水边界作为桩土界面排水条件，在此基础上推导了桩身均匀开孔下土体固结的微分方程和求解条件，综合考虑了不同的附加应力分布形式以及扰动效应。利用有限正弦傅里叶变换等方法，求解了土体内部超静孔压、地基沉降及固结度的解析表达式，并通过退化分析和有限差分解的对比，验证了本文解答的正确性。最后，通过算例分析系统探究了开孔率、开孔半径、地基附加应力分布形式、扰动效应以及垫层和下卧层的压缩模量对地基固结特性的影响。结果表明：相比于传统管桩，透水管桩对加快桩周土内超静孔压的消散有着显著的效果；具体为开孔率越高、开孔半径越小，则桩侧土内超静孔压消散越快；与此同时，附加应力呈倒三角分布且不考虑扰动效应时地基固结速率最快；此外，增加垫层和下卧层的压缩模量也可以提升地基固结速率。本文的研究结果可为透水管桩技术的推广和工程设计提供一定的理论依据。

关键词

透水管桩 / 复合地基 / 固结 / 刺入变形 / 扰动效应 / 解析解

基金资助

国家自然科学基金项目（52178321;51878185）; 广西重点实验室开放课题项目（2022ZDK008）; 海南省自然科学基金青年基金项目（523QN213）;海南省自然科学基金高层次人才项目（524RC476）; 海南大学科研启动基金项目（KYQD(ZR)–21067;RZ2200001147）; 海南省海洋地质资源与环境重点实验室开放课题项目（HNHYDZZYHJKF040）