基于有限元模拟的楔形桩水平承载特性研究

通过abaqus,对砂土中水平承载的楔形单桩和群桩进行数值模拟,主要研究了楔形角对于楔形桩水平载荷下的承载特性的影响,以及楔形桩群桩水平承载特性对于楔形角的敏感性。研究发现：与等截面直桩相比,在楔形角为1°时,楔形桩的水平承载能力要低16%;等体积的楔形桩的水平承载力要大于等截面直桩,提高大约6%。楔形角每减0.2°,楔形桩的水平承载能力就提高将近4%。随着楔形角的增大,楔形桩桩身的弯矩变化速率则增大。群桩工况下,发现在小范围内,随着楔形角的增大,群桩水平位移也不断在增大,但位移群桩效应系数没有明显变化。     

砂土场地楔形桩加载过程中空腔扩张效应研究

目前对楔形桩的承载力提高的机理研究以分析沉桩过程和试验研究为主,而对加载过程中的楔形桩的承载机理研究很少。为揭示楔形桩的承载机理,以典型楔形桩为研究对象,利用有限元方法,分析楔形桩在砂土场地上的受压过程。分析结果表明,楔形桩在受压过程中存在空腔扩张效应,使楔形桩的荷载传递范围增大,楔形桩的侧阻力得到极大发挥,其极限侧阻力是等直径桩的2.16倍。     

楔形桩的研究和应用现状

楔形桩是一种新型桩,该桩具有节省材料,施工简便,承载力高等优点,但人们对楔形桩的研究与应用远不如等截面桩那样深入。为此,通过分析国内外学者对楔形桩的研究成果,分别从试验研究和工程应用两个方面介绍了楔形桩的研究和应用现状,以期加深人们对楔形桩的认识和了解,从而促进对这一新型桩的应用和研究。     

楔形桩的研究进展及承载机理分析

楔形桩是一种桩身截面尺寸沿埋深渐变的异形桩。楔形桩的承载性能优越性学界和工程界已达成共识。但是由于其研究的深度和广度不够,至今未形成统一有效的楔形桩设计理论。文中从现场试验、室内试验、理论分析和数值模拟等四个方面,总结分析楔形桩的研究情况。并着重对楔形桩的承载机理进行了分析,认为楔形桩承载力组成中侧阻力所占的比例比较大,其承载力的提高主要是侧阻力的提高,楔形桩侧阻力提高的最根本来源是空腔扩张效应。文中的总结分析以及对楔形桩承载机理的认识,对楔形桩的在实际工程中的应用和研究有着十分重要的意义。     

桩单位体积承载力问题探讨

根据现场试验和弹塑性有限元数值模拟,对不同灌注桩单位体积承载力问题进行了比较研究,主要包括直径不同的直桩间、直桩和楔形桩间、楔形角不同的楔形桩间、直桩和扩底桩间、扩底直径不同的扩底桩间的单位体积承载力的比较。结果表明,桩的承载力高,其单位体积承载力并不一定也高;楔形桩和扩底桩的单位体积承载力相对较好;短而粗的楔形桩的单位体积承载力比长而直的楔形桩的更好;扩底桩的扩底直径、直桩的直径除特殊情况外,不宜过大;在桩型确定好后,选择合理的桩尺寸是必要的;进行桩端注浆、使桩进入较好的持力层、清除存渣等可提高桩的单位体积承载力。     

楔形桩的工作性能及应用研究

通过介绍楔形桩的受力机理 ,指出楔形桩不同于一般桩基 ,其楔形构造改变了桩周土的天然结构状态 ,利于发挥桩土的共同作用 ,提高了其承载力。介绍并总结了现有楔形桩承载力计算公式及按其计算所出现偏差的原因。并分析了楔形桩承载力与几何尺寸的一般关系     

基于极限平衡理论的楔形桩承载力计算方法

首先根据楔形桩的受力特性,提出了楔形桩单桩破坏模式,然后从极限平衡理论出发,利用库仑土压力的推导思路,推导得到了该破坏模式下的楔形桩承载力计算方法;将数值分析的结果与自编的单桩承载力计算程序计算得到的结果进行对比分析,验证了该方法的合理性。结果表明：其他参数不变时,在一定范围内增大楔形桩的锥角,可显著提高楔形桩的极限承载力;当外摩擦角较大时,粗糙的桩侧面也可以提高楔形桩的承载力;楔形桩尺寸也是影响单桩承载力的重要参数;该方法在工程实际中有着较强的适用性。     

楔形劲芯水泥土复合桩沉芯效应模型试验研究

为探讨楔形劲芯水泥土复合桩在静力沉芯过程中的沉芯效应,在PVC管中分层填筑水泥土,然后分别静力压入1根等截面模型桩和2根不同楔角的楔形模型桩。通过试验数据整理分析,获得等截面和楔形芯桩静力沉芯过程中桩身应变、桩周水泥土表面的竖向位移、贯入阻力与沉芯深度的规律。研究结果表明:在楔形内芯的作用下,楔形劲芯水泥土复合桩不仅内芯对水泥土的挤压作用远大于等截面劲芯水泥土复合桩,而且水泥土外桩也会变成上端大、下端小的楔形形状;沉芯过程中,距楔形芯桩中心10cm监测范围内桩周土表没有出现隆起,而最小沉降量出现在距桩中心10cm处,最小沉降量为1mm;楔形芯桩的贯入阻力随贯入深度和楔角的增加而增加。     

楔形桩的工作性能及应用研究

本文通过介绍楔形桩的受力机理，指出楔形桩不同于一般桩基，其楔形构造改变了桩周土的天然结构的状态，利于发挥桩土的共同作用，提高其承载力。介绍并总结了现有楔形桩承载力计算公式及按其计算所出现偏差的原因。并分析了楔形桩承载力与几何尺寸的一般关系。     

楔形桩的承载能力研究

楔形桩具有挤土效应,因而其承载力较等截面桩显著提高。通过楔形桩受力分析建立其计算模型,考虑其挤土效应对地基土体力学性能的影响,提出了一种楔形桩承载力计算方法。经与楔形桩静载荷试验进行对比分析,验证了该方法的适用性。     

考虑横向惯性效应时楔形桩纵向振动阻抗研究

 基于Rayleigh-Love杆模型,研究考虑横向惯性效应时成层土中楔形桩的纵向振动问题。首先,根据桩周土的成层性并考虑楔形桩的变截面特性,将桩土系统沿纵向划分为有限个微元段。然后,运用Laplace变换技术和阻抗函数递推方法,在平面应变条件下推导得到成层土中楔形桩纵向振动时桩顶复阻抗的解析解。最后,采用参数研究方法,在低频范围内分析楔形桩设计参数对桩顶复阻抗的影响,并将同体积时的楔形桩与均匀截面桩的桩顶复阻抗进行对比。结果表明：(1) 楔形桩其他设计参数不变时,动阻尼随着楔角的增大而增大,动刚度也随着楔角的增大而增大,但增大的幅度会随着频率的增大而逐渐减小;(2) 楔形桩其他设计参数不变时,动刚度随着桩长的增大而减小,动阻尼随着桩长的增大而增大;(3) 对等体积的楔形桩与均匀截面桩,当桩长相同时,楔角越大,动刚度越小,动阻尼越大;当桩端截面积相同时,楔角越大,动刚度越大,动阻尼先增大再减小。     

欠固结软土地基中减少桩基负摩擦力的方法

阐述了桩基负摩擦力的产生与原理，总结了现有减少桩基负摩擦力的方法，提出了可以用锥形桩来减少欠固结软土地基中桩基的负摩阻力，并简要说明了锥形桩降低桩基负摩擦力的原理，最后建议用加密锥形群桩作为欠固结土地基基础来消除桩基负摩阻力。     

夯实水泥土楔形桩复合地基承载特性试验研究

 针对软土地基中的夯实水泥土桩复合地基,分别进行1组等截面桩和3组不同楔角楔形桩的9桩复合地基对比试验,研究4组复合地基在相同条件下的平均沉降和平均桩–土应力比随荷载变化的规律以及荷载传递规律。试验结果表明：夯实水泥土楔形桩能有效地调节桩–土沉降差和地基沉降,提高地基承载力;增大楔形桩的楔角能使桩体较早地发挥其承载性能,夯实水泥土楔形桩复合地基的平均桩–土应力比较夯实水泥土等截面桩复合地基的大;随侧壁倾角的增大,夯实水泥土楔形桩桩身轴力的衰减速率不断增大,随荷载传递深度不断减小,楔形桩的工作性状远优于等截面,且侧壁倾角越大,桩体的性状能得到较好地发挥。     

柔性基础楔形桩复合地基变形规律有限元分析

使用有限元软件ADINA对柔性基础下夯实水泥土楔形桩复合地基和夯实水泥土圆柱形桩复合地基的变形规律做了初步的数值模拟分析,得出了在各级荷载作用下软基的侧向、竖向变形基本规律并对它们进行了对比,认为用楔形桩加固软基是经济的、安全的。     

静压楔形桩挤土效应的室内模型试验

通过对在黏土中静力压入等截面钢桩和3根不同侧壁倾角的楔形钢桩的室内模型对比试验,对静压楔形桩及等截面桩的挤土效应进行研究。通过试验,获得沉桩过程中地表隆起随沉桩深度变化的规律及最大隆起的位置和大小。最后对压入等截面桩与楔形桩的试验结果进行比较分析。     

Axial response and material efficiency of tapered helical piles

Different techniques have been proposed to increase the bearing capacity of open-ended piles.Welding helices to the shaft and tapering the pile shaft could be used simultaneously to enhance the static and dynamic behaviors of these piles.This paper subjects the bearing capacity,stiffness,frictional behavior,and material efficiency of the tapered helical piles to scrutiny.Tapered helical piles are introduced herein as an alternative option to improve the material efficiency of hollow piles.Based on the Taguchi method,a series of experiments was designed and conducted.The axial responses of tapered helical piles are also investigated using finite element analyses.The results derived from loadedisplacement curves and strain gages are used to characterize the axial compression responses of tapered helical piles.The effects of tapered angle,helices diameter and helices distance are examined using dimensionless parameters,and the degree of contribution of these factors is calculated on each of the enumerated variables individually.Experimental results show that the shaft friction resistance of tapered helical piles increases continuously with the pile head settlement.Furthermore,the effect of tapered wall on the shaft friction resistance is more tangible at low stress levels.The results showed that the relative material efficiency factor of the optimum pile could be 2.5 times that of unoptimized pile with a similar quantity of material.     

变径灌注桩竖向承载力影响因素分析

用有限元法对在竖向荷载作用下变径灌注桩桩周土的应力-应变及桩身荷载传递特点进行数值分析。分析桩侧应力大小、垫层厚度对变径灌注桩承载性能的影响,进一步揭示变径灌注桩的单桩承载机理,为变径灌注桩的承载力设计提供参考。     

基于离散元理论的静压沉桩过程颗粒流数值模拟

 通过对二维颗粒流程序进行二次开发，对静压沉桩过程进行模拟。模拟结果揭示了桩端、桩周土体在桩土相互作用过程中各自所扮演的角色，从细观层面解释沉桩过程，将沉桩过程中桩体宏观力学行为表现与桩周土体受沉桩影响的细观结构变化联系起来，增进了对沉桩过程的深入理解和规律的揭示。主要结论如下：(1) 不同桩端形式桩周颗粒位移表现不同；(2) 端阻力随贯入过程均呈现似稳值现象；(3) 桩–土宏观响应与土体细观参数变化之间存在紧密联系；(4) 桩端接触面处颗粒以滚动为主，仅一小部分发生滑动；(5) 端阻力与桩尖角度有一定联系。