上拔荷载作用下斜桩承载变形性状数值分析

通过有限元软件模拟了上拔荷载作用下斜桩的承载变形性状并与直桩进行比较,分析了桩身倾角对桩顶位移、极限抗拔承载力、桩身弯矩、剪力及轴力的影响,研究了斜桩-土接触压力、桩侧摩阻力的分布特征,探讨了长径比与斜桩有效桩长的关系.结果表明:在上拔荷载作用下,斜桩桩顶的上拔位移均大于相应直桩.桩身倾角及上拔荷载越大,上拔位移和水平位移越大;斜桩极限抗拔承载力大于直桩,且在15～20°之间存在一个最佳倾角使斜桩的极限抗拔承载力达到最大;桩身最大弯矩均出现在z/L=0.1处,最大剪力均出现在桩顶截面处.在z/L=0.4以下区域,桩身弯矩及剪力几乎全部为零.同一桩身相对深度处,桩身剪力及弯矩都随着倾角的增大而增大;直桩及各斜桩桩端存在真空吸力.倾角对桩身轴力的影响不大;桩-土接触压力的大小与桩身倾角的大小有关.桩与土沿深度方向脱离的范围随着倾角的增大而增大;斜桩左、右两侧摩阻力分布相差较大,其大小与倾角的大小有关;上拔荷载作用下斜桩存在有效桩长.倾角的大小对有效桩长影响不大.     

索连板球基础竖向抗拔承载特性及其影响因素

针对沙漠地区砂土地基的工程特性及现有输电塔基础存在的不足,研发出索连板球基础。将室内相似模型上拔试验与数值模拟计算相结合,对不同上拔荷载作用下的基础位移进行分析,并研究了埋深比、球径及柱径对基础极限抗拔承载力系数及土体表面主破裂面半径的影响及其规律。研究结果表明：数值模拟计算结果与模型试验结果吻合较好,与土体变形演化的三阶段相对应,荷载-位移曲线呈三段式变化;埋深比对基础极限抗拔力影响最大,且它们之间呈正相关关系;极限抗拔承载力系数随埋深比增大呈先增大后减小的变化趋势,与球体直径呈负相关关系,与水泥土柱直径呈正相关关系;土体表面主破裂面半径与埋深比、球径及柱径均呈负相关关系。     

充气锚杆扩大头的位移特性及 其抗拔承载力试验研究

通过充气锚杆与普通锚杆室内对比模型试验,研究了充气锚杆扩大头对位移特性与极限抗拔承载力的影响,并获得不同埋深下和不同气压下充气锚杆与普通锚杆的荷载-位移曲线。试验结果表明:相同埋深下,充气锚杆比普通锚杆极限承载力大大提高,其相应的位移也随之提高;不同埋深下,充气锚杆扩大头部分所承担的极限抗拔承载力占总极限承载力的比例均大于80%,且随着埋置深度的增加,其所占比例呈减小趋势;在不同气压下,充气锚杆扩大头部分所承担的极限抗拔承载力占总极限承载力的比例为72.6%~84.6%,且随着气压的增大,其所占比例随之增大;回归分析结果表明,充气锚杆在抗拔过程中位移与荷载呈指数函数关系。     

基于黏性土的开闭口管桩承载性状室内试验对比研究

为了深入研究不同桩端形式对桩承载性状的影响,通过室内模型对比试验对黏性土中开口管桩和闭口管桩的承载性状进行研究。试验结果表明:开口管桩T1和闭口管桩T2的Q-s曲线均呈陡降型,最大沉降量分别为47.72,43.24 mm,单桩竖向抗压极限承载力分别为6.3,7.3 kN;试桩T1内管桩身轴力在土塞高度范围内随着埋深逐渐减小;试桩T1和T2外管桩身轴力随着深度的增加逐渐减少,试桩T2外管桩身轴力比试桩T1外管桩身轴力大24.2%～102.7%;试桩T1内管侧摩阻力在土塞高度范围内随着埋深的增大逐渐增大;试桩T1和T2外管侧摩阻力在荷载较小时,呈先增大后减小的趋势,当桩顶荷载达到最大时,始终呈增大的趋势;在各级荷载作用下,两试桩的桩端阻力分担比介于53.5%～72.3%,桩端阻力始终发挥主要作用,且开口桩的桩端阻力分担比小于闭口管桩。研究结果对实际工程中桩型的选取具有重要的指导意义。     

扩底抗拔桩承载变形特性模型试验研究

为了解扩底抗拔桩的承载特性和桩身内力的分布.本文通过室内模型试验研究了长径比、桩身表面粗糙程度这两个因素对扩底桩极限抗拔承载力、桩身轴力和桩侧摩阻力分布的影响,并与等截面桩进行了对比研究.结果表明:(1)当桩身长径比L/d为15和40时,扩底桩能显著提高等截面桩的极限抗拔承载力,提高幅度为30.8%～85.7%.(2)扩底桩抗拔力主要由等截面段桩侧摩阻力和扩大头抗力两部分构成,前者占总抗拔承载力比重随加载的增加而线性减小,后者占总抗拔承载力比重随加载的增加而线性增大.极限状态时,对L/d=15与40的扩底桩,扩大头抗力占总抗拔极限承载力的比例分别为50%和35%.(3)扩底桩在桩端附近的轴力小于等截面桩,且轴力值随加载的增加呈线性增长趋势.(4)扩底桩在桩端附近的桩侧摩阻力由于扩大头的侧向挤土效应而显著大于等截面桩对应位置处的侧摩阻力.极限状态时,前者的值约为后者的3.8倍.(5)当扩底桩达到极限抗拔承载力时,扩底桩在桩端附近处的桩侧摩阻力未达到最值,有进一步增大的趋势.该研究成果可为扩底抗拔桩的桩身结构设计提供有益参考.     

全螺旋预制桩抗拔承载特性的数值分析

对全螺旋预制桩的抗拔承载机制进行了ABAQUS有限元数值模拟,分析了不同距径比S/D的单桩极限承载力和桩身轴力分布,对抗拔过程中土体塑性变形趋势进行了讨论。结果表明:荷载-位移曲线模拟值与实测值基本吻合,证明了模型建立的正确性;塑性区域主要集中在螺旋叶片上部并向四周扩展,最终在相邻叶片间形成连续贯通的塑性破坏面;土体镶嵌在螺旋叶片中产生的嵌合力改变了桩的作用方式,使桩身轴力随深度变化的非线性趋势不明显;极限承载力随S/D的增大而先增大后减小,当S/D取2.5时为最优距径比,抗拔极限承载力达到最大值。     

不同组合下高喷插芯组合桩抗拔承载特性试验研究

基于自主研发的大型桩基模型试验加载系统,采用砂雨法施工,对4种不同组合形式的高喷插芯组合桩（JPP桩）进行了抗拔承载性能对比试验研究。结果表明：1）JPP桩的不同组合形式对抗拔承载力有较大影响,下组合抗拔承载能力最高,其承载能力是分段组合II的1.1倍,是分段组合I的1.3倍,是上组合的1.4倍。2）极限荷载下,组合段所提供的总侧摩阻力中,下组合最高。3）在桩体上拔过程中,桩身轴力沿桩身向下依次递减;随着荷载的增加,桩身上部侧摩阻力首先达到极限值并趋于稳定,然后桩身中下部侧摩阻力逐渐发挥。4）侧摩阻力随桩土相对位移的增加而逐渐变大,在桩土相对位移较小时便达到较大值,桩身上部的侧摩阻力在达到较大值后趋于稳定,桩身中下部不同位置处的侧摩阻力在达到较大值仍有不同程度递增的趋势,总体上呈现出双曲线的分布形式。     

竖向荷载下膨胀土中桩侧摩阻力室内模型试验分析

为研究含水率和围压对膨胀土中桩侧摩阻力的影响，在经过改造的三轴仪上对膨胀土中的桩进行竖向极限承载力试验，测得桩侧摩阻力随含水率和围压的变化情况。试验结果表明：当沉降在2～3 mm范围内时，桩顶荷载达到极限承载力，之后承载力缓慢下降，最后趋于稳定；在相同含水率条件下，桩侧极限摩阻力随着围压的增大而增大；在相同的围压条件下随着含水率的增大，桩侧极限摩阻力表现为先增大后减小的变化趋势。通过试验结果对比发现，土体在最优含水率18%条件下的桩侧摩阻力最大，直剪试验表明桩侧摩阻力与土体的粘聚力有一定的关系，所以在含水率18%条件下桩-土界面的摩擦力要优于其他2组含水率的土体。     

静钻根植竹节桩抗压与抗拔承载特性分析

静钻根植竹节桩是利用静钻根植工法将预制竹节管桩插入到水泥土中而形成的管桩-水泥土组合桩基。采用有限元软件ABAQUS建立现场抗压试桩与抗拔试桩的分析模型,计算得到的荷载-位移曲线与现场静载试验结果吻合,验证了模型的可靠性,采用数值计算方法,分析了竹节桩的抗压与抗拔承载特性。研究结果表明:软土地区,静钻根植竹节桩的抗压承载性能优于抗拔承载性能;桩身竹节可以使竹节桩与水泥土紧密结合,竹节不直接与土接触分担上部荷载;桩身非扩径段水泥土在荷载作用下只起到传递剪应力的作用,不分担上部荷载;桩顶位移60 mm时,管桩承担抗压桩总端阻的25.8%,承担抗拔桩总端阻的16.6%,均小于水泥土扩大头分担的端阻;竹节桩长度比R_N从0增大到0.375时,抗压桩极限承载力从3 045 kN增大到6 173 kN,抗拔桩极限承载力从1 910 kN增大到2 441 kN;竹节桩长度比从0增大到0.375时,抗压桩与抗拔桩桩端水泥土扩径段承担的荷载也明显增大;当竹节桩长度比从0.375增大到0.625时,静钻根植竹节桩的极限承载力、总侧摩阻力、管桩分担端阻和水泥土分担端阻改善效果不明显。     

水平受荷桩桩周土体应变范围研究

为明确土体应变范围,通过三维物理模拟加载系统开展4组不同桩基埋深下的单桩水平静载试验,通过桩前土压力数据引入最大应变截面积S0和最远应变距离L两个参数,并以此为基础,在已有应变楔形模型上,通过公式推算,得出桩周土体应变范围随水平荷载和桩基埋深的变化情况。通过试验获得桩顶位移-荷载曲线图和桩顶位移-埋深曲线图,通过理论计算可知,桩周土体应变范围和最远应变距离随水平荷载增大呈类S型函数非线性增大,随桩基埋深增大呈类指数型函数非线性减小,应变范围和L随荷载等级及桩基埋深变化呈现良好的协同性。当桩土应力应变过程进入塑性阶段或桩基埋深增大到一定程度后,土体应变范围逐渐趋于平稳。提出了L与桩基埋深的函数关系,可为桩基布设位置的选取提供一定参考。     

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。     

楔形桩极限承载力提高机理研究

为研究楔形桩相对等截面桩极限承载力提高机理及楔形桩承载力特性,根据楔形桩承载机理,将楔形桩承载过程分为弹性变形及挤土塑性破坏两个阶段.假定桩侧土体发生破坏时应力状态服从Mohr-Coulomb强度准则,建立了楔形桩承载力分析模型并提出了楔形桩极限承载力增大系数.通过与已有模型试验分析对比验证了本文解答的合理性.在此基础上,分析了承载力增大系数随桩-土界面摩擦系数、楔形角、静止土压力系数等的变化规律.结果表明:本文理论方法能够较为合理地预测楔形桩的极限承载力;楔形桩承载力增大系数随着土体内摩擦角增大而增大,但随着静止土压力系数和桩-土界面摩擦系数增大而减小,同时存在特定的楔形角使得承载力增大系数最大.     

平板锚基础在砂土地基中抗拔承载力

准确预测砂土中平板锚的抗拔承载力,对海上浮动可再生能源装置的锚泊稳定性评估具有重要意义,为此,基于二维有限元技术,采用修正Mohr-Coulomb（MMC）本构模拟中密-密砂的应变软化行为,并利用开发的用户子程序,研究条形平板锚基础在砂土地基中的抗拔承载力。通过与有关理论解及其他离心机试验结果的对比分析,验证有限元模型的可靠性。一系列参数分析表明,平板锚的埋置深度对抗拔承载力有较大影响,与H/B=1相比,H/B=10处承载力系数高273%;砂土相对密度越大,抗拔承载力越大;致密砂（D_r=100%）和松砂（D_r<33%）相比,承载力系数提高25%;平板锚的摩擦因数对抗拔承载力系数几乎没有影响。根据数值模拟的结果,对平板锚基础在中密及密砂地基中不同深度处的抗拔承载力系数公式进行校正,为平板锚基础在中密砂以及密砂地基中的应用提供了理论依据。     

Displacement and deformation analysis for uplift piles

On the assumptions that the shear resistance increases linearly with increasing shear displacement between the uplift pile and surrounding soil, that the axis force is distributed as parabola along the pile length, that elastic distortion occurs when the pile is loaded, that the displacement of pile is in accord with that of the soil, and that the uplift pile failure is regarded as the soil failure, a rational calculation method was proposed for calculating the deformation, ultimate displacement and shear resistance of piles. The distributions of frictional resistance and the shear displacement along the pile length were obtained with the method. The comparisons were made between the measurement results and the present results. The present theoretical results agree well with the measurement results, with the average difference being less than 12% before failure. The comparisons show that the proposed method is reasonable for uplift design and engineering construction of piles.     

大锚片螺旋锚在粉质黏土中的下压承载性能

为了研究大锚片螺旋锚在粉质黏土中竖向受压荷载下的受力性能,基于螺旋锚现场静载试验,讨论了确定其极限承载力方法的差异;考虑螺旋锚对周边土的挤压效应,建立了精细化有限元模型,并将数值分析结果与试验结果进行对比,验证了有限元模型的合理性;基于验证的有限元模型,分析不同荷载等级下沿基础深度范围内的锚杆内力和侧摩阻力的变化规律,以及侧阻和锚片端阻承担荷载的比例关系。研究结果表明：用lgP-s方法确定大锚片螺旋锚基础极限受压承载力较合适;螺旋锚与土之间的摩阻力随下压位移的增加而增大,锚片附近区域的摩阻力由于锚片变形而发生较大的波动;螺旋锚锚片分担荷载的比例占据螺旋锚基础受荷的75%以上,各锚片间分担荷载比例最大差异约为6%,锚杆端阻可忽略不计。     

螺旋锚极限抗拔承载力的回归分析

目的分析砂土中单锚片螺旋锚的工作性状及破坏模式，给出上拔极限承载力计算公式，为指导工程实践提供理论依据．方法通过室内试验获得试验数据，选定拟合函数对试验数据进行拟合，用回归分析的方法进行分析；绘制出相同直径锚片在不同埋深时的SQ曲线及不同直径的锚片在同一埋深时的S，Q曲线，通过对比找出锚片直径、埋深等因素对上拔极限承载力的影响．结果在相同埋深的条件下，上拔极限承载力随锚片直径的增加而增加；在锚片直径不变的情况下，浅埋时承载力随埋深的增加而增加，但当埋深达到临界埋置深度后，承载力不再随埋深的增加而明显增加，而趋于稳定．结论可以通过增大锚片直径提高承载力，也可通过增加埋深提高承载力，但最大埋深不宜超过临界埋置深度。     

滚压成型灌注螺纹桩承载性能研究

采用静载荷试验及数值计算相结合的方法进行了螺纹桩承载性能的研究。分析了螺齿宽度、螺距等桩型参数对螺纹桩承载性能的影响,对外径相同的直径桩与螺纹桩的承载性能进行了静载荷对比试验研究。螺纹桩单桩极限承载力较相同桩外径的直型桩极限承载力稍高,螺齿宽度对螺纹桩的极限承载力影响非常明显,随螺齿宽度的增加螺纹桩的极限承载力增大;螺距对极限承载力影响也较为明显,随螺距的减小,螺纹桩的极限承载力增大。螺纹桩在低荷载水平下,桩侧阻力沿桩身均匀发挥,桩端阻力较小,随荷载水平的增大,桩端阻力大幅提高,并提出螺纹桩承载力的计算公式。     

预应力混凝土竹节桩在杭州地区抗拔工程中的应用分析

介绍了一种预应力混凝土异型桩,即预应力混凝土竹节桩。分别从外形、接桩方式、桩顶与承台的连接方式阐述了竹节桩与管桩的主要差异;并通过杭州地区抗拔工程中竹节桩与管桩的抗拔试验,对它们竖向抗拔极限承载力进行了对比研究。试验表明:竹节桩总体抗拔性能优于管桩,其竖向抗拔极限承载力相比管桩平均提高了约52%;且在相同荷载作用下,上拔位移不大于管桩;竹节桩在该区域抗拔工程中的应用,取得了良好的效果。