基底倾斜的管桩复合地基路堤破坏模式研究

通过4组土工离心模型试验,研究了山区底面倾斜的软土层管桩复合地基路堤破坏模式。基于底面倾斜的天然软基路堤变形及失稳破坏特点,分析了桩端嵌入硬土层深度和桩顶格梁对于山区管桩复合地基路堤变形及失稳破坏模式的影响。试验结果表明,倾斜软土管桩复合地基上的路堤破坏模式主要有:(1)当桩端嵌入硬土层较深时,复合地基易发生下坡坡脚附近的桩体倾倒和桩间土绕流破坏;(2)桩端嵌入硬土层较浅时,复合地基易发生桩体向一侧的倾覆破坏,并伴随一定的桩间土绕流破坏,桩体倾覆程度显著大于桩端嵌入硬土层较深的情况;(3)当加格梁联系管桩桩顶时,复合地基易发生桩间土的绕流破坏。     

路堤荷载下CFG桩复合地基失稳破坏特性离心模型试验

掌握路基工程CFG桩复合地基失稳破坏特性是建立稳定分析方法的基础。针对路堤荷载作用下深厚软黏土地基,开展了3组CFG桩复合地基离心模型试验,采用自行研制的空中泄砂装置模拟路堤分层填筑过程,设计制作砂浆包裹石墨芯的模型桩监测桩体破坏时序,通过摄影测量技术获取地基土位移场云图,分析复合地基的承载与变形特性及失稳滑动形态。试验表明,随路堤荷载增加,位于坡脚附近的桩体首先发生破坏,并逐渐向路堤中心发展,呈现渐进破坏特点,复合地基发生整体失稳后滑面近似呈圆弧状;桩体破坏形态与桩周土体变形特性密切相关,地基发生隆起变形的坡脚附近桩体呈现拉弯破坏特征,承受路堤荷载较大的路肩附近桩体以压弯破坏为主;桩帽对桩土荷载分担影响显著,桩身轴力增大可提高桩体抗弯拉能力,有利于复合地基稳定性提高。     

刚性桩加固软弱地基上路堤稳定性问题（Ⅱ）——群桩条件下的分析

针对刚性桩支承路堤，笔者已进行的对单桩位于路堤下不同位置时路堤稳定性的研究表明，复合抗剪强度极限平衡法不能反映不同位置单桩的强度及刚度对路堤稳定性的影响以及桩的弯曲破坏机理，将显著高估路堤稳定性。通过对群桩条件下刚性桩加固路堤分别采用三维和二维数值分析方法，研究了路堤填筑及趋于失稳破坏过程中，桩、土的内力与变形规律、桩的破坏形式等。结果表明：群桩条件下，不同位置的刚性桩的破坏模式不同，对路堤稳定性的贡献机理也相应不同，弯曲破坏比剪切破坏更易于发生，剪切破坏并非是桩最危险的破坏方式；提出了考虑路堤趋于失稳破坏过程中桩弯曲破坏的cut-off退出方法，在进行数值分析时可反映路堤趋于失稳过程中桩的破坏形式，从而合理地评估路堤稳定性。对素混凝土桩加固路堤的稳定分析，提出了桩可使用抗剪强度概念，并提出了按桩体可使用抗剪强度采用极限平衡法进行路堤稳定分析的方法。     

桩体刚度对复合地基支承路堤失稳破坏模式的影响研究

在已有研究基础上,对理想塑性、脆性拉裂两种破坏后性状对应桩体的抗弯、抗剪承载力的进行了分析比较,脆性拉裂破坏后性状可以更好地反映桩体弯曲破坏后抗弯及抗剪承载力的降低。对于复合地基支承路堤的有限差分数值模拟表明,路堤荷载、桩体材料弹性模量不同时桩体受力以及路堤失稳时桩体的破坏模式并不相同,当桩体弹性模量、路堤荷载较大时,桩体发生受拉弯曲破坏,需考虑桩体的脆性拉裂破坏后性状以描述桩体抗弯、抗剪承载力的降低以及不同位置桩的连续破坏。     

基于渐进破坏的路堤下刚性桩复合地基的稳定性分析及控制

传统的刚性桩复合地基支承路堤的稳定分析方法均是假定滑动区内桩体发生同时破坏。在已有研究基础上,采用有限差分方法开展了考虑桩体破坏后的不同性状(post-failure behavior)和不同桩体破坏顺序的路堤稳定性分析,结果表明无筋刚性桩复合地基首先在局部位置发生脆性弯曲破坏,应力释放后引发相邻桩体的弯矩大幅度增加并发生弯曲破坏,从而产生由局部桩体的弯曲破坏引发不同位置桩体的渐进破坏,并最终导致复合地基发生失稳破坏。假定桩体同时发生破坏的复合地基支承路堤的稳定分析方法将显著高估路堤稳定性,路堤下复合地基的稳定性分析应考虑局部位置首先破坏并引发其它位置桩体的渐进破坏。基于复合地基中桩体渐进破坏控制的理念,提出了路堤下复合地基关键桩的概念和分区不等强设计的稳定性控制方法,通过提高关键桩桩体抗弯强度及延性的方法,可有效提高路堤整体稳定性。     

基于频谱分析的饱和砂土场地直斜群桩承台——土体耦合作用下桩身弯矩分布规律研究

地震荷载作用下,群桩结构受到承台和土体共同作用,不同桩型的桩身弯矩会发生明显变化,尤其在饱和砂土条件下。因此,为研究上述问题,利用浙江大学ZJU400土工离心机进行饱和砂土场地直斜群桩地震动力响应试验,并通过频谱分析的方法,对饱和砂土场地和直斜群桩桩顶承台的频谱成分进行详细分析,之后根据得出的不同频率成分分别对直斜群桩桩身弯矩分布情况进行详细研究。研究结果表明:地震荷载作用下饱和砂土液化前后土体特征频率发生明显变化,液化后土体的特征频率明显变小;随着振动强度的增加,斜桩顶承台特征频率也发生了减小的现象,而直桩桩顶承台特征频率则始终保持在0～2Hz,未发生明显变化;不同振动强度下,不同频率成分对于直斜群桩桩身弯矩包络图的影响发生了较大的变化,在0.05 g工况下0～2 Hz频谱成分对斜群桩桩身弯矩影响要小于2～5 Hz,但其他工况下0～2 Hz频谱成分对于直斜群桩桩身弯矩的影响均最为明显。同时,随着振动强度的增加,土体埋深范围内直群桩桩身弯矩包络图的峰值位置发生了下移。因此,在实际工程中应考虑此问题,适当增加弯矩较大值位置附近的桩身抗弯刚度。     

工程桩对基坑稳定性的影响及其计算方法研究

通过有限差分数值模拟和极限平衡法对比计算,对单排支撑的基坑破坏模式及坑内工程桩对基坑稳定性的影响进行了分析,得到以下结论:坑内工程桩的存在能在一定程度上提高基坑稳定安全系数。单排支撑基坑的失稳滑动面更接近于绕支撑点转动的圆弧滑动面。当基坑发生失稳破坏时,工程桩更容易发生弯曲破坏,考虑坑内工程桩对基坑稳定的贡献时,应取工程桩抗弯破坏时的等效抗剪强度和实际抗剪强度中的较小值。     

深基坑微型桩支护的模型试验研究

基于深基坑微型桩支护模型试验,研究深基坑开挖过程与基坑周边堆载时支挡体系和基坑边坡的力学响应特征及破坏规律。研究分析表明:开挖过程中,每级开挖面处桩体受力较大,开挖面以上土压力随着开挖深度的增加而逐渐减小,桩体弯曲变形显著,类似于悬臂梁受力弯曲,且随着开挖深度的增大,变形逐渐增大,开挖面以下桩体受力、变形变化较小;基坑周边堆载时,桩-土体系的破坏进一步加剧,基坑底面附近局部范围桩身弯矩变化较大,桩体剪切作用显著;整个过程中,基坑顶面首先发生破坏,地表产生裂缝且伴有土块脱落,随着开挖加载的进行,基坑边坡将产生多个滑裂面,呈叠瓦式排列。     

多次分段注浆钢花管桩群结构抗滑性能模型试验研究

为了更好地研究多次分段注浆钢花管桩群结构防治新技术及其作用机制,采用现场大比例模型试验,研究多次分段注浆钢花管桩群的抗滑性能,讨论钢花管注浆效果、群桩效应及破坏模式。试验结果表明:采用多次分段控制注浆钢花管桩群结构加固边坡,在桩周边均形成"树根状"水泥柱复合抗滑体,这种结构可以有效提高桩周土体抗剪强度,有效增强钢花管桩群结构的抗滑性能。三排6.0m桩长的多次分段注浆钢花管,比单排注浆钢花管水平抗滑力提高了1.1×10~4 N/根,群桩结构每根钢花管水平承载力相比单排钢花管提高约10.5%;三排桩群结构的钢花管均在滑面附近发生受弯破坏,建议在结构设计中加强滑面附近的桩体配筋设计,提高滑面附近的抗弯破坏能力,以达到更好的抗滑效果。     

土–桩基–核岛体系动力相互作用振动台试验及数值模拟

利用振动台试验研究了土–桩基–核岛体系动力反应规律,分析了桩身内力分布特征、变形规律和桩身破坏模式。试验结果表明:输入不同幅值的地震动时土层与桩基础结构均出现加速度放大情况,其中远离结构自由场放大系数峰值出现土层表面,桩间土层放大系数峰值出现在土层中部,表明桩基础对土层加速度放大情况有一定影响;桩身在中部出现加速度放大峰值后在靠近承台位置出现减小,表明上部结构对桩身加速度放大分布有显著影响。桩身剪力在桩-承台连接处最大并随深度增加而减小,弯矩在桩顶部及中上部位置较大。桩-承台连接处、桩中部(约6倍桩径)为桩身薄弱环节,破坏形式为拉伸剪切破坏及弯曲破坏。群桩各桩的破坏顺序为沿振动方向一侧边桩先出现破坏并引起中部角桩破坏,后中桩破坏,另一侧边桩最后破坏。水平地震荷载作用下群桩的可能破坏机制是沿振动方向的边桩由于受桩周土的约束较弱、最先受到地震的作用,更容易先发生破坏,并引起其它位置的桩发生破坏。     

刚性桩加固软弱地基上路堤的稳定性问题(Ⅰ)——存在问题及单桩条件下的分析

目前各类刚性桩在软土路基加固中已有较多应用。首先对复合抗剪强度极限平衡法存在的问题进行了分析。在此基础上,基于刚性桩的刚度及强度特征,采用三维有限差分方法和二维强度折减有限差分数值方法,针对刚性桩复合地基支承路堤的整体稳定分析,对单桩位于路堤下不同位置时的路堤稳定性进行了研究,并与传统复合抗剪强度极限平衡法稳定分析结果进行对比。结果表明,当路堤下单桩位于不同位置时,路堤填筑过程中桩土相互作用机理、桩的破坏形式及桩对路堤稳定的贡献机理不同,桩的刚度对路堤稳定存在显著影响。路堤趋于稳定破坏时,位于路堤下不同位置的刚性桩的弯曲破坏比剪切破坏更易于发生。对刚性桩加固路堤,复合抗剪强度极限平衡法不能反映不同位置单桩的破坏机理,将显著高估路堤稳定性。     

基坑双排斜桩模型试验研究

伴随着地下空间开发的开发,基坑开挖深度逐步加大,当开挖深度较大时,单排桩满足不了位移要求时,发展出双排直桩、斜直交替桩等新型支护形式,然而支护效果仍不够理想。为进一步优化基坑工程中的双排支护桩,增大其抗侧刚度,将桩设置为斜桩形成基坑双排斜桩。为了验证双排斜桩的支护效果,基于室内模型试验对双排斜桩在开挖与堆载作用下的桩顶位移和桩身弯矩进行监测,并与单排桩、双排直立桩、小排距前排倾斜双排桩和常规排距前排倾斜双排桩进行对比。研究结果表明:(1)双排直立桩、小排距前排倾斜双排桩、常规排距前排倾斜双排桩和双排斜桩的侧向刚度均优于单排桩;(2)当桩顶排距较小时,前后排形成的空间刚架作用不强,小排距前排倾斜双排桩承载力弱于双排直立桩,当桩顶排距与双排直立桩相同时,前排倾斜双排桩的桩顶位移增长速度比双排直立桩缓慢,承载力提高;(3)双排斜桩在开挖和堆载过程中,位移增长最为缓慢,桩身弯矩较小,相比单排桩、双排直立桩和前排倾斜双排桩有一定优势;(4)对5种工况的桩型布置进行排序,双排斜桩＞常规排距前排倾斜双排桩＞双排直立桩＞小排距前排倾斜双排桩＞单排桩。     

黄土基坑双排桩支护结构的有限元分析

运用有限元软件ABAQUS建立双排桩支护结构的有限元模型,分析了黄土基坑双排桩支护结构中排距和桩身强度(包括桩的截面尺寸及桩身混凝土强度)对桩位移和弯矩的影响,并且在基坑和桩身情况相同的条件下,比较了单排桩和双排桩。研究结果表明,黄土基坑使用双排桩支护体系比单排桩支护体系在安全性能方面更具有优越性。计算给出了双排桩排距和桩截面尺寸的最佳取值范围,以及桩身所用混凝土的最佳强度等级。本文为黄土基坑双排桩支护结构的设计和施工提供了一定的参考依据。     

长短桩组合路堤桩荷载分担规律离心模型试验与数值模拟

采用离心模型试验和三维有限元法,探讨路堤荷载下长短桩组合路堤桩的荷载分担规律。共进行4组离心模型试验,得到不同桩长比时长桩和短桩的桩土应力比随分级加载过程的变化曲线,以及相应的长桩和短桩桩身轴力的传递规律。基于离心模型试验的基本参数建立三维有限元模型,采用Gibson地基模拟离心场中软土地基强度沿深度方向逐渐增大的特性。计算结果与离心模型测试结果的对比验证模型建立的合理性;并且进一步研究长短桩组合路堤桩应用于存在持力层时的层状地基中的桩土荷载分担规律。研究结果表明:随着荷载的增加,长桩分担的荷载逐渐增大,而短桩和桩间土分担的荷载逐渐减小,且都趋于稳定值;桩长比越大,长桩分担的荷载越大;存在持力层时的层状地基更有利于长短桩组合路堤桩加固效果的发挥。     

Study on embedded length of piles for slope reinforced with one row of piles

The embedded length of anti-slide piles for slope is analyzed by three-dimensional elastoplastic shear strength reduction method. The effect of embedded pile length on the factor of safety and pile behavior is analyzed. Furthermore, the effects of pile spacing, pile head conditions, pile bending stiffness and soil properties on length and behavior of pile are also analyzed. The results show that the pile spacing and the pile head conditions have significant influences on the critical embedded length of pile...     

基于离心模型试验的桩帽网结构路基桩端持力层效应研究

为了考察桩端持力层强度对桩帽网结构路基(地基)承载特性的影响,设计了4组不同桩端持力层状态的离心模型试验,测试了地基变形、加筋垫层拉力和路堤基底压力等数据。测试数据表明:①桩端持力层强度降低,地基由稳定向出现桩底明显刺入再到出现桩端持力层局部剪切破坏方面转化;②桩端持力层强度提高,地基变形减小,路基中心桩底刺入及地表沉降、坡脚地基水平变形均值与持力层承载力的关系曲线可用幂函数描述;③桩端持力层强度越高,桩体承载集中效应与桩间土承载减载效应越明显;④路基中心附近地表沉降与路基面覆盖范围筋带拉力均值间的关系曲线可用二次多项式描述,考虑了路堤横向滑移因素的筋带拉力计算值与实测较接近;⑤端承摩擦桩型的桩端持力层强度提高,筋带所受拉力减小;⑥布设袋装砂井,能加快地基的排水固结,提高桩端持力层承载力,增强地基稳定性。     

桩承式围堤对邻近桥梁桩基的影响

桩承式围堤是将上部围堤或堆载荷重通过桩筏基础传递到深层较硬的土层,减少由于围堤或堆载对邻近桩基产生负摩阻力和侧向推力的一种构筑物。本文采用基于Geddes应力解的桩筏基础简化分析方法,以嘉兴港海盐港区三期围堤与杭州湾跨海大桥的穿越段为例,对桩承式围堤对邻近桩基产生的负摩阻力和侧向推力进行了理论研究,并与三维弹性和弹塑性数值模拟结果进行了对比分析。结果表明:①桩承式围堤可有效降低围堤或地面堆载等荷载条件对邻近桩基的影响;②本文采用的简化分析方法与弹性和弹塑性三维数值模拟结果吻合较好,可作为桩承式围堤结构基础的分析和设计方法。     

滨海超深软土刚性桩复合地基工作性能研究

滨海地区深厚软土地基沉降控制是工程建设的关键。本文以珠海航空新城某近海市政道路工程为依托,对超深软土刚性桩复合地基工作性能进行了研究,研究结果表明:(1)采用等效桩墙简化的平面应变模型可以有效模拟刚性桩复合地基的受力及变形;(2)持力层沉降占地基总沉降比例超80%,当边桩桩间距较大时,最大沉降及最大桩-土差异沉降均发生在路堤边缘区域,最外侧桩体处于最不利状态;(3)施工过程中超静孔隙水压力集中于桩端持力层,桩端超静孔压持续消散,而加固区超静孔隙水压力呈先增加后减小规律,超静孔隙水压力与有效应力之间呈此消彼长的关系;(4)采取缩小边桩间距、加大桩体直径、加深桩端进入持力层深度和加大桩帽尺寸等优化设计措施能有效控制超深厚软土地层沉降,促进桩-土间的协调变形,减少道路病害。