盘间距对水平力作用下扩盘桩土体破坏状态影响理论研究

主要以承力扩大盘间距为主要参数变量,通过ANSYS有限元软件进行数值模拟,分析水平荷载作用下不同盘间距模型桩桩顶水平位移、桩身弯矩和桩周土体应力的变化关系。通过研究定性地确定在水平荷载作用下混凝土扩盘桩的破坏形式和盘间距的大小对其水平承载力的影响,为完善混凝土扩盘桩的设计理论和工程实际应用提供理论依据。     

隧道开挖对桩基影响的室内模型试验研究

隧道开挖后,在水平方向和竖直方向均会产生土体位移,由于土体位移和桩的轴向荷载的作用,会使桩身位移和弯矩增大,因此在桩基设计中需要考虑土体位移与轴向荷载的共同作用。针对这一情况,设计桩顶竖向荷载与隧道开挖引起的土体位移共同作用下桩基的模型试验,根据隧道埋深的不同,选取不同的加载模块以模拟隧道开挖引起的土体水平和竖向位移模式。试验结果表明,随着土体位移和竖向荷载的增大,单桩和群桩的弯矩和位移均增大,单桩的弯矩和位移大于群桩中的前桩和后桩,前桩与后桩之间存在明显的遮挡与支撑作用,此外桩顶竖向荷载的影响是不可忽视的。     

重复荷载作用下支盘桩受力特性模型试验研究

对一个双盘模型支盘桩在非饱和粉土中进行了5次循环加载-卸载试验。试验证明:支盘桩在小于其极限承载力约0.75倍的重复荷载作用下变形增加很小,工作性能十分稳定;支盘桩与普通等直径桩相比,其承载力和抗变形能力十分优越;支盘桩的荷载传递机理十分复杂,盘附近土体对桩周的摩擦阻力在不同荷载作用下有时为正有时为负;当两盘的间距小于2D(D为盘直径)时,桩周的摩擦力对桩的承载力贡献很小,在每次重复荷载作用下,盘间土体都会经历加压和卸压的过程,卸载后土体会建立新的平衡和物理性质工作状态。研究表明,支盘桩应用于桥梁等承受重复荷载的结构是可行的。     

重复荷载作用下支盘桩工作性状的模型试验研究

设计了一个室内模型试验来研究支盘桩在重复荷载作用下的承载和变形性能。试验证明:支盘桩在其极限承载力约75%的荷载重复作用下变形增加很小,工作性能十分稳定;支盘桩与普通等直径桩相比,其承载力和抗变形能力十分优越;支盘桩的荷载传递机理是十分复杂的,盘附近土体对桩周的摩擦阻力在不同荷载作用下有时为正有时为负;当两盘的间距在2D(D为盘直径)以下时,桩周的摩擦力对桩的承载力贡献很小,在每次加卸载后土体会建立新的固结平衡状态。文章根据桩周土体土拱的形成和变化情况对上述有关现象进行了分析,还对设计支盘桩时确定合理的桩间距和盘间距提出了自己的观点。     

竖向荷载作用下挤扩支盘桩桩周土体位移场变化规律研究

挤扩支盘桩桩周土体位移变化将直接影响其竖向承载力特性,然而常规试验手段下很难获取其桩周土体的变形特性。因此,采用基于透明土材料和粒子图像测速(particle image velocimetry,简称PIV)技术的桩基透明土模型试验系统,对轴向荷载作用下支盘桩和等截面桩桩周土体变形进行非介入式测量,得到桩周土体完整的变形位移场。试验结果表明,与等截面桩相比,支盘桩通过增大桩周土体变形位移场的范围,减小了土体变形位移场的强度,从而提高了桩基承载能力;支盘与桩端土体位移场均具有放射状的特征,表明支盘与桩端承载机制一致,支盘承担部分桩顶荷载,改变了荷载传递规律;支盘处土体位移场特征表明,支盘下界面土体位移变形对桩侧摩阻力的发挥产生了消极影响;试验还发现支盘位置、间距对桩周土体位移场的影响较大,支盘间距取值宜大于三倍支盘直径。     

支盘桩承载力特性及变形破坏模式研究

为了深入揭示支盘桩与土相互作用的内在机理,利用基于数字图像相关技术的模型试验及三维数值模拟方法对单桩、单支盘桩及双支盘桩的承载特性、桩周土体位移场分布特征进行研究。研究结果表明:单桩及单支盘桩荷载-沉降曲线呈现陡降型,而双支盘桩呈缓降型,且随着支盘数量增加,支盘桩承载力近似线性增长;单支盘桩在极限荷载阶段支盘下及桩端土体位移较大,而双支盘桩桩周土体位移较大部位主要集中在支盘周围土体;单支盘桩基础破坏面由支盘下土体的剪切滑动破坏面及桩端刺入破坏面构成,而双支盘桩基础破坏面由双支盘构成的连续滑动面组成,桩端刺入破坏特征不明显。研究结果为支盘桩承载力及破坏模式的合理确定提供了重要依据。     

支盘桩的承载特性研究

采用ANSYS软件,建立支盘桩-土的三维有限元模型,对桩土之间的作用进行接触分析,研究了挤扩支盘桩在荷载作用下位移场、应力场的变化规律和桩土之间的相互作用。分析认为,支盘桩桩侧摩擦力比较小,支盘上斜面及靠近支盘的上、下桩体表面与土体脱开,主要依靠支盘下斜面及桩底承受荷载。     

基坑支护倾斜悬臂桩受力变形特性试验研究

为改善基坑工程中支护桩的受力特性,将传统的直立悬臂桩背向基坑倾斜一定角度,形成基坑支护倾斜悬臂桩,可以更好地承担水平荷载,减小水平位移和变形。通过模型试验的方法对基坑开挖过程中倾斜悬臂桩的桩顶水平位移、桩后土体沉降和桩身弯矩进行研究。试验共进行3种不同工况下的模拟,分析倾斜悬臂桩在不同倾角不同布桩方式下的受力特性。分析结果显示,同等条件下,倾斜悬臂桩较传统直立桩相比,可以有效减小桩底水平位移和桩后土体沉降;桩身弯矩会因基坑开挖深度的增大而增加,桩身的正弯矩峰值接近负弯矩峰值,斜桩的最大弯矩值显著小于直桩支护形式下的弯矩峰值。     

竖向荷载作用下支盘桩水平动承载性能模型试验研究

在对模型桩基施加水平振动荷载的同时,施加桩顶竖向荷载,对一根等直径桩和两根承力盘位置不同的支盘桩进行模型对比试验。结果表明:支盘桩与等直径桩相比,其承担水平动荷载的性能更加优越,且支盘桩的承力盘的位置接近桩顶时,这种优越性表现更明显;桩身动弯矩的大小随着水平振动荷载幅值的提高而增大;在水平动荷载数值较小时,竖向荷载的存在能够适当降低桩身弯矩值,对桩的水平动承载性能有利;当桩身水平动荷载数值增大,竖向荷载将会增大桩身弯矩而变为不利因素。     

考虑上拔荷载影响的水平受荷斜桩p–y曲线

为揭示砂土中上拔荷载对水平受荷斜桩性状的影响规律,开展了9根斜/直桩模型试验,实测获得了上拔与水平荷载共同作用下的桩顶荷载位移曲线及桩身应变,计算得到了桩侧土抗力p及相应的桩身横向位移y,建构了考虑上拔荷载影响的水平受荷斜桩双曲线型p–y曲线,给出了地基土初始反力模量及极限土抗力的确定方法。该p–y曲线能反映水平与上拔荷载共同作用下斜桩与桩侧土之间复杂的挤压、剪切相互作用。基于文中建立的p–y曲线,编写程序分析了斜桩的承载变形性状及内力分布规律,研究了桩顶上拔荷载大小、桩顶约束条件对水平受荷斜桩承载性状和内力分布的影响,结果表明:①不论桩顶自由还是固支,上拔荷载增大时,正斜桩桩身横向位移、弯矩及剪力均减小,而负斜桩桩身横向位移、弯矩及剪力均增大;②相同的水平及上拔荷载作用下,正斜桩桩身横向位移、弯矩及剪力均小于负斜桩;③相同的上拔荷载作用下,水平受荷斜桩在桩顶固支条件下桩身横向位移、弯矩及剪力较小,而桩顶自由条件下则较大。     

砂土中竖向和弯矩荷载下单桩水平承载特性试验研究

 为研究单桩在桩顶预先施加竖向和弯矩荷载下的水平承载特性,通过自行加工的组合荷载加载装置,进行一系列室内单桩模型试验,分析砂土中预先施加的不同竖向和弯矩荷载对单桩水平荷载下的水平位移、桩顶转角、桩身弯矩以及地基比例系数m值的影响。试验结果表明：当预先施加的竖向荷载小于单桩竖向极限承载力的一半(Vu/2)时,相同水平荷载下单桩的水平位移有所减小,单桩的水平极限承载力得到提高,桩身最大弯矩有所减小,并且竖向荷载越大,越有利于单桩的水平承载性能;弯矩荷载的存在不利于单桩的水平承载能力,显著降低单桩的水平极限承载力;另外,水平荷载的施加对单桩的竖向位移影响较小;当砂面处水平位移较小时,m值随着水平位移的增加迅速降低,当水平位移增加到一定程度,m值减小的幅度越来越小,最后趋于一个稳定值。     

水平荷载下高层框架结构与地基基础相互作用的性状分析

利用子结构分析方法和文克尔地基横向反力模型，建立了水平荷载下场高层框架结构。桩基础－地基的共同作用分析模型。针对一具体建筑物进行了多种方案的对比计算，分析了下述问题；（１）考虑桩基础和地基刚度对底层为高架层的上部框架结构水平位移和内力的影响；（２）分别改变建筑物高度、基桩直径、承台厚度、土的侧向刚度等因素对计算结果的影响。通过分析对比，得出了有益的结论。     

受水平循环荷载影响的斜桩p-y曲线构建及应用

p-y曲线法是分析水平受荷桩基承载变形特性的主要方法,利用p-y曲线法的关键在于构建合理的p-y曲线。在砂土地基中开展了2组共10根水平受荷斜桩模型试验,其中2根斜桩仅分级施加了水平静力荷载,其余8根斜桩先施加了不同幅值的单向水平循环荷载,然后再分级施加水平静力荷载。试验测试了10根斜桩的砂面处桩身横向位移及桩身应变,根据桩身应变计算得到了桩身弯矩,在此基础上根据Euler-Bernoulli梁理论得到了桩侧土抗力及相应的桩身水平位移,构建了承受水平单向循环荷载后再承受水平静力荷载时斜桩的双曲线型p-y曲线,并给出了斜桩初始地基反力模量及桩侧极限土抗力的确定方法。用上述构建的双曲线型p-y曲线计算了本文模型试验及文献中模型试验斜桩的响应,发现利用所构建的p-y曲线得到的计算结果与实测结果整体上吻合较好,说明本文构建的双曲线型p-y曲线是合理可行的。最后利用p-y曲线计算了承受单向水平循环荷载后再承受水平静力荷载斜桩的桩身位移及桩身内力,计算结果表明:(1)相对于斜桩桩顶自由,桩顶固支能有效地减小斜桩的桩身横向位移、桩身弯矩及剪力;(2)在单向水平循环荷载作用下,正斜桩桩顶横向位移、 桩身最大弯矩及剪力均小于负斜桩;(3)无论是正斜桩还是负斜桩,桩顶横向位移、桩身剪力随着抗弯刚度增加而减小,而桩身最大弯矩随着抗弯刚度增加而增加。     

土层参数对支盘桩承载性状影响的有限元分析

通过改变挤扩支盘桩周围不同土层的性质,用有限元方法分析了土层弹性模量对桩承载力及荷载传递过程的影响程度,研究了支盘桩桩身轴力和桩侧摩阻力沿桩长的变化规律。结果表明,支盘桩的承力盘处于不同土层中对桩承载力和荷载传递过程的影响程度不同,其中桩端土层的承载力对桩承载力影响最大,对最上层土的影响最小。     

海洋高桩基础水平单调及循环加载现场试验

开展了海洋软黏土中 2 根大直径高桩基础的现场水平单调和循环加载试验,实测获得了桩顶荷载 – 位移关系、桩身变形和桩身弯矩及桩侧土压力和孔隙水压力,揭示了水平单调和循环荷载作用下桩土相互作用规律及桩基水平位移和桩身弯矩发展规律。利用实测桩身水平位移推算了桩周土反力,在此基础上提出了相应的双曲线型 p – y 曲线,通过引进 Poulos 循环弱化模型建立了水平循环荷载作用下的桩基双曲线型 p – y 曲线分析模型,水平单调及循环荷载作用下桩顶荷载 – 位移关系、桩身变形和桩身弯矩及桩侧土压力等计算结果与实测值均吻合良好。通过现场试验发现规范 p – y 曲线法计算结果偏保守的主要原因是所采用的 p – y 曲线的刚度偏小;不同时段的循环荷载对桩基循环累积变形有叠加效应。 建议设计中应考虑桩基全寿命服役期内所承受的所有循环荷载的影响, 对于重要工程应开展相应的现场水平加载试验,实测桩身水平位移或桩身弯矩,进而利用所推算的桩周土反力来分析桩基受力变形及承载力。     

水平荷载作用下斜坡刚性桩非线性分析

在综合分析现有水平荷载作用下桩基分析方法的基础上,建立了考虑桩侧土体受力状态的斜坡刚性桩力学模型;根据极限平衡原理,建立横向荷载作用下斜坡刚性桩弯矩和应力平衡方程;引入考虑斜坡影响的p y曲线方法,提出了综合考虑桩侧土体极限承载力与水平抗力系数沿深度呈线性增加的侧向极限承载力与土体抗力承载力系数计算方法,同时,将该方法应用于计算实例,通过与已有有限元和理论计算方法对比分析,计算结果验证了本文方法的合理性与可行性;并利用该方法,分析了斜坡坡角、桩土接触面系数以及地基水平抗力系数对斜坡刚性桩承载特性的影响因素。分析表明:斜坡的坡角、桩土接触面系数对侧向荷载作用下斜坡刚性桩的荷载位移曲线影响明显,而桩侧土的抗力系数对侧向荷载作用下斜坡刚性桩的荷载位移曲线影响不明显。     

不同桩头约束下微倾单桩纵横向受荷响应计算的三参数法

为研究桩头转动约束及桩身初始微倾斜对纵横向组合荷载作用下桩身侧向响应的影响,基于三参数形式的地基水平抗力系数,通过矩阵运算提出了桩身变形和内力的半解析解,并与模型试验结果及已有解计算结果进行对比以验证其可靠性。计算结果表明:桩头转动刚度增加时,桩顶位移和地表以下桩身最大弯矩减小,桩顶弯矩和地表以下桩身最大弯矩距离桩顶的距离增大。桩身初始倾角增加时,桩身最大位移和最大弯矩均线性增大,且随纵向荷载的增加其变化速率逐渐增大;纵向荷载增加时,桩身最大位移和最大弯矩均增大,且随纵向荷载和桩身初始倾角的增加其变化速率逐渐增大,而地表以下桩身最大弯矩距离地表的距离呈线性减小。     

浅层土体加固对倾斜桩竖向承载力影响研究

桩身倾斜可能导致在小于对应于相同条件下竖直桩的极限承载力的荷载下提前发生弯曲破坏,并可在弯曲破坏前产生较大的桩顶水平位移和桩身挠曲。根据某工程现场载荷试验结果,对倾斜桩桩周土体进行浅层加固数值模拟,以研究其改善倾斜桩竖向承载性状的机理。分析结果表明：加固体深度、加固体面积及加固体尺寸均可对加固效果产生影响。加固体对竖向荷载作用下倾斜桩的承载性状的改善体现在对被动区土体强度和压缩性的改善以及约束桩身上部桩体转动和挠曲的作用。进一步研究了加固体压缩性的影响,结果表明：加固体弹性模量越大,加固效果越明显;但随着弹性模量的增大至一定值后,加固效果基本不再变化。     

重庆码头大直径深嵌岩短桩水平承载力试验研究

在码头建设过程中,由于山区场地条件的限制,大直径深嵌岩短桩在工程中得到了使用,但是在水平荷载作用下,相应的原位试验研究还比较缺乏。通过采用对顶法对重庆码头大直径深嵌岩短桩的水平承载特性进行测试,分析包括桩顶的荷载-位移曲线、水平位移分布规律以及桩身弯矩及剪力的分布情况。研究结果表明:大直径深嵌岩短桩水平荷载与位移关系基本呈直线分布,增加桩长对改善其水平受力性能较为有利;从桩土的侧向变形来看,变形主要发生在上部填土处,表层处土体的密实度及桩径大小对侧向变形影响较大;从桩身的内力分布来看,桩身弯矩在距离地表6 m处最大,最大剪力主要分布在地表附近。