水平循环荷载下非连接式桩筏受力特性分析

为了研究非连接式桩筏基础在水平静力及循环加载作用下的受力机理,在可视化水平循环加载装置中进行了室内模型试验,分析了加载方式、垫层厚度、循环幅值及次数对其水平刚度、土体位移及桩身内力的影响,并利用数字图像量测技术获取了土体的位移场。试验结果表明:非连接式桩筏基础的水平刚度随着循环次数的增加而增大,而滞回圈面积逐渐减小并趋于稳定;与水平静载试验相比,群桩中各基桩分担的水平荷载比例随循环加载发生重分配,后排桩的作用逐步得到更多发挥;当循环幅值较小时,前、中排桩所承担的弯矩值较为接近,随着循环幅值的增加,前排桩的作用得到加强;较桩筏基础相比,在水平静载及循环加载时,设置垫层均可显著减小桩身弯矩;前、中排桩的桩顶剪力分担比随着循环幅值的增加而增大,后排桩则呈现逐级减小的趋势。非连接式桩筏基础在水平及循环加载下受力特性的揭示可为今后的研究及工程应用提供参考.     

桩筏复合地基水平特性试验

为了分析了竖向荷载、桩数等因素对筏板水平位移、桩身弯矩和剪力分布的影响规律, 进行了桩筏复合地基水平承载性能的室内模型试验。研究结果表明: 筏板水平位移随着桩数或竖向荷载的增加而减小, 筏板水平位移可通过增加桩数与竖向荷载得到限制; 模型桩的桩顶处剪力值最大, 桩身弯矩峰值点在桩身中部位置; 当筏板受竖向荷载减小时, 桩体受筏板传递的水平力也相应地减小, 桩身弯矩及剪力也得到了降低。因此, 调整复合地基的桩数和筏板的竖向荷载可控制桩身弯矩及剪力。     

既有竖向荷载对承台桩水平承载特性影响的PIV试验研究

为研究既有竖向荷载下承台桩的水平承载特性,进行了2组PIV模型试验,分析了不同竖向荷载对承台桩的水平位移量、桩身弯矩及桩周土体位移场的影响规律,研究了竖向荷载对承台桩下桩土作用的影响机理。试验结果表明:在同一水平荷载下,桩顶既有竖向荷载有利于减小桩身水平位移,削弱水平荷载引起的桩身弯矩;在水平加载过程中,桩土作用的主要区域为桩周土体的中上部区域,桩顶竖向荷载的施加会调动桩侧土体,形成更大的土体扰动区;竖向荷载引起的土体密实化效应会降低桩身的水平位移和弯矩,提高承台桩的水平承载力;同时这一密实现象也降低了桩侧土体的隆起量与塌陷面积。     

水平循环荷载下砂土中斜单桩累积变形特性

研究斜单桩在风、浪、洋流等循环荷载作用下的累积特性. 通过用户开发子程序将砂土刚度衰减模型嵌入桩-土体系有限元模型中,实现了单桩循环受荷特性的数值分析,研究不同循环幅值及循环次数下斜单桩的变形累积规律. 研究结果表明,当桩身倾斜角由?25°逐渐过渡到25°时,在相同的静力荷载作用下,斜单桩桩顶位移及桩身相同位置处弯矩会不断增加,但在循环荷载作用下,桩顶位移与桩身最大弯矩的累积速度会逐渐下降. 当循环荷载幅值较大时,负斜桩的桩顶位移和桩身位移段深度均小于竖直桩,正斜桩的桩顶位移和桩身位移段深度均最大. 基于数值计算结果,对不同循环幅值和循环次数下的斜单桩桩顶累积位移和桩身最大弯矩进行拟合分析,提出适用于斜单桩的累积变形特性预测方法.     

软土地基上循环荷载作用下加筋碎石垫层 工作特性分析

通过模型试验研究了循环荷载作用下土工格栅、土工格室及纯碎石垫层在软土地基上的承载特性;分析不同工况下沉降、桩身应变及桩土应力比随循环次数、峰值荷载的变化规律。研究结果表明:在动载条件下,加筋碎石垫层能有效地限制垫层的位移,显著减小复合地基的累计沉降;加筋后的碎石垫层强度和刚度均得到增强,能有效调节桩-土应力分布,改善碎石垫层的受力特性,大幅度提高桩-土应力比,有效减小桩身应变;同等条件下,土工格室碎石垫层对于减小桩顶沉降、提高桩-土应力比和降低桩身应变的性能略优于土工格栅碎石垫层,并随着循环峰值荷载增加,两者的作用效果更好。     

均质地层中桩筏基础筏板荷载分担比的归一化分析方法

在进行桩土共同作用的桩筏基础设计时,其核心之一是合理评估筏板的荷载分担特性。为了准确得到筏板的荷载分担比大小,基于桩土筏相互作用理论提出了竖向荷载作用下考虑土体非线性弹塑性的刚性板桩筏基础实用分析方法。在此基础上,进一步分析了土体参数、桩数、桩间距、桩长及桩径对筏板荷载分担比的影响,并根据计算结果提出了考虑基础整体安全系数影响的筏板荷载分担比归一化计算模型。计算结果表明：基础整体安全系数对筏板荷载分担比的大小有重要影响,安全系数越小,筏板荷载分担作用越大;桩数、桩长、桩间距直接影响筏板荷载分担比的大小,但其影响程度存在差别,桩间距影响较显著,桩长次之,桩数影响程度较弱;采用归一化分析模型能较好地统一不同参数对筏板荷载分担比的影响。最后,通过实际工程案例初步验证了归一化模型的有效性。     

基于应变楔模型的砂土地基水平循环受荷桩简化分析方法

为反映水平循环荷载作用下桩侧土的弱化效应及桩身侧向位移发展规律,提出了基于应变楔模型的砂土地基水平循环受荷桩简化分析方法.首先,利用砂土刚度衰减经验公式计算桩侧土刚度的弱化程度,确定循环再加载过程中桩侧土体应力-应变关系;其次,将其引入到应变楔模型中计算桩基侧向位移响应,考虑循环荷载作用次数和荷载大小的影响;最后,通过试验对比分析,验证所提方法能有效计算桩基础在水平循环荷载作用期间侧向位移的发展趋势.结果表明:桩身侧向位移随荷载作用次数增大而增加,其发展模式与荷载幅值大小相关;循环荷载作用下桩基水平承载能力存在较大程度的弱化.     

砂土中裙式吸力基础水平循环承载特性的影响因素分析

吸力基础作为海上风电工程的基础主要受到风、波浪和洋流等产生的水平循环荷载作用,因此提高其水平循环承载力和控制侧移是保证风机正常运行的关键。采用有限元分析软件Z_SOIL对饱和砂土地基中的裙式吸力基础开展水平循环加载数值分析;考虑到土体小应变阶段刚度增大的特性,土体选用刚度与应力相关的小应变硬化模型（HSS模型）;重点分析和讨论了循环荷载比、加载高度、加载方式和加载顺序对基础循环累积位移和刚度的影响。研究发现：当循环荷载比小于0.5时,基础累积位移很小,基础循环割线刚度随循环振次变化不明显;当循环荷载比大于0.5时,循环加载过程中基础周围砂土地基被挤密实,导致基础循环割线刚度随循环振次增加而增大,卸荷后基础残留较大塑性变形。裙式吸力基础的循环割线刚度随循环荷载比和加载高度的增加呈线性关系减小,基础水平及竖向累积位移则逐渐增大。3种加载方式下,基础水平累积位移从大到小排序为单向荷载、不完全对称荷载、双向对称荷载;竖向累积位移从大到小排序为双向对称荷载、单向荷载、不完全对称荷载。当循环荷载由大到小变化时,基础的水平和竖向累积位移均大于荷载由小到大时的情况,说明前期加载历史对基础后期变形有重要影响。     

水平受荷斜桩双曲线型p-y曲线的构建及其应用

基于模型试验获得中密干砂中水平受荷斜桩的桩侧土反力p与桩身位移y的关系曲线,探讨斜桩和直桩的桩侧极限土反力、初始地基反力模量与桩身倾角的关系,构建砂土地基斜桩的双曲线型p-y曲线. 应用建立的双曲线型p-y曲线对文献[16,20]的模型试验进行计算,计算结果与实测结果具有较好的一致性,验证了建立的双曲线型p-y曲线的合理性. 运用建立的p-y曲线,分析影响水平受荷斜桩性状的因素,结果如下. 1）与桩顶自由条件相比,斜桩桩顶固支可以有效地减小桩顶横向位移、桩身最大弯矩及最大剪力. 2）在竖向下压荷载作用下,正斜桩和直桩的桩顶横向位移、桩身最大弯矩及最大剪力随着竖向下压荷载的增加而增大,负斜桩的桩顶横向位移、桩身最大弯矩及最大剪力随着竖向下压荷载的增加先减小至0,再反向增大. 在竖向上拔荷载作用下,直桩的桩顶横向位移、桩身最大弯矩及最大剪力随着上拔荷载的增加而减小,正斜桩的桩顶横向位移、桩身最大弯矩及最大剪力随着上拔荷载的增加先减小至0,再反向增大,负斜桩的桩顶横向位移、桩身最大弯矩及最大剪力随着上拔荷载的增加而增大.     

大变形条件下单桩水平承载性状分析

针对大变形条件下承受水平荷载的单桩基础,采用沿深度线性增加并能较好的反映上部土体抵抗侧向变形能力的地基反力系数,及简化的土体弹塑性本构关系,推导出桩身变形和内力的计算公式,并用FORTRAN语言编制了计算程序。算例表明:桩的水平位移和弯矩随水平力和力矩的增加而非线性增大;桩身位移随距离地面的距离的增加而减小,距地面的距离超过10倍桩径时桩身响应极小,可忽略不计;桩顶约束是桩身响应沿桩身分布的重要影响因素;随着桩周土体力学性质的改善,桩的最大位移和最大弯矩均明显减小。计算值与现场实测值吻合度很高,且比已有解计算结果更优,所得解及程序是可靠的。     

深基坑双排桩支护体系承载机理研究

目的研究分析不同开挖阶段双排桩支护体系位移、应力、应变变化规律,为基坑支护设计的优化、施工提供了有效的理论依据．方法通过MidasGTS有限元数值分析法,对不同开挖阶段,双排桩支护结构位移、受力情况进行分析,得到在不同的开挖阶段双排桩支护体系的位移、受力特征．结果基坑开挖后双排桩支护结构桩顶水平位移最大,随着双排桩支护结构深度的增加,位移逐渐减小,第一、二次开挖后前排桩最大位移值为1．058mm、42．5mm,第一、二次开挖后后排桩最大位移值1．062mm、42．5mm,前排桩比后排桩值偏大;基坑开挖后,基底处剪切应力最大,双排桩支护结构桩顶、基底处弯矩值较大．结论基坑开挖后,双排桩支护结构桩顶水平位移最大,随着双排桩支护结构的深度的增加,位移逐渐减小,且前排桩位移值比后排桩位移值偏大;随着基坑开挖深度的加深,桩底处弯矩逐渐减小,最大弯矩处逐渐上移,桩顶位置值显著增大,前后排桩弯矩值变化是一致．     

水平受荷阶梯形变截面桩的内力及变形分析

基于线弹性地基反力法,提出水平荷载作用下阶梯形变截面桩内力及变形解析算法,该算法假定相同土层的地基反力模量为常数. 根据桩身的变截面特性以及桩周土体的分层情况将桩身进行分段,建立各段的微分控制方程. 考虑到桩顶、桩端边界条件以及相邻桩段间的协调变形条件,推导出符合桩段挠曲变形特征的迭代关系,得到任意边界条件下的桩身内力及变形算法. 通过将该算法的预测结果与有限元计算结果以及现场实测数据进行对比分析,验证了该方法的可行性. 分析桩身长径比、变径位置、桩径比对桩身内力及变形分布的影响规律. 减小长径比,将变径位置向桩底下移,均可以使得桩顶最大水平位移减小,最大弯矩增大,减小下部桩径有利于减小桩身弯矩峰值,更有效地协调桩身变形.     

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。     

考虑温度和冻融循环的基桩水平承载特性研究

温度和冻融循环作用对冻土基桩水平承载机理的影响尚未明确,其受力与变形计算方法有待深入研究。在已有试验研究的基础上,建立了考虑温度变化和冻融循环作用的基桩p-y曲线模型,推导了水平荷载作用下基桩桩身内力与位移计算的有限差分解答,并将其与试验结果进行对比,验证了理论模型及求解方法的可行性。影响因素分析发现：考虑温度变化和冻融循环作用的p-y曲线,更能反映基桩的实际受力与变形性状。冻结温度T越低,桩身水平位移及弯矩越小,当T＞-5℃时,桩身内力与位移受冻结温度的影响较大;而当冻结温度T≤-5℃后,基桩桩身内力与位移受冻结温度的影响越来越小。当冻融循环次数小于7次时,基桩水平位移和桩身弯矩均随冻融循环次数增加而呈非线性关系增大。桩周土体经历7次冻融循环后,桩顶水平位移和桩身最大弯矩分别增加51.7%和16.1%。当冻融循环次数大于7后,桩身水平位移与弯矩受冻融循环次数的影响已不明显。     

桩—筏（梁）基础设计中地基反力的确定方法

桩—筏(梁)基础设计时，筏板(梁)底部的地基反力的确定是十分关键的，它不仅受到上部结构的刚度影响，还受到地基土的固结度随着时间的增长而不断变化及地基刚度的时效性等的影响，设计时其计算模型的建立又和桩—筏(梁)的刚度有关。根据地基土在桩—筏(梁)基础的作用下的实际受力状况，结合工程实例，提出桩—筏(梁)基础设计时简化计算的3种模型及3种型使用时的注意事项。     

带桩沉井复合基础变位分析

根据桩基础与沉井之间的荷载分配比例关系,确定了主次受力构件,构建了带桩沉井复合地基基础简化计算模型;基于基础的力学平衡关系,推导了带桩沉井基础的计算公式;讨论了带桩沉井的破坏极限状态;分析了持续高水平荷载作用下土体流变效应对带桩沉井复合基础的影响。基于工程实例,分析比较了沉井基础及带桩沉井复合基础变位差异。研究结果表明:带桩沉井结构与沉井基础相比,基础顶部水平位移可以减小20%～30%,箱体转角可以减小35%～45%;沉井后背土体性质显著影响基础的变位,沉井后背土体由流塑状态逐步改善到坚硬状态,基础顶部水平位移将减小50%～70%,箱体转角减小20%～50%;带桩沉井基础中水平荷载的分配关系与沉井后背土体的刚度、桩基础刚度比例有关,沉井后背土体分担的荷载随着后背土体刚度增加而加大;软土地基带桩沉井基础相比沉井基础虽然能够降低基础的变形,但仍存在台后土体承载能力不足的问题,应对箱体背部采取加固措施改善土体性能,以提高土体承载能力并进一步降低基础的长期变形与短期变形。     

微型桩群加固边坡受力特性离心模型试验研究

采用黏土为边坡介质,土压力盒、位移计、应变片等为测试手段,进行了裸坡与微型桩群加固边坡的离心模型试验,研究微型桩群加固边坡的受力机理。试验结果表明,加桩边坡模型的坡面水平位移远比裸坡模型小,且桩间距越小,坡面水平位移越小。加桩模型中第一排桩桩侧土压力随时间逐渐减小,土压力总体上沿深度方向逐渐增大,第二排桩桩侧土压力时程曲线与第一排桩土压力的时程曲线有一定的相似性;试验开始阶段,坡体产生的土压力第二排桩承担比例较第一排桩大,随着试验的进行,第一排桩承担比例会逐渐增大,试验结束时,桩间距为2.0cm模型中第一排桩与第二排桩的土压力分担比为：1：0.8,桩间距为3.0cm模型中第一排桩与第二排桩的土压力分担比为：1：0.6,且桩间距越大,第一排桩所承担的土压力越大。桩体上各测点弯矩随时间呈复杂的非线性关系,弯矩数值由正值单调减小为负值,弯矩变化的梯度随时间减小;第一排桩桩身正弯矩最大值出现在9.5cm附近,负弯矩最大值出现在底部的12.5cm位置;第二排桩桩身正弯矩最大值出现在7.5cm附近,负弯矩最大值出现在5.0cm附近;第一、第二两排桩在5.0～10.0cm深度区间内由于边坡内土体滑动带的影响,造成弯矩变化剧烈。研究结果可为微型桩的设计提供一定的科学依据。     

水平单向及多向载荷下单桩响应的数值研究

利用大型有限元分析软件ABAQUS,建立砂土中单桩的三维弹塑性数值分析模型,通过三轴试验确定土体相关参数,研究水平单向载荷作用下桩头自由和固定时单桩的响应特性,及多向加载路径对单桩承载力的影响.结果表明,桩头自由的单桩在水平力作用下桩身的最大弯矩在土面下约4倍桩径处,桩运动前方土体隆起的最大值出现在桩前约0.5倍桩径处;桩头固定单桩的水平承载力约为桩头自由的2.65倍,且出现较大的桩顶弯矩;多向加载条件下的桩头水平承载力与单向加载条件相比明显减小,随着短长轴比增加,水平加载主方向(X方向)承载力降低,载荷最大值出现得更早.     

桩筏基础变刚度设计有限元分析

针对桩筏基础等刚度设计条件下普遍存在的"碟形沉降"现象,从变形控制角度出发,将筏底桩体视为非线性弹簧,采用单桩载荷试验所得Q-s曲线作为弹簧刚度,建立了桩筏基础简化分析模型.通过数值模拟手段,采用平面变刚度、竖向变刚度和空间变刚度三种设计方法降低筏板基础的差异沉降,比较分析了桩筏基础均布荷载下各种设计方法的沉降特征.结果表明桩筏基础的空间变刚度可有效减小基础差异沉降,改善基础受力变形特征,并降低材料用量,技术经济效益显著.     

水平荷载作用下单桩的虚拟桩解法及参数

根据Muki&Sternberg的虚拟桩方法,将水平荷载作用下单桩的问题分解为弹性半空间扩展土和一根虚拟桩的叠加,其中虚拟桩的弹性模量等于桩的弹性模量与土的弹性模量之差。基于水平位移协调条件推导出求解桩土间相互作用所需要的第二类Fredholm积分方程,通过广义胡可定律推导出该积分方程间断点的显式解,从而提高了Fredholm积分方程的数值计算精度并简化了计算程序的编写,根据Mindlin解推导出位移影响函数,简化了位移函数的推导过程。参数分析表明,桩土弹性模量比对单位水平力作用下桩身最大弯矩的位置有明显的影响,随着桩刚度的增加,桩身最大弯矩的位置随之加深。