开挖卸荷桩土界面荷载传递模型的修正与验证

为了准确预测深开挖条件下桩基的承载变形性状,在桩土界面荷载传递计算模型中考虑了卸荷效应．基于快速拉格朗日法(FLAC3D),将线弹性-完全塑性的桩土界面荷载传递模型修正为双曲线计算模型,修正后的模型可以考虑开挖卸荷后桩周土体法向应力减小对桩土界面剪切刚度的影响,也可以考虑开挖深度、面积和桩长对桩端阻力的影响．利用修正模型对开挖条件下砂土地基中的单桩进行了足尺数值试验,分析计算了开挖后桩基的承载性能,并将修正后模型的计算值与软件内嵌的线弹性-完全塑性模型的计算值及试验值进行对比分析．结果表明:修正后计算模型和传统计算模型都能够较准确地预测开挖条件下桩基总极限承载力,但是,修正计算模型考虑了支护结构外围土体对桩端承载力的贡献,能更准确地预测桩身下部侧摩阻力与桩端阻力．因此,修正计算模型更适合开挖条件下的桩基承载力计算．     

土工合成材料界面应变软化特性的一种本构新模型

在土工合成材料工程的数值研究中,根据土工合成材料界面的力学特性,构建合理有效的本构模型是提高数值计算可靠性的关键.针对部分土工合成材料界面存在的应变软化特性,提出了一种新的本构模型.以剪应力峰值为分界点,将剪应力剪切位移曲线前后两部分分别进行模拟.剪应力峰值前,采用Clough和Duncan双曲线模型进行模拟;剪应力峰值后的应变软化阶段,以剪应力峰值为原点,用另外一条倒置的双曲线进行模拟.通过系统的公式推导描述了模型的构建过程,给出了应变软化阶段界面剪切刚度计算表达式.通过对界面直剪试验结果的模拟初步验证了模型的拟合能力.     

叶片式螺旋桩静载试验及数值模拟

对叶片式螺旋桩静载试验结果,采用FLAC3D软件进行数值模拟和工程实例分析.发现普通桩型桩土接触面刚度参数并不适用于叶片式螺旋桩数值模拟,且FLAC3D软件默认的收敛标准不能对其实现精确拟合.因此采用根据现场试验每级荷载下的数据调整接触面法向刚度参数和计算步数的方法,可实现精确拟合,但存在试算量大的缺点.由于接触面法向刚度参数与计算步数相互影响且两者取值不唯一,为简小试算工作量,可根据模拟计算要求的精度,结合每级荷载下的试验数据来进行取值的选择,可实现近似拟合.案例分析进一步验证了该方法在实际工程的实用性和有效性.     

深基坑桩锚与土钉联合支护设计与数值模拟

对郑州市某大型深基坑进行桩锚与土钉联合支护设计,应用FLAC3D软件对桩锚与土钉联合支护过程进行数值模拟,对各开挖过程中基坑位移场和土钉锚杆等结构单元的受力变化进行分析,模拟结果与设计计算结果基本吻合,数值模拟结果有效地指导了设计计算和现场施工过程.     

软土地基中包裹碎石桩地震动力响应数值模拟研究

包裹碎石桩是将碎石桩包裹在土工合成材料中,通过土工合成材料的径向约束作用,减少碎石桩的变形,提高其在软土地基中的稳定性。使用有限差分程序FLAC3D进行模拟,研究地震荷载作用下软土地基中包裹碎石桩的动力响应。数值模型采用考虑滞回特性的非线性弹塑性模型模拟碎石桩和软土,使用线弹性土工格栅单元模拟土工合成材料。利用振动台试验结果验证三维动力数值模型,然后开展参数分析,研究筋材刚度、软土剪切模量、路堤荷载等参数对软土地基中包裹碎石桩地震动力响应的影响规律。数值模拟结果表明：随着筋材刚度的增加、软土剪切模量的增加、竖向荷载的减小,碎石桩的沉降及筋材应变和土体的剪应变也显著减小,土工合成材料包裹筋材可以有效提高碎石桩的抗震性能。     

考虑桩土接触特性的群桩P-S曲线的数值分析

在回顾和总结桩土接触界面无厚度Goodman单元法的基础上，针对竖向受力承载群桩的工作特性，推导给出三维8结点无厚度接触界面单元刚度矩阵，通过选用不同的刚度系数来模拟桩土的相互作用特性．利用所建立的桩土数值模型对群桩的P-5曲线进行了数值模拟分析和预测，探讨群桩工作机理及群桩效应．     

基于FLAC3D的深基坑桩锚支护结构分析

运用FLAC3D和理正数值模拟软件对实际深基坑桩锚支护结构进行了数值分析与计算.主要分析了开挖过程中支护桩桩顶位移、深层水平位移及支护桩内力的变化,并将现场实测值与模拟软件的计算结果进行了对比分析.结果表明,FLAC3D数值模拟结果更符合实测值,可为基坑工程的设计和施工提供参考.     

某基坑土钉支护的三维数值分析

为了更好地了解土钉支护基坑的内力和变形性状,利用商业软件FLAC3D对某一工程实例进行了三维数值模拟,详细分析了其应力特征及变形特征,还计算了土钉倾角和土钉间距的改变对基坑变形的影响.计算结果与实测结果基本吻合,表明用FLAC3D模拟土钉支护是可行的.计算结果同时也表明,基坑变形有明显的空间效应,应选用较小的土钉倾角和合理的土钉间距.     

砌体墙侧向受力性能精细有限元模拟

运用有限元分析软件ABAQUS中的三维六面体缩减积分单元C3D8R来模拟单砖模型,并在六面体单元之间通过引入同时考虑黏结作用和损伤破坏特性的黏性界面模型来模拟砖-砖之间的砂浆层,在弹性阶段考虑其黏结刚度,在塑性阶段引入损伤产生和演化准则来模拟界面的开裂.基于该三维实体单元和黏性接触界面模型,建立能够较好模拟砌体墙侧向受力性能的分离式有限元模型.通过比较精细有限元模拟结果与无构造柱不开洞单层砖砌体墙实验结果,发现极限荷载的吻合情况较好,极限承载力的模拟误差可以达到2.7%,但是极限荷载下的位移值和最大裂缝宽度数值的模拟误差分别达到10%和27%.结果证明:所提出的三维分离式有限元模型能较准确地计算砌体墙的侧向承载力及其刚度的变化规律,并能有效地模拟砌体墙开裂的情况,与砌体墙的实验结果吻合较好.精细有限元计算结果可以为在役结构中的类似砌体墙的抗震性能计算提供参考.     

单桩水平动力阻抗计算模型研究

运用土动力学和结构动力学原理,同时考虑地基土的成层非均质性、桩土界面的相对脱离效应和桩侧土的弱化效应,采用数理方程方法分别求解桩与土的振动方程,建立了水平荷载作用下单桩动力阻抗函数的计算方法,同时提出了一种改进的非线性动力W inkler计算模型,确定了模型中各物理元件的参数,通过对比分析验证了计算模型的合理性,从而为桩-土-上部结构耦合系统的非线性分析奠定了基础.     

关于用小应变振动法预测桩的承载力

采用常见桩土系统计算模型,本文导出了桩顶机械导纳曲线特征参数与桩土系统工程力学量间的理论关系,由此说明了用小应变振动法预测桩承载力的可行性及其适用条件。本文结果有益于提高用振动法检测柱身质量和单桩承载力的可靠性。     

Buckling analysis of super-long rock-socketed filling piles in soft soil area by element free Galerkin method

In order to discuss the buckling stability of super-long rock-socketed filling piles widely used in bridge engineering in soft soil area such as Dongting Lake, the second stability type was adopted instead of traditional first type, and a newly invented numerical analysis method, i.e. the element-free Galerkin method (EFGM), was introduced to consider the non-concordant deformation and nonlinearity of the pile-soil interface. Then, based on the nonlinear elastic-ideal plastic pile-soil interface model, a nonlinear iterative algorithm was given to analyze the pile-soil interaction, and a program for buckling analysis of piles by the EFGM (PBAP-EFGM) and arc length method was worked out as well. The application results in an engineering example show that, the shape of pile top load-settlement curve obtained by the program agrees well with the measured one, of which the difference may be caused mainly by those uncertain factors such as possible initial defects of pile shaft and the eccentric loading during the test process. However, the calculated critical load is very close with the measured ultimate load of the test pile, and the corresponding relative error is only 5.6%, far better than the calculated values by linear and nonlinear incremental buckling analysis (with a greater relative error of 37.0% and 15.4% respectively), which also verifies the rationality and feasibility of the present method.     

温度影响下能量桩-土接触面剪切特性试验研究

能量桩工作过程中,桩体受温度变化影响会产生热变形,进而引起桩周土体的循环剪切作用,弱化地基承载力,给桩基的正常使用带来风险。由于传统直剪仪无法模拟能量桩工作过程中的温度变化,因此对桩-土接触面力学特性受温度影响的变化规律研究较少。对传统直剪仪进行改造,使其可以改变剪切试样温度;所用土体从重庆某施工现场取样,开展不同温度变化下桩-土接触面的室内土工直剪试验,分析单次温度变化和循环温度变化对桩-土接触面力学性能的影响,并对温度影响下桩-土接触面力学特性与土体力学特性的差异进行比较。结果表明,能量桩-土接触面的抗剪强度受温度影响较大;随着温度的升高,能量桩-土界面摩擦角和黏聚力先减小后增大;低法向应力下温度循环对桩-土接触面力学特性影响较大,而高法向应力下温度循环对桩-土接触面力学特性影响不显著;土体的抗剪强度、黏聚力和摩擦角随温度变化规律与桩-土界面类似。     

水平承载桩的有限元分析

用线性插值函数来逼近土对桩的各种约束反力沿桩入土深度的分布,采用有限元方法和p-y 曲线对水平承载桩进行了桩－土共同作用的非线性分析研究,得出一个新的桩－土相互作用的单元计算模型．推导了桩－土相互作用的非线性单元刚度矩阵,并编写了相应的有限元程序．     

桥梁工程中LDBPs的群桩工作特性

将杆系结构有限单元法与荷载传递迭代法相耦合,形成一桩基沉降分析计算的混合法．采用近似解析解中Randolph and Worth’Model和双曲线模型相结合,模拟桩身与桩周介质边界上剪切滑移,桩间相互作用,采用弹性理论Mindlin方程解答计算,并考虑了桩间“加筋与遮帘”作用,编制了群桩沉降分析计算程序GPSAI,通过计算分析,对刚性承台下群桩桩数、桩长、桩间距和桩土模量比等群桩工作特性的影响进行了系统研究．该方法和成果,可以作为今后群桩沉降分析研究的参考．     

基于桩土共同作用下的注浆微型桩设计计算

将桩土复合体视为一个整体,简化为连续中厚档板,滑动面以上为弹性板,滑动面以下为刚性板,利用等效刚度原则求到桩土复合体的等效刚度,采用滑动面处位移相等原则,保证桩身在滑动面处的内力和变形位移的连续性以及反应土体的连续性,使计算结果更符合微型桩群的实际受力情况。板的计算参数取用岩土体计算参数,进而计算出桩体的变形位移及内力。通过实例求解得到桩土复合体的位移及内力图,与数值计算方法和悬臂桩法计算所得变形位移及内力图变化趋势相同,且变形位移和内力的计算结果偏大,为桩土破坏提供了一定的安全储备空间。     

Numeric simulation analysis of load-settlement relation of pile in layer foundation

The modern technique of pile foundation can con-struct the pile with a fewmeters diameter and tens me-ters in length.The bearing capacity of a single pile canreach to tens of thousands of kN.Therefore,it is veryimportant to simulate and analyze the integrated processof load-settlement relation of pile.However,because ofthe complexity of the soil layer around the pile and thecertain elastic deformation of pile shaft,itincludes verycomplicated pile-soil interaction.Thus,it’s quite diffi-cult t…