（1）天然地基
碎石桩天然地基载荷试验模拟的模型、试验工况及材料参数的选取同样完全按照现场载荷试验的情况设计，荷载工况设计为现场载荷试验得到的临塑荷载及极限荷载，即128kPa和320kPa，按均布荷载施加。材料参数的选取见表8.15。
表8.15 碎石桩天然地基载荷试验有限元数值模拟材料参数取值表
荷载为临塑荷载时根据计算结果截取的等效塑性应变图如图8.67所示，荷载为极限荷载时根据计算结果截取的等效塑性应变图如图8.68所示。由等效塑性应变图可以看出，当施加荷载为临塑荷载128kPa时（图8.67），塑性应变范围只集中于载荷板边缘，且塑性区并未贯通。当施加荷载为极限荷载320kPa时（图8.68），塑性区趋于贯通，地基的破坏形式为局部剪切破坏。
（2）单桩
由于载荷试验并未能得到单桩极限荷载，故为了推求碎石桩单桩的极限荷载，从碎石桩载荷试验所施加的最大荷载3312.4kPa开始逐渐提高荷载，直至单桩发生破坏为止，荷载按均布荷载施加。材料参数的选取见表8.16。
荷载为临塑荷载时根据计算结果截取的等效塑性应变图如图8.69所示。由等效塑性应变图可以看出，当施加荷载为临塑荷载1019.2kPa时（图8.70），塑性应变范围只集中于载荷板边缘，且塑性区并未贯通。当施加荷载逐渐增加至4050kPa时，根据计算结果截取的等效塑性应变图如图8.70所示，由图可以看出，荷载为4050kPa时，塑性区趋于贯通，此时地基已发生破坏，由此推测碎石桩复合地基单桩的极限荷载约为4050kPa。另外，对比还可以发现，当荷载为临塑荷载1019.2kPa时，围桩边缘的部分桩间土在浅层也发生塑性变形，从而在围桩周围形成连续的“塑性变形环”（图8.69），分析其原因，主要是由于碎石桩的挤密效果较好，而碎石桩本身的模量又非常大，因此，碎石桩本身在临塑荷载作用下并不发生屈服，而桩间土由于比较密实而利于应力的传递，因此造成围桩周围一定范围的桩间土产生塑性变形。而当荷载为极限荷载4050kPa时，塑性环不再连续（图8.70），其原因主要是碎石桩发生破坏后，其应力传递范围变小所致。由此可见，碎石桩桩体破坏与否直接影响到桩与桩间土的共同作用范围。
图8.67 临塑荷载等效塑性应变图（单位：mm）
图8.68 极限荷载等效塑性应变图（单位：mm）
表8.16 碎石桩复合地基单桩桩体载荷试验有限元数值模拟材料参数取值表
图8.69 临塑荷载等效塑性应变图（单位：mm）
图8.70 极限荷载等效塑性应变图（单位：mm）
（3）复合地基
碎石桩复合地基载荷试验模拟的模型、试验工况及材料参数的选取与现场载荷试验相同，荷载工况设计为现场载荷试验得到的临塑荷载535kPa。由于载荷试验并未能得到碎石桩复合地基的极限荷载，也因未能得到碎石桩单桩的极限荷载而不能通过理论公式计算碎石桩复合地基的极限荷载，因此为了近似求得碎石桩复合地基的极限荷载，从碎石桩复合地基载荷试验所施加的最大荷载642kPa开始逐渐提高荷载，直至碎石桩复合地基单桩发生破坏为止，荷载均按均布荷载施加。材料参数的选取见表8.14。
荷载为临塑荷载时根据计算结果截取的等效塑性应变图如图8.71所示，由等效塑性应变图可以看出，当施加荷载为临塑荷载535kPa时，塑性应变范围只集中于载荷板边缘，且塑性区并未贯通。当荷载为4050kPa时，塑性区趋于贯通（如图8.72），此时地基已发生破坏，由此推测碎石桩复合地基单桩的极限荷载约为2278kPa。另外，对比可以发现，当荷载为临塑荷载535kPa时，围桩边缘的部分桩间土在浅层也发生塑性变形，从而在围桩周围形成连续的“塑性变形环”（图8.71），分析其原因，主要是由于碎石桩的挤密效果较好，而碎石桩本身的模量又非常大，因此，碎石桩本身在临塑荷载作用下并不发生屈服，而桩间土由于比较密实而利于应力的传递，因此，造成围桩周围一定范围的桩间土产生塑性变形。而当荷载为极限荷载2278kPa时，塑性环不再连续（图8.72，图8.73），其原因主要是碎石桩发生破坏后，其应力传递范围变小所致。这一结果再次证明了碎石桩桩体破坏与否直接影响到桩与桩间土的共同作用特征。
图8.71 临塑荷载等效塑性应变图（单位：mm）
图8.72 极限荷载等效塑性应变图（单位：mm）
图8.73 极限荷载作用下碎石桩复合地基沿不同深度沿水平方向截取的塑性应变剖面图（单位：mm）
由极限荷载作用下碎石桩复合地基沿不同深度沿水平方向截取的塑性应变剖面图（图8.73）可以看出，越接近地基表面，地基塑性应变的值越大，同时塑性区的分布呈现出越集中的趋势（集中分布于载荷板边缘区域），在中心碎石桩及其边缘一定的区域并不出现塑性应变。当深度增加至一定程度时，上部荷载对桩体周围的影响范围越来越小，表现为塑性应变向中心位置集中。当深度增加至一定程度，塑性应变区域仅局限于碎石桩边缘及边缘桩间土的一定范围。由前面得知，碎石桩有效桩长可达8m左右，从有限元模拟结果来看，发生塑性应变的最大深度约为3.5m，而在3.5～8m范围内碎石桩桩体大部分尚处于弹性变形阶段。
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