基于桩侧阻力强化效应的嵌岩桩承载力计算

 根据常法向刚度条件下结构面剪切力学特性研究嵌岩桩的荷载传递机制。考虑桩–岩界面胶结作用,提出完整的嵌岩桩桩–岩界面剪切机制,即包括胶结破坏、滑动剪胀及剪切滑移3部分;根据桩–岩界面不同剪切阶段的力学特性,建立完整的桩–岩界面剪切本构方程。基于结构面剪切力学特性,从理论上分析嵌岩桩桩侧阻力强化效应的产生机制。研究结果表明,桩侧阻力增强效应在整个桩侧都有发生,但在桩端附近桩侧最为明显。在机制分析的基础上,提出考虑桩侧阻力强化效应的嵌岩桩竖向承载力理论计算方法,该法计算模式明显有别于传统桩基规范算法。工程算例对比分析结果表明,该方法计算值比桩基规范传统算法计算值更接近于现场实测静载试验结果。这一算法可为嵌岩桩设计与应用提供新的思路。     

基于结构面力学特性的嵌岩桩侧摩阻力分布分析

现有嵌岩桩桩-岩结构面力学特性研究中很少考虑胶结力作用,在考虑桩-岩界面胶结作用的基础上,提出了完整的嵌岩桩桩-岩界面剪切机理,即包括胶结破坏、滑动剪胀及剪切滑移3部分,且嵌岩桩侧摩阻力主要由胶结力和摩擦力构成。根据桩-岩界面剪切不同阶段的力学特性,建立完整的桩-岩界面剪切本构函数,并推导出其荷载传递方程。基于所获得的解答,深入探讨桩侧摩阻力和桩身轴力随深度变化的分布规律,并从理论上解释桩侧摩阻力单、双峰值分布现象。分析结果表明,桩侧摩阻力峰值沿桩身分布并不存在传统观点认为的0.15l及0.75l固定分布位置,且侧摩阻力双峰值沿桩身分布位置均随桩顶荷载增大而向下移动,当荷载超过某一临界值后,表现为单峰值分布。工程实测数据与理论计算结果的对比分析进一步阐述了理论解的合理性和可行性。     

基于桩–岩结构面特性的嵌岩桩荷载传递分析

 嵌岩桩的荷载传递特性主要取决于混凝土–岩石界面的剪切特性。基于桩–岩结构面剪胀及破坏机制,建立适于弱质岩石嵌岩桩侧摩阻力传递模型,求得破坏及弹性条件下桩侧摩阻力及桩身轴力的解析式,并由此推导出嵌岩桩的临界长度。基于所获得的解答,深入探讨桩侧摩阻力和桩身轴力随深度变化的分布规律,从理论上分析嵌岩桩桩径、桩–岩模量比、剪胀角对嵌岩桩荷载传递的影响,并提出有关设计建议。提出可近似考虑各因素综合影响系数h,可作为嵌岩桩承载性能的宏观控制指标。同等条件下,h值越大,嵌岩桩承载性能越好,能承受的极限荷载也越大。工程算例对比分析结果表明,理论计算与实测结果吻合较好,对嵌岩桩设计有一定参考价值。     

基于桩-岩结构面特性的嵌岩桩荷载传递分析

嵌岩桩的荷载传递特性主要取决于混凝土-岩石界面的剪切特性.基于桩-岩结构面剪胀及破坏机制,建立适于弱质岩石嵌岩桩侧摩阻力传递模型,求得破坏及弹性条件下桩侧摩阻力及桩身轴力的解析式,并由此推导出嵌岩桩的临界长度.基于所获得的解答,深入探讨桩侧摩阻力和桩身轴力随深度变化的分布规律,从理论上分析嵌岩桩桩径、桩-岩模量比、剪胀角对嵌岩桩荷载传递的影响,并提出有关设计建议.提出可近似考虑各因素综合影响系数η,可作为嵌岩桩承载性能的宏观控制指标.同等条件下,η值越大,嵌岩桩承载性能越好,能承受的极限荷载也越大.工程算例对比分析结果表明,理论计算与实测结果吻合较好,对嵌岩桩设计有一定参考价值.     

基于Hoek-Brown准则嵌岩段桩–岩侧阻力修正计算方法

利用二维Hoek-Brown(2002)破坏准则为岩石破坏标准,基于“小孔扩张理论”模拟嵌岩段桩侧摩阻力的“剪切–滑移–膨胀”发挥机理,综合考虑了桩体单元受到桩径发生改变后由于岩体的径向约束作用而产生的法向应力,以及土、岩体由于重力的作用产生的竖向应力导致的桩体表面的水平向法向应力,对已有文献推导出来的桩侧极限摩阻力计算进行了修正,并通过算例分析讨论了桩身轴力、岩石强度模数、岩体抗拉强度系数、岩桩刚度比、桩径以及嵌岩比等因素对极限侧阻力的影响。结果表明：嵌岩段极限侧阻力随单桩轴力增大而增大;嵌岩段极限侧阻力与岩石强度模数和岩体抗拉强度系数相关;嵌岩段极限侧阻力与岩桩相对刚度呈正相关;桩径的增加,桩极限侧阻力减小;随嵌岩比增大,传递到桩端的荷载减小,嵌岩段极限侧阻力减小。     

考虑软岩剪胀效应的嵌岩桩荷载传递机理分析

嵌岩桩在竖向荷载作用下,桩-岩结构面剪胀效应对侧阻力的发挥过程具有重要影响。首先,根据软岩中嵌岩桩桩-岩结构面的一种非平面剪切破坏模式,利用滑移线场法求解了发生剪切破坏时的荷载值及剪切位移值,建立了桩-岩结构面剪切函数,并通过现有的室内模型试验验证了该剪切函数的合理性。其次,基于桩-岩结构面剪切函数,建立了考虑软岩剪胀效应的嵌岩段桩身荷载传递方程,导得了嵌岩桩桩身荷载传递表达式。在此基础上,进一步分析探讨了桩-岩结构面粗糙度、岩石力学性质及桩-岩结构面法向刚度等因素对塑性阶段侧阻力分布的影响。最后以某实际工程为例,计算得到了桩身荷载传递曲线,并将其与实测曲线进行对比发现计算曲线与实测曲线吻合较好,验证了计算方法的适用性。     

红砂岩嵌岩桩桩–岩界面摩阻特性试验研究

针对红砂岩嵌岩桩桩–岩界面的摩阻特性进行了现场模型试验。试验研究表明,红砂岩嵌岩桩侧摩阻力呈现上大下小的分布模式,并随着岩石节理裂隙、钻孔质量等因素呈现波动,破坏时桩身上部的侧阻力远大于下部侧阻力值。随着桩长的增加,桩侧摩阻力的发挥效率降低,极限侧摩阻力减小;桩周红砂岩的软化会明显降低极限侧摩阻力和承载力,并改变红砂岩嵌岩的破坏模式;随着桩端刚度的增加,侧阻力分担比变小,发挥速度加快;增加桩长或桩端刚度使侧阻力有向桩身上部集中的趋势。根据现行规范确定的红砂岩嵌岩桩承载力存在较大的安全储备。     

大直径嵌岩桩承载特性的现场试验分析

嵌岩桩是一种钢筋混凝土现场灌注桩,桩身弹性模量与岩石地基弹性模量相接近,当桩身嵌入岩层后,能牢固地结合成为共同受力的整体结构.通过现场试验(静载荷试验和动测试验)分析,得出嵌岩桩的承载特性:嵌岩灌注桩的荷载传递和破坏特性主要与长径比、覆盖土层性质、嵌岩段的岩性和成桩工艺有关;大部分嵌岩灌注桩属于摩擦型桩;嵌岩灌注桩的嵌岩部分具有较高的侧阻力和端阻力;嵌岩桩的侧阻力与桩土摩阻力都是桩的侧阻力,但二者破坏机制、分布规律完全不同,桩土摩阻力沿桩的深度方向是均匀分布,而嵌岩桩侧阻力则是典型的非线性分布.     

抗滑桩嵌固段设计修正方法研究

 传统的抗滑桩设计方法将抗滑桩简化成一个二维模型,采用计算宽度Bp进行设计,对桩侧摩阻力的简化存在不合理地方,因此对其进行修正方法的研究。在混凝土–岩块胶结面剪切试验的基础上得到胶结面受剪的本构方程,并将其应用到抗滑桩嵌固段的设计中,推导基于K法的抗滑桩嵌固段设计修正方法的计算公式。将修正方法应用到马家沟I号滑坡中,发现修正方法与传统K法相比,计算的桩位移相差较大,内力相差较小。影响因素敏感性分析发现桩位移随残余剪切强度f的增加、临界位移xs的减小而减小,且f对桩位移的影响要大于xs,二者对内力分布的影响不大。位移是控制抗滑桩设计的一个重要指标,因此应考虑桩侧摩阻力的分布,结合胶结面剪切试验进行抗滑桩的设计。     

嵌岩桩单桩竖向承载性状数值分析

嵌岩桩是深厚覆盖层地区大型桥梁、高层超高层建设中广泛采用的基础形式之一。嵌岩桩的承载特性受场地岩土层分布及其特性影响较大,依据芜湖市营盘山路延伸段道路桥梁工程现场3#嵌岩桩静载试验,利用ABAQUS建立相应模型进行数值分析,研究深厚黏土及风化覆盖层场地嵌岩桩单桩竖向承载性状。荷载-沉降数值计算结果同现场试验实测结果吻合较好,进一步分析表明:随着荷载施加,浅部黏土覆盖层和嵌岩段出现负摩阻力,嵌岩段桩侧摩阻力对桩侧总摩阻力分担比例不断增加,而桩侧摩阻力对竖向荷载分担比例不断减小,端阻力对荷载发挥主要作用,具有摩擦端承桩的承载性状。     

大直径灌注桩抗拔承载性状分析

根据5根大直径灌注桩现场抗拔静载试验和应力测试结果,分析了嵌岩桩荷载传递性状和嵌岩段摩阻力发挥过程一些特性,得到抗拔桩的桩周土层抗拔系数以及Q–s曲线呈缓变形的抗拔桩极限承载力取值方法。结果表明抗拔桩的曲线形状与持力层岩石风化程度和桩的嵌岩深度有关。同时根据嵌岩段摩阻力发挥过程特点,进一步探讨了影响嵌岩段摩阻力发挥值主要因素。     

模型嵌岩桩推出试验及其填隙材料遴选研究

嵌岩桩模型试验,需要在桩身贴片,而现浇桩贴片困难,所以采用预制桩的形式,这就需要解决预制桩与桩周岩面的接触面问题。试验采用不同类型胶凝材料填补桩岩界面缝隙,也选用了不同类型基岩,并进行推出试验探索其承载特性,并遴选出最优的填隙材料进行嵌岩桩模型试验。试验结果表明:高强度水泥砂浆能较好地模拟桩岩界面接触作用。     

红层泥岩桩岩接触面本构模型试验及数值模拟

桩岩(土)接触面力学特性的研究是桩基承载机理研究的基础。通过红层泥岩桩岩接触面大型直剪试验,研究了红层泥岩桩岩接触面的力学特性,结果表明:接触面剪应力先随剪切位移增大而增大,在达到峰值后,剪应力随着剪切位移增大而降低,并最终趋于稳定值,应力应变曲线呈现出应变软化的特征。根据剪切试验结果,推导出桩岩接触面应变软化本构方程。利用fish语言对FLAC3D中自带的理想弹塑性接触单元进行二次开发,并应用开发的模型对桩岩接触面直剪试验进行了数值模拟,分析剪应力与剪切位移之间的关系,证明了该本构能够较好地模拟接触面间的应变软化特性。     

按桩顶沉降控制嵌岩桩竖向承载力的方法

结合现场嵌岩桩试桩资料,深入分析了嵌岩桩的竖向承载机理,并提出了按桩顶沉降量控制嵌岩桩竖向承载力的设想及其相应的计算方法,该方法可充分考虑桩侧土(岩)阻力及桩端岩层阻力的发挥程度,尤其适用于超长嵌岩灌注桩竖向承载力的计算,最后结合某大桥嵌岩桩静载荷试验数据进行了分析,理论计算与实测结果吻合良好。     

大直径嵌岩桩承载性状实验分析

根据南京地区某小区的3根试桩的试验,就嵌岩桩的承载机理,结合其数据,分析桩侧摩阻力以及桩端力的发挥情况,揭示南京地区嵌岩桩桩侧摩阻力的取值特点,对这一地区的同类基桩设计、施工有一定的借鉴作用。     

确定嵌岩灌注桩竖向承载力的荷载传递法

以荷载传递解析法研究嵌岩灌注桩桩周及桩底荷载传递性状，并针对实际工程中桩周土体的加工软化和加工硬化型土的不同情况，建立了各种土体与岩层的衙载传递统一模型。对于桩端荷载传递机理，考虑嵌岩灌注桩桩端沉渣的影响，采用桩端阻三折线模型。在此基础上，充分考虑桩侧土(岩)与桩端岩层阻力的发挥程度，导出了桩顶沉降量与桩顶荷载之间的关系式，由此可通过控制桩顶沉降量来确定嵌岩灌注桩的桩顶竖向承载力。最后，以试桩结果检验了该方法的可行性。