刚性疏桩复合地基桩土荷载分担的实用计算方法

为了合理评估路堤下刚性疏桩复合地基桩、土之间的荷载分担,首先基于单桩分析模型和Marston土压力理论,将上部路堤的土拱效应简化为桩顶上方虚土柱与其周围土的相互作用,建立了路堤荷载传递分析的计算模型;在此基础上,结合复合地基桩体承载机理,考虑基底桩土刚度差异对路堤荷载传递的影响,给出了一种计算刚性疏桩复合地基桩土荷载分担的方法;最后,通过与工程实测结果和其他计算方法结果的对比,对本文计算方法进行了验证,并通过算例分析了桩土荷载分担比随填土高度、填土粘聚力和基底桩土刚度等因素的变化规律。     

基于Mindlin应力解近似计算路堤桩沉降

由于桩间土的分担荷载大部分以负摩阻力的形式传递给桩,因此近似假定路堤桩为上部荷载直接作用在中性点处的桩基,以此作为桩侧摩阻力的分布模式,用Mindlin应力解计算路堤桩地基中的附加应力与沉降,计算结果与实测结果的吻合程度较好。     

路堤下复合地基桩、土应力比分析

由于路堤由填土等散体材料组成，路堤下复合地基桩与桩间土之间的沉降不一致，导致填土内部出现相对垂直位移，应力状态发生变化。计算路堤复合地基桩、土应力比的方法及计算参数均与刚性基础下的复合地基不同。通过对复合地基上部填土的力学分析，推导出一个求解桩顶平面处的桩、土应力比的公式。该公式表明桩顶处桩、土应力比的大小与复合地基置换率，桩顶处桩，土沉降差，填土厚度，填土弹性模量等关系密切。最后，利用一个工程实例证明该公式的正确性。     

柔性桩承式加筋路堤桩土应力比分析

针对柔性桩承式加筋路堤,建立了路堤–网–桩–土相互协调共同工作的荷载传递模型,通过改进的路堤荷载传递模型和假定的柔性桩侧摩阻力分布模式分析了路堤土拱效应和桩土相互作用,根据平衡条件推导获得了新的可以考虑土拱效应、拉膜效应和桩土相互作用三者耦合条件下桩土应力比及桩土差异沉降计算公式。通过工程实例的分析计算,验证计算模型的合理性,并分析了各因素与桩土应力比的关系。结果表明：网上、下桩土应力比均随路堤填土内摩擦角的增加先增大后减小,随桩体压缩模量、路堤填土压缩模量的增加而增大,随桩间土压缩模量、桩间距的增加而减小,且网下桩土应力比大于网上桩土应力比;网上桩土应力比随土工格栅抗拉强度的增加而减小,网下桩土应力比随土工格栅抗拉强度的增加而增大,网上、下桩土应力比差随土工格栅抗拉强度、路堤填土重度和填土高度的增加而增大。桩土应力比和桩土差异沉降理论计算值与工程实例实测值对应较好。     

桩承式路堤土拱效应计算方法比较

桩承式路堤土拱效应对路堤的荷载传递和沉降变形性状有重要影响,桩土应力比是评价土拱效应的重要参数.通过模型试验及现场测试对目前已有的土拱效应计算方法进行了比较.结果表明:对于平面土拱,Terzaghi方法计算结果与模型试验结果最大值比较接近,Low方法计算结果整体上与模型试验结果吻合较好;对于空间土拱,Hewlett方法及陈云敏方法计算结果与现场实测结果均比较接近;英国规范BS8006推荐方法的计算结果与模型试验及现场实测结果的差异均较大.该研究成果可为桩承式路堤设计提供有益的参考.     

路堤下刚性桩复合地基的设计计算方法研究

路堤下刚性桩复合地基中填土在桩与桩间土之间发生了不等的沉降变形，导致路堤土产生拱效应；桩身受力分布随中性点的变化而改变，使得复合地基分层沉降和总沉降变形发生改变。根据土力学基本原理，结合已有刚性桩复合地基的桩、土压力、桩身荷载传递的研究成果，提出了刚性桩复合地基的设计计算方法，通过对工程实例的验证，计算结果比较合理,与工程实例实测结果吻合较好，可以满足工程设计需要。     

PTC型控沉疏桩复合地基试验研究

为了了解高填土路堤下PTC型控沉疏桩复合地基作用机理,掌握PTC型控沉疏桩复合地基沉降变形、承载特性、荷载传递、桩土应力比及桩土间相互作用等力学性状,进行了PTC型控沉疏桩复合地基足尺现场试验研究,得到了一系列有益的结论。试验结果能够为PTC型控沉疏桩复合地基理论研究提供合理依据,并对其优化设计起指导作用。     

桩承式路堤中土拱效应的改进Hewlett算法

桩承式路堤的承载机制即路堤在路堤荷载以及外部荷载的共同作用下，路堤内部力的传递与分布情况，而土拱效应是路堤承载特性与各组成部分相互作用的综合反映，因此分析桩承式路堤的承载机制，最重要的就是研究其土拱效应。在对Hewlett的平面和空间土拱效应计算方法作必要阐述基础上，对Hewlett空间土拱效应下塑性点出现在桩顶时的边界条件作了改进，得到改进后的桩土荷载分担比计算式。并用改进后的计算方法、Hewlett的方法分析桩土荷载分担比随桩帽宽与桩心距之比、桩心距与路堤高度之比、路堤填料内摩擦角的变化规律，并进行比较分析。最后通过与实测数据和数值分析结果的对比，验证该改进算法的可靠性与可行性，可供工程设计时参考。     

水泥土搅拌桩复合地基桩土应力比的对比分析

在某高速公路试验段的基础上,对不同桩长的水泥土搅拌桩复合地基在载荷试验中和路堤填土期的桩土应力比结果进行分析,探讨了荷载特性对复合地基桩土应力比的影响。结果表明：在刚性荷载和半柔性荷载条件下桩土应力比的变化规律存在着差异,在路堤的半柔性荷载作用下,复合地基的桩土应力比较载荷板刚性荷载下的桩土应力比小,并证明了路堤填土确实存在着拱效应。     

桩承式路堤中的静动力土拱效应

为了从更深层次理解土拱效应的工作性状,在总结桩承式路堤土拱效应中等沉面、桩体荷载分担比等问题的基础上,比较了几种桩体荷载分担比的计算方法,阐述了动荷载在桩承式路堤中的传递机理,分析了土拱效应发挥程度对动应力的影响,最后给出桩承式路堤中动应力的计算方法。研究结果表明:等沉面与土拱高度可用临界填土高度进行归一化描述,临界填土高度与桩间净距呈线性关系;桩体荷载分担比的大小与工况有关,几种计算方法有各自的适用条件;陈云敏的计算方法与实测值拟合度较高;动荷载的传递也受土拱效应的影响,随着动荷载循环次数的增加,土拱效应存在先强化后弱化的现象。     

附加应力法计算刚性桩复合地基路基沉降

部分刚性桩复合地基路基实际沉降超过计算沉降的重要原因之一是现有沉降计算方法存在严重缺陷。在分析桩土沉降关系和桩土作用的基础上,提出了路堤下刚性桩复合地基沉降计算新方法——附加应力法。首先根据桩土作用计算桩土附加应力,然后采用分层总和法计算复合地基沉降。经工程实例验证后,利用附加应力法研究了桩长、桩间距、扩底、桩帽等因素对路基沉降的影响,并与现行方法计算的沉降进行对比。分析表明:附加应力法可以考虑单桩竖向承载力、桩帽转移荷载能力、桩土相互作用等因素的影响,计算沉降与实测沉降接近;利用桩帽将路堤大部分荷载转移到桩顶可以有效减小路基沉降;扩底比桩长加大更经济合理;按"强桩、大间距、大桩帽"原则设计的复合地基比密桩复合地基更经济合理。     

基于最小势能原理的加筋垫层与路堤桩土相互作用研究

桩承式加筋路堤由于涉及桩–桩间土–垫层–加筋体的相互作用问题而使其承载机理复杂,适用于分层土的简化计算方法尚需要深入研究。在广义桩–广义土物理模型的基础上引入加筋垫层,考虑桩土荷载传递及加筋体拉伸产生的弹性势能,推导了整个系统的总势能方程,并将其离散化,建立了一个无约束非线性数学规划模型。该数学模型以总势能方程作为目标函数,采用下降迭代算法求解总势能方程的最小值,可求得桩、土、垫层垂直方向上的变形。通过一个未加筋的算例对数学规划模型进行了验证,并结合某堆煤筒仓实际工程对该方法计算的加筋处理效果进行了讨论。     

考虑竖向波动效应的径向非均质黏性阻尼土中管桩纵向振动响应研究

基于黏性阻尼土体三维轴对称模型,考虑桩周土体竖向波动效应和施工扰动引起的径向非均质性,将桩简化为等截面弹性体,通过建立管桩-土体体系纵向耦合振动简化分析模型,采用Laplace变换和复刚度传递方法,递推得出桩周、桩芯土体与桩体界面处复刚度,进而利用桩-土完全耦合条件推导得出桩顶动力阻抗解析解答,且将所得桩顶动力阻抗解答与已有相关解答进行退化验证其合理性,在此基础上,通过进一步参数化分析探讨了管桩桩长、桩内径、桩周土施工扰动程度和施工扰动范围对管桩纵向振动特性的影响规律,可为具体工程实践提供理论指导和参考作用。     

层状地基中群桩基础弹性理论解法及参数分析

根据Muki & Sternberg的计算方法,建立了层状地基中不同桩长、桩径、桩体材料情况下桩桩间的相互作用系数,利用叠加原理对层状地基中群桩基础进行计算分析,通过与已有文献计算结果的比较,验证了计算方法的正确性,并对层状地基中群桩基础的沉降以及各桩的荷载分担情况进行了参数分析。计算方法得到的相互作用系数可以考虑桩的“加筋效应”。能够用来分析大规模群桩基础,具有一定的工程应用前景。     

多元不排水长短桩复合地基固结解析解

多元复合地基是一种新型的复合地基技术。推导出瞬时加荷条件下多元不排水长短桩复合地基桩间土的固结方程,基于双层地基一维固结理论建立了相应的固结解析解。通过与有限元解的比较验证了解析解的正确性。利用建立的固结解析解进行参数分析,研究了多元不排水桩长短桩复合地基的固结特性。计算结果表明,多元不排水长短桩复合地基的固结速率随长桩压缩模量和置换率的增加而增大。短桩压缩模量和置换的变化对复合地基固结速率的影响很小。短桩较短时,短桩长度的变化对复合地基固结速率几乎没有影响,短桩较长时,复合地基固结速率随短桩长度的增加而增大。此外,多元不排水长短桩复合地基的固结速率随短桩以下土体压缩模量的增加而增大。     

多层土中根桩的非线性沉降简化计算方法

根桩是一种新型桩基础,它通过从桩身预留位置将一定数量的水平根键顶入桩周土体中来提高桩基承载力。为分析多层土中根桩的非线性沉降问题,基于双曲线函数提出了土–根键的荷载传递模型,并推导建立了一种多层土中根桩的非线性沉降简化计算方法,基于MATLAB编制了根桩的非线性沉降分析程序。以安徽省池州长江公路大桥工程两根现场试桩为例,对该方法与现场荷载试验结果以及其它分析方法进行了比较。结果表明,该方法与实测结果吻合较好,较其它分析方法更符合根桩的荷载沉降曲线特性。根桩参数分析表明,根桩的荷载沉降特性对根键的布置型式以及根键侧壁土的荷载传递参数取值不敏感,但对根键底部土的荷载传递参数取值较敏感。     

多层土中根桩的非线性沉降简化计算方法

根桩是一种新型桩基础,它通过从桩身预留位置将一定数量的水平根键顶入桩周土体中来提高桩基承载力。为分析多层土中根桩的非线性沉降问题,基于双曲线函数提出了土–根键的荷载传递模型,并推导建立了一种多层土中根桩的非线性沉降简化计算方法,基于MATLAB编制了根桩的非线性沉降分析程序。以安徽省池州长江公路大桥工程两根现场试桩为例,对该方法与现场荷载试验结果以及其它分析方法进行了比较。结果表明,该方法与实测结果吻合较好,较其它分析方法更符合根桩的荷载沉降曲线特性。根桩参数分析表明,根桩的荷载沉降特性对根键的布置型式以及根键侧壁土的荷载传递参数取值不敏感,但对根键底部土的荷载传递参数取值较敏感。     

Centrifuge modeling of the behaviour of helical piles in cohesive soils from installation and axial loading

Centrifuge modeling offers a viable tool for research in the soil-pile interaction, but this technique has not been used for helical piles in cohesive soils. A centrifuge model test program of helical piles in cohesive soils was carried out to investigate the axial soil-pile interaction and pile failure mechanism. Helical piles were installed while the centrifuge was spinning, which enabled the determination and interpretation of installation torque and pore pressure response of the soil. An analytical model for calculating the installation torque of helical piles screwed into cohesive soils was proposed and verified by test results. The pore pressure response to pile installation was monitored near two piles at two depths. Comparing the measured dissipation curves with the analytical curves for driven piles suggested that the excess pore pressure was primarily induced by the helical pile shaft. The model piles were axially loaded under 20 g condition. The present research may be considered as the first centrifuge test program that measured the axial load distribution along helical piles. The shaft internal loads were recorded using an innovative strain gauging method. The results show that the axial failure modes of helical piles depend on the strength of soil and inter-helix spacing. In general, it may be easier for a stiffer clay to form an inter-helix soil cylinder during axial pile movement.     

柔性群桩与地基相互作用的非线性分析

对桩侧土采用非线性荷载传递函数 ,桩端土采用线性荷载传递函数 ,同时考虑桩周土所分担的荷载对桩基荷载传递规律的影响 ,首次将增量荷载传递矩阵法与微分方程的近似解法———子域法相结合 ,推出了刚性承台下柔性群桩与地基非线性相互作用的系列近似解析算式。得出了如下结论 :刚性承台下 ,中桩、承台边缘桩及角桩的桩侧摩阻力沿深度的分布规律不完全相同 ,且各桩侧摩阻力发挥的程度也不一样 ,角桩侧摩阻力发挥最大 ,边中桩次之 ,中桩侧摩阻力发挥最小。     

稳定路基中刚性桩抗弯能力验算简易方法

稳定路基的刚性桩复合地基会产生一定的侧向位移，其刚性桩会承受一定的弯矩并可能开裂。为了保证刚性桩复合地基路基的长期稳定性，应验算路堤下复合地基刚性桩的抗弯能力。为减小路堤下复合地基刚性桩的抗弯能力验算难度，需要研究刚性桩弯矩简易计算方法。首先，基于大量公路路基软基试验和监测工程，对路基最大沉降与最大侧向位移的关系进行了统计研究，得到了两者之间的经验关系式；然后，根据路堤下复合地基和刚性桩的侧向位移曲线形状，提出刚性桩水平受力简化模型，并对复合地基刚性桩弯矩与最大侧向位移之间的关系进行了理论推导。在上述研究的基础上，提出了根据复合地基沉降得到桩身弯矩的简易方法。工程算例表明该方法简单、可行。研究表明，刚性桩位移与桩间土位移基本相等，可忽略不计桩土位移差对刚性桩弯矩的影响；当刚性桩进入硬土层的长度超过7倍桩径时，可认为刚性桩在软土层底面处固定。