基于颗粒流的基桩自平衡测试法数值模拟

为了揭示基桩自平衡测试法在加载过程中单桩的承载特性以及桩土相互作用规律,基于二维离散元软件PFC^2D模拟工程实践中基桩自平衡测试法的加载过程,分析单桩在受荷条件下的模拟试验。研究结果表明:①在加载初始阶段,桩侧阻力要优于桩端阻力发挥,但是桩端阻力也有一定的发挥,随着加载的进行,桩端阻力开始占据一定的作用;②在加载过程中,桩周土体孔隙率呈有规律的变化,具体表现为桩端一定范围内的土体孔隙率减小,且越靠近桩端,孔隙率变化越大,沿竖直方向变化趋势减小,桩侧土体孔隙率的变化则主要是荷载箱附近和上段桩上部一定范围内增大;③在加载过程中,随着荷载的增大,桩周土体颗粒之间的配位数,土体水平向应力、竖直向应力以及桩周土颗粒的位移均呈有规律的变化。研究结果可为自平衡测试法的理论研究提供参考。     

格栅状搅拌桩复合地基静载试验数值模拟研究

目前关于格栅状搅拌桩复合地基工作性状的研究工作相对较少,对其变形机理不甚了解。在兴隆水利枢纽格栅状搅拌桩复合地基现场载荷试验成果的基础上,考虑桩-土之间的相互接触,建立考虑搅拌桩-土共同作用的三维有限元模型,数值模拟复合地基群桩现场试验的实际加载过程。通过对比口字型群桩试验与数值模拟的P-S曲线,验证了数值方法及参数取值的正确性;分析了桩身轴力、桩间土的竖向应力及桩侧摩阻力等变化规律,研究了桩体与土体的荷载分担过程关系,获得桩身轴力及摩阻力分布规律;根据竖向平衡方程,推导得到平均桩端阻力和侧阻力,研究可为工程设计提供参考。     

钙质砂中桩基承载性状的模型试验研究

通过室内模型试验研究钙质砂中桩的承载性状,并采用石英砂进行对比。试验结果表明:在钙质砂和石英砂中桩的承载性状差异显著;开、闭口对桩的承载性能影响不大,相对密实度越大表现越明显;相同相对密实度下钙质砂中闭口桩的承载力较石英砂中低很多;钙质砂中桩侧荷载分担较小,大部分荷载由桩端土体承担,桩身下部与上部轴力相差不大,密实度越大,桩端轴力分担比例越高;石英砂中,桩身轴力沿桩身呈迅速减少,轴力衰减速率随深度增加而增大;与钙质砂相比,石英砂中桩侧摩阻力大很多;钙质砂和石英砂中桩侧摩阻力分布形式相似,近似呈抛物线型,表现出相同的性质;钙质砂中桩侧摩阻力未随相对密实度的增大而明显增加,而石英砂中桩侧摩阻力随相对密实度的增大而增加十分显著。     

水利工程中大直径PHC管桩承载力试验研究

结合某一水利工程大直径PHC管桩的地基处理应用,开展了单桩竖向抗压静载试验和单桩水平静载试验,并通过在管桩预制阶段安装钢筋应力计,研究分析了静载试验中桩身的荷载传递规律。研究表明：本工程中混凝土强度C80、外径800 mm、内径580 mm的PHC管桩的单桩竖向抗压承载力极限值不小于2 880 kN,桩顶荷载几乎全部由桩周侧摩阻力承担,桩端阻力发挥较小,属于典型的摩擦型桩。桩身轴力、桩侧摩阻力和桩端阻力均随着竖向荷载的施加而逐渐增大,并沿深度呈衰减分布。水平荷载下的桩身弯矩呈弓形分布,最大弯矩发生在距桩顶约0.2～0.3倍桩长截面处,单桩水平临界荷载值在150 kN左右。     

DX桩单桩承载机理有限元分析

通过有限元数值模拟，从研究DX桩单桩承受竖向荷载时的轴力以及侧摩阻力沿桩身的分布入手，分析桩顶荷载在各扩径体上的分配以及各扩径体分担荷载的发展过程，并比较了不同桩型轴力特点，揭示了DX桩单桩承载机理，为合理设计该类桩提供了依据。     

基于ANSYS的旋扩珠盘桩工作特性分析

文章借助有限元软件ANSYS,通过对旋扩珠盘桩的数值模拟,分析了在桩顶荷载增加的过程中承力盘的端阻力、桩端阻力和桩侧摩阻力的工作特性,并初步找出承力盘下受竖向附加应力影响的水平和垂直范围。     

静压桩荷载传递与承载性状试验研究

依托某实际工程 ,在对桩-土体系荷载传递机理分析的基础上 ,研究了现场静力压桩试验和载荷试验过程中桩侧阻力的变化规律及其承载特性.结果表明 :在竖向压力作用下静压桩穿越不同的土层时 ,需同时克服土体对桩侧阻力和端阻力作用 ,不同阶段桩顶荷载作用时的端阻和侧阻的发挥性状不同 ;随着压桩荷载增加 ,桩身上部摩阻力先于下部发挥作用 ,较先进入极限状态 ,体现了其异步性 ,桩基设计时桩身中上部应适当加强 ;地基土自身的强度会随地基土水环境的变化而改变 ,对桩侧摩阻力和桩端阻力发挥影响显著 ;正常工作阶段 ,桩基大都处于弹性变形阶段 ,然而超出此范围后 ,桩基破坏大都表现为沉降或不均匀沉降.     

竖向循环荷载下钙质砂单桩沉降特性模型试验研究

钙质砂中的桩基础时常需要承受构筑物上的竖向循环荷载。研制了新型循环加载桩基模型试验系统,通过电位移计、微型土压力盒等传感器,研究了加载次数、循环荷载幅值对桩顶累计沉降、沉降速率、桩端和桩侧阻力变化的影响,分析了循环荷载对钙质砂单桩沉降规律和机理。试验结果表明:①桩顶循环累计沉降随循环次数增加而增大,二者满足对数函数关系;在不同动荷载比(动荷载幅值与桩基极限承载力比值)下,可分为稳定型、渐进型、破坏型3种沉降形式,有着显著的“门槛效应”。②动荷载比越大,桩顶循环累计沉降终值越大,存在一个临界循环次数,达到临界循环次数后,桩顶循环沉降速率(沉降量增量与循环次数比)随循环次数的增加而减小。③循环加载时,桩端和桩侧分担上部荷载比例不断变化,循环桩侧平均摩阻力随循环次数增加逐渐减小,存在“累积损伤”现象,致使循环桩端平均阻力增大,循环荷载加剧桩端钙质砂颗粒破碎和密实,对桩顶累计沉降增加有弱化趋势,动荷载比与桩侧平均摩阻力弱化系数满足Logistic函数关系。研究成果对钙质砂桩基工程设计、施工具有指导意义。     

边载和水平荷载作用下超长桩承载性状数值分析

采用有限元法,建立超长桩和土体共同作用的三维数值模型,研究受边载和水平荷载共同作用下超长桩的承载特性,分析超长桩侧摩阻力和桩身弯矩的变化规律。结果表明:水平荷载与边载比值k的增大可以有效改善桩侧负摩阻力,并且存在最优比值k=4。桩侧负摩阻力和桩身弯矩随着长径比的减小而减小;存在临界边载距离s=8 m,当边载距离s<8 m时,桩身负摩阻力随着边载距离的增大而减小,当s＞8 m时,边载对桩身负摩阻力几乎无影响。桩土刚度比的减小可有效提高超长桩承载力。同时应用多元非线性回归分析,得到最小桩侧摩阻力随不同因素变化的函数关系式。根据该式可预测不同因素组合下的最小桩侧摩阻力,有效避免桩侧负摩阻力的产生。     

桩间距对桩土相互作用影响的数值分析

采用数值计算方法，建立桩土相互作用的群桩模型，分析不同桩间距下桩侧摩阻力分布、桩体轴力分布、中性点位置变化规律以及桩周土体的位移情况。分析结果表明：① 不同桩间距情况下，桩侧摩阻力分布规律相类似，沿桩身呈非线性分布；在桩端附近表现出桩侧摩阻力的增强效应。随着桩间距的增大，中心桩和角桩的正负摩阻力均逐渐增大，中心桩的负摩阻力小于角桩的负摩阻力。② 桩体轴力沿桩身呈先增大后减小的变化规律，桩身轴力最大值的位置对应负摩阻力为零的位置。中心桩的轴力小于角桩的轴力；随着桩间距的增大，中心桩和角桩所承受的轴力均逐渐增大。     

竖向荷载作用下斜桩承载变形特性有限元分析

斜桩的受力变形性状相比直桩要复杂得多,为了分析斜桩在竖向荷载作用下的承载变形性状,采用有限元分析的方法对竖向荷载作用下斜桩的承载变形以及桩-土相互作用进行了研究,分析了桩身倾角对斜桩竖向承载变形及桩-土相互作用的影响。结果表明:桩身倾角越大,斜桩桩顶沉降和水平位移也越大;桩身弯矩主要出现在桩身上半部分,随着桩身倾角增大而增大;斜桩桩前桩-土接触压力沿深度先增大后减小又逐渐增大,桩后桩-土接触压力从零压力点逐渐增加后迅速减小,一定深度后又逐渐增加,桩前与桩后的桩-土接触压力最大值随桩身倾角增大而增大;深度2.5 m以上,桩前侧摩阻力随桩身倾角增大而增大,深度2.5~6.5 m的桩前侧摩阻力衰减的程度随桩身倾角增大而增大,深度6.5 m以下桩前侧摩阻力随桩身倾角增大而减小;桩身倾角越大,桩后零摩阻力区段越长,零摩阻力区段以下的桩后侧摩阻力越小。     

砂土中齿桩竖向承载性状试验研究

设计多组缩尺模型试验,设定齿部结构的齿长、齿部结构数量为变量参数,通过具有齿部结构的模型桩与光面模型桩的加载试验对比分析,探究砂土中齿桩在竖向荷载下的承载特性及侧阻变化的情况。试验结果表明:齿数相同的情况下,桩侧阻力与齿长的关系呈现线性正相关;齿长相同的情况下,桩侧阻力与齿数的关系呈现线性正相关;齿数对侧阻的影响较大,而齿长对竖向承载力的影响较大;在增加齿数后,由于桩侧粗糙度的增加以及齿部给桩侧摩阻软化带来的改性,桩侧摩阻所能分担的上部荷载愈发增大;齿桩的齿部结构通过增强桩土界面强度,进而改变桩土之间剪切面的发生位置及其剪切带的厚度,从而提高桩的竖向承载力。该研究可丰富小改截面桩的研究领域,为桩基的创新研究提供参考依据。     

现浇混凝土薄壁筒桩竖向承载特性分析

现浇薄壁筒桩是在沉管灌注桩的基础上加以改进发展而成的一种新桩型．对筒桩的承载机理进行分析，提出了筒桩的破坏模式．假定内侧摩阻力成指数函数分布，得出单桩总的内侧摩阻力计算公式及单桩竖向极限承载力估算公式，并对一算例进行了分析．研究结果表明，筒桩承受的荷载由外侧摩阻力、桩身端阻力、内侧摩阻力和土芯顶部阻力共同承担；桩身端部土体先发生破坏，向外侧和内侧(土芯)挤出，桩身刺入土体中，桩端沉降急剧增大，达到破坏状态，而土芯端部土体未达到破坏状态．筒桩外侧摩阻力值较大，是一种摩擦型桩。     

湛江组结构性黏土中桩基竖向承载性状模型试验

利用原位模型试验研究湛江组结构性黏土中桩基在竖向荷载作用下的承载性状。选取材质和桩径相同、入土深度不同的6组模型桩,采用慢速维持荷载法,在湛江组结构性黏土中进行单桩原位竖向承载模型试验,得到了单桩荷载-沉降曲线、单桩轴力沿桩身分布曲线、单桩侧摩阻力沿入土深度分布曲线。结果表明:在竖向荷载作用下,湛江组结构性黏土中模型单桩荷载-沉降曲线均存在显著陡降,极限状态拐点明显,竖向极限承载力随着长径比的增加而增大;在相同荷载作用下,随着长径比的增加,桩顶沉降逐渐减小且减小趋势逐渐变缓,在较大荷载作用下超长桩荷载-沉降曲线中桩顶沉降的减小速率几乎为零,存在有效桩长;在同级桩顶荷载作用下,单桩桩端阻力占总桩顶荷载的比例随着长径比的增加而逐渐变小,由最大29.8%减小为0.8%;不同入土深度的单桩在极限荷载作用下的桩侧极限摩阻力变化不大,均稳定在40 k Pa左右。     

负摩阻桩承载性状数值分析

利用基于荷载传递函数法和有限层法基础上的数值分析法对承受负摩阻力的单桩荷载性状进行了分析,研究了填土高度、桩顶荷载、桩端土刚度对桩身轴力、桩底和桩侧阻力的发展及桩沉降的影响,研究发现软土地基中,0.5的填土高度能导致负摩阻力较充分地发挥,承载负摩阻力的端承型桩与摩擦型桩一样,承载力需综合沉降确定。     

较破碎岩体中桩基竖向承载力分析与探讨

较破碎岩体中桩基设计时往往被视为端承桩,不计桩侧阻力,使得桩基承载力未能得到充分利用,因此,需对其进行更深入的研究。以贵州某地区嵌岩桩为研究对象,地基持力层岩体为较破碎岩体,通过单桩竖向抗压静载荷试验,分析较破碎岩体嵌岩桩竖向承载力,探讨较破碎岩体中桩基的承载特性。研究结果表明较破碎岩体嵌岩桩嵌岩段桩侧摩阻力发挥较好,且在同一岩性中因成分不同其值各有差异。根据实测结果,结合经验参数计算,桩基竖向承载力实测值为计算值的4.2~5.5倍。由此可见,较破碎岩体中嵌岩桩的侧摩阻力十分可观,若按端承桩设计,会创成工程成本增加。成果可为较破碎岩体中桩基设计提供参考。