为了研究桩在荷载作用下的几何特性、物理特性和层状土及其物理特性对桩基沉降的影响,选用模拟承台与桩土连接条件的罚单元,考虑承台与桩土的特性,运用虚位移原理推导了承台与桩-土的罚单元刚度矩阵,利用编制的三维有限元程序,分析得出在竖向荷载作用下,承台与桩体、土体之间存在着变形协调条件,用三维罚单元可以模拟承台与桩土之间连接问题的情况;增加桩体弹模,可有效减少桩基的沉降;与桩长相比,桩径的变化对桩基的沉降影响更大,对于控制沉降更为有效;在考虑土的层状特性的基础上,土的压缩模量变化对桩基沉降有一定的影响,可降低桩与土体滑移破坏的突然性;与土的内聚力相比,内摩擦角对沉降有更大的影响。

本文采用三维有限元方法分析了荷载作用下自上而下裂缝尖端的应力强度因子,并采用Paris公式分析了自上而下裂缝的疲劳扩展规律与疲劳寿命。