长短桩复合地基性状的有限元分析

通过对长短桩复合地基的有限元分析,探讨了长短桩的变形模量、桩长对桩身轴力和复合地基沉降的影响,分析表明：长桩的桩身应力表现出均匀向下传递荷载的特性,而短桩桩身应力在3 m范围内迅速减小;长短桩的变形模量对复合地基沉降的影响均不大;增加长桩或刚性短桩的桩长可以有效减小基础承台的沉降和提高桩顶荷载,而增加柔性短桩的桩长对控制沉降和提高桩身应力的作用不大.     

长短桩的联合应用

基于桩体在地基处理中的有效工作长度对长短桩的工作机理进行了分析.采用不同的桩长,在其上设置褥垫层,能合理利用桩的有效工作长度,充分发挥桩间土的积极作用.结合工程实例阐述了长短桩复合地基的应用.长短桩的联合应用可以有效地提高地基强度,减少沉降,加快施工进度,降低工程造价.     

组合荷载作用下倾斜桩基横向承载特性

为研究竖向与横向荷载组合作用下倾斜桩基的横向承载特性,结合珠海市横琴桥桩基选型工程开展了室内模型试验和数值模拟,在此基础上分析了不同桩身倾角、不同桩顶间距、不同竖向荷载及不同层厚比条件下倾斜桩基在组合荷载下的受力及变形特性。结果表明：增大桩身倾角、桩顶间距、承台顶竖向荷载、层厚比有利于提高倾斜桩基横向承载力,其中桩顶间距对桩基横向承载力的影响最大,其次分别为桩身倾角、承台顶竖向荷载、层厚比。倾斜桩基中的2#角桩桩顶弯矩最大,1#角桩桩顶弯矩次之,3#中桩桩顶弯矩最小;各基桩桩顶弯矩随桩身倾角、桩顶间距的增大而减小,随竖向荷载的增大先减小后增大;各基桩桩顶横向荷载分担随桩身倾角、桩顶间距及承台顶竖向荷载的增大趋于均匀。倾斜桩基右侧地基土横向变形随横向荷载的增大而增大,桩基左侧地基土横向变形随横向荷载的增大几乎不变,但其桩-土脱离程度逐渐增大;增大桩身倾角可减小桩-土脱离的程度;靠近承台底的地基土位移等值线呈波浪形,远离承台底的地基土位移等值线呈椭圆形。     

斜向荷载作用下桩群中设置斜桩对其沉降的影响分析

斜向荷载作用下桩群的设置方式对其承载力和沉降有较大影响.为揭示这一影响规律,采用非线性有限元软件对斜向荷载作用下桩群中设置的斜桩进行三维建模,分析了斜桩的倾角、桩-土弹性模量、斜桩桩长以及桩数等因素对群桩沉降的影响.结果表明:地基土质情况、斜桩的倾角、刚度和桩长与桩数等对倾斜群桩的沉降影响较大,所得结论对斜向荷载作用下群桩基础的设计与施工具有一定的指导意义.     

桩台共同工作机理的试验研究与分析

本文通过对砂土中相同桩距、不同桩数、不同桩长的桩台基础模型的对比试验,分析了在垂直荷载作用下,桩尖刺入变形及承台荷载分担比随桩数、桩长变化的特性,研究了桩尖刺入变形随荷载增加而变化的规律,对桩尖刺入变形在桩土共同工作中所起的作用有一些新认识。     

侧向受荷桩基变形和受力规律的研究

在侧向受荷桩计算方法的基础上,提出了地面超载下邻桩侧向变形的共同作用分析方法,推导了关于侧向受荷桩内力和变形的微分方程,并编制了计算程序,对被动桩的内力和变形规律进行了研究。结果表明:(1)桩的变形随桩长增加而减小,但桩长超过合理桩长后,桩顶变形就趋于定值;(2)桩顶或桩端的约束条件仅对其附近小范围内的桩的变形和内力影响较大,对其他部位几乎没有影响;(3)桩的变形和内力受地面堆载的影响较大,与其大小呈线性比例关系,而与其距离呈非线性关系。因此在被动桩设计时,应选择合理的桩长并严格限制地面堆载的大小。     

长短桩、变径桩桩间相互作用系数数值研究

采用三维数值方法,建立长短桩、变径桩双桩模型,通过大量的数值计算,分析桩顶荷载水平、桩距径比、不同桩长、桩端土模量比及不同桩径对相互作用系数的影响。分析表明,在线弹性变形阶段,桩-桩相互作用系数近似为恒定值,与桩顶荷载水平无关,进入塑性变形之后,则逐渐减小直至极限状态时趋于0;长短桩桩长比及桩端土模量比对短桩-长桩相互作用系数影响大,而对长桩-短桩相互作用系数影响小;变径桩相互作用系数仅与受荷桩桩径有关;并提出了针对长短桩、变径桩的简化计算公式,为实际工程提供参考。     

大面积堆载下桩地下连续墙组合基础理论分析

桩地下连续墙新型组合基础具有较高的水平承载力,对于其结构的理论研究具有重要意义。文章对堆载下新型组合基础的受力及变形性状进行理论分析,提出组合基础的稳定性验算方法,基于有限元原理编程对组合基础进行内力变形计算,分析了各因素对组合基础弯矩及位移的影响,对整体组合基础与单片桩墙基础受力及变形性状进行计算对比。结果表明:堆载下组合基础结构受力呈"大肚形",变形呈整体倾斜变形,在桩墙连接点处附近弯矩最大;在诸多影响因素中,堆载荷载大小对基础的影响最大,其次是墙高、桩径、桩数的改变,桩长的改变尤其是当桩长达到10 m后,对组合基础的影响较小;单片桩墙基础与组合基础受力性状不同,组合式桩墙结构的整体性受力更为明显,偏刚性变形,而单片桩墙结构受力主要集中在上部5 m深度内的墙体,呈挠曲变形,两者相比整体组合基础的水平承载力更高。     

长短桩复合地基沉降有限元分析与探讨

采用简化模型对全短桩、全长桩及长短桩组合桩基础在竖向荷载作用下的变形特性进行三维有限元分析．分析结果表明长短桩组合桩基础不仅可以大量减少长桩用量,而且可有效地控制基础整体沉降和差异沉降．     

非均匀地基中倾斜群桩竖向承载特性及群桩效应研究

近年来,倾斜群桩被广泛应用于码头建设、桥梁基础等工程中抵抗横向荷载。随着研究的深入,其竖向承载特性也正引起学术界关注,如何评价倾斜群桩的竖向承载特性及群桩效应一直是工程中的难题。为此,结合厦门-深圳客运专线韩江特大桥桩基选型项目,就倾角为0°～12°周边倾斜的群桩基础分别建立五种桩间距分析模型,对其承载特性及群桩效应进行模拟试验和有限元分析。结果表明：就不同桩距群桩基础竖向承载特性而言,群桩的最合理倾角为8°左右;竖直桩基的荷载-沉降曲线呈“缓变型”,倾斜桩基呈“陡降型”;沉降量在桩间距达到4 d时骤然减小,且竖直桩基骤减值大于倾斜桩基;倾斜桩基地基土变形场的影响范围大于竖直桩基,随着荷载及桩间距的增大,桩间土竖向变形显著减小,桩间土夹持作用减弱,桩侧上部侧摩阻力在应力作用下逐渐增大;竖直群桩轴力为角桩＞边桩＞中桩,倾斜群桩轴力为中桩＞角桩＞边桩,轴力变化速率随桩间距的增大而增大;各基桩桩顶荷载分担随着群桩倾角及桩间距的增加趋于均匀;倾斜、竖直群桩群桩效应系数在桩间距为4 d之前增长较快,在4 d之后增长变缓慢。竖直桩基桩间距在5 d时群桩效应系数达到稳定,倾斜桩基在6 d时达到稳定,不同桩间距下均是8°倾斜桩基群桩效应系数最大。     

基坑的双排桩支护设计及变形规律

以济南市槐荫区某基坑工程进行双排桩支护设计为例,分别采用有限差分数值软件中弹塑性实体单元和线性桩单元模拟开挖-支护-施工全过程,且考虑桩土相互作用并进行三维动态分析。对基坑坡面水平位移、桩身弯矩、桩身剪力等变化规律进行研究,分析双排桩支护体系的受力机理。通过土体力学参数、桩径、桩长、桩距、连梁等设计参数对基坑变形影响的敏感性进行对比,并就“实体”和“结构”单元桩的计算结果进行比较。研究表明,模拟过程能较好展示双排支护桩施工过程的受力机理,且计算精度较高;不可控参数中土体的黏聚力、摩擦角以及可控因素中的桩身长度、排桩距离等对支护效果影响较大,计算结果可为双排支护桩设计参数选取提供参考。     

砂土中倾斜螺旋桩水平承载性能有限元分析

受限于锚-土间相互作用的复杂性,当前倾斜螺旋桩水平承载特性的相关研究仍不能满足相关工程要求。基于螺旋桩竖直单桩水平承载试验,并通过非线性有限元软件ABAQUS研究了倾斜单桩在水平荷载作用下的承载性能,具体分析了不同倾斜角度对承载特性的影响,主要研究结果如下：（1）在水平荷载作用下,倾斜角度不超过45°,螺旋桩由水平极限位移控制破坏;（2）随着倾斜角度的增加,螺旋桩的水平承载力逐渐提高,对于相同倾角的螺旋桩,正倾的水平承载力始终大于负倾,叶片分担的荷载与水平极限承载力的比值不断增大（对于正倾螺旋桩,比值从2.4%增大到15.6%）;（3）在加载的全过程中,土体的塑性变形区域主要集中在顶端桩侧小范围内,叶片处土体未发生塑性变形。     

有无侧向约束夯实水泥土桩复合地基数值模拟

基于长桩侧向约束作用,利用大型有限元软件ADINA,对柔性基础下夯实水泥土楔形桩及夯实水泥土圆柱形桩复合地基进行了数值模拟,得到了在各级荷载作用下的桩土平均沉降差及桩土应力比,并与无侧向约束条件时进行了对比。结果表明,在侧向约束条件下,与圆柱形桩复合地基相比,楔形桩复合地基能减少桩土沉降差,降低桩土应力比,从而改善复合地基的工作性状,为工程应用提供有益的参考。     

桩体刺入全过程褥垫层的工作特性

褥垫层是复合地基的核心构成,能协调桩、土之间的差异变形。在桩体刺入褥垫层的过程中,褥垫层的工作特性在发生变化,这方面研究还较少见。通过室内模型试验,观测桩体刺入褥垫层不同深度的桩顶压力、桩顶位移量、褥垫层的变形等试验结果,来研究褥垫层的全过程工作特性,并分析桩间土压力、桩径等对褥垫层的影响。结果表明：在桩体刺入过程中,褥垫层存在压密变形、剪切变形、压碎变形3个阶段;桩间土压力对褥垫层的整个变形过程均有影响,在其他条件相同时,褥垫层抵抗的桩顶压力、褥垫层的承载厚度均随着桩间土压力的增大而增大;桩径对褥垫层的影响主要在压碎变形阶段,褥垫层的承载厚度随桩径的增大而增大,且基本呈线性增长。     

水泥土群桩承载力特性的原位试验研究

通过现场足尺试验,研究了软土中水泥土群桩的承载力特性.利用埋设的土压力盒等测试元件,针对单桩、四桩、九桩复合地基情况,分别测试了承台土反力、桩身轴力及复合地基变形等参数.从影响水泥土桩复合地基承载力的三大控制要素着手,根据系统的原位试验结果,定量分析了桩长、桩间距、桩数等对水泥土群桩复合地基承载力特性的影响.结果发现,发挥承载力的临界桩长为12倍桩直径,增大置换率能显著提高复合地基承载力,群桩复合地基承载力约为单桩复合地基承载力的80%.     

软土地基中组合桩承载性状试验研究

为掌握组合桩(钢筋混凝土桩插入水泥土搅拌桩复合而成的桩)的荷载传递机理、破坏模式和竖向承载力特性,通过对3根14 m长桩的载荷试验和桩身应变的测量,分析了桩身轴力的分布和桩周的侧摩阻力分布及影响组合桩承载力因素.试验得到了组合桩的Q-S曲线、S-logt曲线、桩的极限承载力;试验表明混凝土桩的插入改变竖向荷载的传递规律,形成了从混凝土桩到水泥土再到土的传递模式,更有效地发挥了桩周的侧摩阻力;水泥土的固化效应、混凝土桩的挤土效应和混凝土桩的荷载传递是组合桩高承载力的主要来源.组合桩具有较高的单桩竖向承载力且造价低,在软土地基工程中具有广泛的应用价值.     

倾斜基岩条件下轨道交通振动衰减规律研究

通过模型槽试验和有限元相结合的方法,研究了在倾斜基岩条件下高架轨道交通引起地表振动的衰减规律,分析倾斜角度、荷载频率、桩长对地面环境振动的影响。结果表明：倾斜基岩条件下,地表振动衰减快慢呈现出方向差异化,一般沿基岩倾斜正下方衰减最慢,沿正上方衰减最快,并从正下方到正上方衰减逐渐变快。基岩层倾角越大,地面振动响应越小,基岩倾角变化对地面振动响应的方向差异化影响较为显著。随着荷载频率的增加,地表响应速度先线性增加,然后增速变缓;当频率为13 Hz时,与桩等距离各方向振动响应差异最大。地表速度响应随桩长增加呈线性减小,且距桩越近减小越快;桩长变化对与桩等距离各方向振动响应差异影响并不明显。