复合桩基桩土非线性相互作用机理的数值分析

利用ABAQUS软件对常规桩筏基础(3d桩距)和复合桩基(6d桩距)进行了三维弹塑性分析。利用无厚度接触面单元模拟筏板-桩-土的非线性接触特性,采用Mohr Coulomb弹塑性本构模型描述土的非线性特性,桩取为弹性。得到了沉降、桩土荷载分担比、桩周土体水平位移变化情况。分析结果表明,6d桩距群桩中基桩的承载能力很快发挥到极限,后续荷载交由承台下土体承担,有更多的天然地基承载表现,6d桩距群桩的桩间土绕桩滑动的趋势较3D桩距群桩的要强。分析结果基本反映了桩-土-筏的实际工作性状,验证了复合桩基理论的正确性。     

自适应位移调节下摩擦桩系列模型试验研究

 为深入研究设置位移调节器后桩筏基础桩土共同作用机制及变刚度调平效果,通过2组室内模型试验,对比分析摩擦型单、群桩在常规工况及位移调节下的工作性状。试验结果表明：(1) 单桩试验中位移调节器明显改变荷载传递规律,优先并充分发挥筏底土体承载能力,优化桩土荷载分担比,但是桩顶以下一定范围内存在负摩阻力;(2) 摩擦型群桩试验中使用位移调节器,可优化桩基支承刚度,充分发挥地基土承载力的同时顺利实现桩筏基础的变刚度调平,有效减小筏板差异沉降。试验成果可为进一步的理论研究提供试验依据。     

逆作法复合桩基承载性能的室内模型试验

通过对单桩、两桩以及四桩的逆作法复合桩基室内模型试验,研究在极限荷载作用下逆作法复合桩基的荷载与沉降关系及桩、土荷载分担特性。试验结果表明:逆作法复合桩基的荷载-沉降曲线具有两个拐点,分别对应封桩结束并加下一级荷载时刻和基础破坏时刻;逆作法复合桩基封桩前的沉降量介于浅基础与复合地基的沉降量之间,桩不直接参与分担上部荷载,只起到改善土体刚度的作用;合理选择封桩时机可以控制桩、土的荷载分担比;封桩后基础总体刚度大幅度提高,基桩不但参与基础受力而且控制基础沉降;在基桩达到极限承载力之前,基桩分担了大部分复合桩基阶段的荷载,基础的沉降也得到了明显的控制;在基桩达到极限承载力之后,上部荷载又大部分由地基土承担。     

刚性桩复合地基与复合桩基工作性状对比试验研究

针对高层建筑筏板荷载分布特点,采用内密外疏布桩方式,通过现场缩尺(1:10)模型试验,完成了带上部结构的复合地基与复合桩基载荷试验,分析了筏板沉降、桩端平面以下地基沉降和筏板外侧地面沉降、筏板下桩土反力分布、桩身轴力和侧摩阻分布及桩土荷载分担比,研究了工作荷载下复合地基与复合桩基的工作性状。与复合桩基相比,得出复合地基总沉降大、差异沉降小、桩端平面以下沉降小、桩上段存在负摩阻、桩间土荷载分担比大、桩荷载分担比小的试验结果;复合地基可以更好地调动浅层地基土承载力,而复合桩基则能更好地调动深层地基土承载力,所得结论可为进一步理论研究及工程设计提供有益参考。     

桩顶与筏板多种连接构造方式工作性状对比试验研究

针对桩顶与筏板之间不同构造形式下的相互作用,对可压密土中刚性桩复合地基、常规桩筏基础和桩顶预留净空桩筏基础进行了现场模型试验,测量了筏板沉降、筏板内外不同深度地基土沉降、桩身轴力和桩间土反力,分析了不同荷载级别下筏板沉降、筏板内外不同深度地基土沉降、桩土荷载传递特性和桩土荷载分担比分布规律。与刚性桩复合地基和常规桩筏基础相比,对于桩顶预留净空桩筏基础工作性状,研究发现在桩顶与筏板接触前,桩顶预留净空桩筏基础工作性状与刚性桩复合地基相似;桩顶与筏板接触后,其工作性状与常规桩筏基础相似。试验条件下,桩顶与筏板之间接触、设置褥垫层、预留净空(或可压缩垫块)不同连接方式可显著影响桩间土的压缩及桩土相对滑移,对上述三者来说,桩身下部桩、土相对滑移量(桩端刺入量)依次减小。     

群桩与土和承台结构非线性相互作用机理的数值分析

利用ABAQUS对常规桩筏基础(3D桩距)和复合桩基(6D桩距)进行了三维弹塑性分析。利用无厚度接触面单元模拟筏板—桩—土的非线性接触特性,采用Mohr-Coulomb弹塑性本构模型描述土的非线性特性,桩取为弹性。得到了沉降,桩土荷载分担比、桩周土体水平位移变化情况,并对二者进行了对比分析。分析结果基本反映了桩—土—筏的实际工作性状,验证了复合桩基理论的正确性。     

用于调整差异沉降的预留净空桩筏基础模型试验研究

预留净空桩筏基础是一种新的利用桩土相互作用的形式,可用于调整建筑物筏板–桩–土相互作用和减少差异沉降。进行了砂土中常规桩筏基础和桩顶预留净空桩筏基础的模型试验研究。分析表明:在相同荷载作用下,在试验条件下,相对于常规桩筏基础来说,预留净空桩筏基础的实质作用在于可使桩间土压缩提前发生,显著提高桩间土分担荷载的比例,在可压密土中可强化桩土相互作用,桩端刺入量显著下降,使得桩土更趋于整体沉降。预留净空桩筏基础可有效利用土的承载力,减小桩顶应力过分集中,且对桩端阻力有显著的强化作用。     

桩筏基础相互作用非线性简化分析

提出一种桩筏基础相互作用的简化分析方法。对筏板和土体的接触面进行单元离散,在单桩弹塑性分析的基础上,分析了桩–桩、桩–土、土–土的相互作用关系。推导了桩土体系的刚度矩阵,得到刚性筏板群桩基础的竖向荷载沉降关系,桩的轴力沿深度的分布和桩、筏板各自分担的荷载。无需对桩和土体沿深度方向进行单元离散,简化了计算过程。由于考虑了土体的非均匀性和桩土相互作用的非线性特性,计算模型更好地反映了土体的实际性状。与有限元、边界元计算值以及实际工程实测值进行对比分析,验证了本文方法的正确性,并可应用于实际工程问题的分析。     

桩间距对桩筏基础结构性能影响的模型试验研究

 为研究桩间距对桩筏基础结构性能的影响,设计并进行不同桩间距的桩筏基础系列模型试验。结果表明,设置不同的桩间距可调配群桩基础中桩与筏板的分担作用,调整桩筏基础的受力性能。常规桩距桩筏基础以桩为承载主体,地基土的荷载分担次之;当桩间距大于6倍桩径后,桩较早进入塑性支承状态,地基土分担荷载能力增强,桩与筏板荷载分担的主次作用发生转换,筏板逐渐转换为基础的承载主体。随着桩间距增大,筏板内力分布由整体弯曲过渡到以局部弯曲为主。桩筏基础桩顶荷载分布规律受桩间距的影响,随着桩间距增大,桩顶荷载由角桩最大逐渐转化为中间桩最大。建议桩筏基础设计方法应考虑桩间距设置对筏板与桩土体系相对刚度、筏板内力和桩顶荷载不均匀特征的影响。     

两阶段变刚度桩筏基础工作机理研究

本文利用ABAQUS有限元软件,对天然筏板基础、常规端承型桩筏基础以及两阶段变刚度桩筏基础三种基础形式进行模拟。通过对比分析桩土荷载分担比、桩侧摩阻力以及三种基础筏板下地基土的沉降,研究三种筏板基础的工作特性,探讨并总结两阶段变刚度桩筏基础的工作机理。分析结果显示,两阶段变刚度桩筏基础工作机理介于天然筏板基础与复合桩筏基础之间,具有较明显的两阶段受力特性,能够充分发挥地基土的承载力,有效提高桩与土的共同承载能力。     

Physical modeling of behaviors of cast-in-place concrete piled raft compared to free-standing pile group in sand

Similar to free-standing pile groups, piled raft foundations are conventionally designed in which the piles carry the total load of structure and the raft bearing capacity is not taken into account. Numerous studies indicated that this method is too conservative. Only when the pile cap is elevated from the ground level, the raft bearing contribution can be neglected. In a piled raft foundation, pile–soil–raft interaction is complicated. Although several numerical studies have been carried out to analyze the behaviors of piled raft foundations, very few experimental studies are reported in the literature. The available laboratory studies mainly focused on steel piles. The present study aims to compare the behaviors of piled raft foundations with free-standing pile groups in sand, using laboratory physical models. Cast-in-place concrete piles and concrete raft are used for the tests. The tests are conducted on single pile, single pile in pile group, unpiled raft, free-standing pile group and piled raft foundation. We examine the effects of the number of piles, the pile installation method and the interaction between different components of foundation. The results indicate that the ultimate bearing capacity of the piled raft foundation is considerably higher than that of the free-standing pile group with the same number of piles. With installation of the single pile in the group, the pile bearing capacity and stiffness increase. Installation of the piles beneath the raft decreases the bearing capacity of the raft. When the raft bearing capacity is not included in the design process, the allowable bearing capacity of the piled raft is underestimated by more than 200%. This deviation intensifies with increasing spacing of the piles.     

大间距桩筏基础地震响应离心模型试验研究

针对饱和软土地基中大间距摩擦型桩筏基础抗震问题,采用离心振动台开展了桩筏基础地震响应的试验研究。为模拟实际软土场地浅部超固结黏土和深部正常固结黏土的地层特征,试验在高岭土土样表面预铺砂层,然后在50g离心加速度下进行固结。上部结构简化为质点和杆构件,基础形式包括桩头刚接和桩头自由2种类型的大间距桩筏基础模型。试验分析了模型的加速度和位移、土层内部孔隙水压力以及桩身应变等响应。试验结果表明:在软土场地自振频率范围内,结构–基础–地基三者相互作用十分明显,基础与结构加速度放大系数高于其它频率范围;桩头刚接与桩头自由的基础在地震时均产生了较周围地表土体更大的竖向沉降,但震后较长时间内基础与地表沉降速率基本一致;地震结束时,桩头刚接的上部结构侧向位移与基础倾斜值均较桩头自由时减少一半以上,但上部结构加速度放大作用更加明显;桩筏基础承载能力因土体软化行为有所降低,震后部分上部荷载由群桩转移到筏板,但桩筏荷载分担比例总体变化不大。试验揭示了软土震陷时桩基的变形控制机理,为软土地基减沉桩基础的抗震设计提供参考。     

软土地区竹节桩复合地基承载特性试验研究

结合东钱湖车辆基地软基处理工程,开展了桩间距分别为1.8 m、2.0 m和2.2 m,桩长20 m、22 m和24 m,正方形布置(4×4)的竹节桩复合地基承载变形特性试验研究。对3个试验工况的竹节桩复合地基进行了单桩、单桩复合地基静载荷试验,测定了桩土应力比及群桩复合地基的沉降,结果表明:本场地3个工况竹节复合地基的单桩抗压承载力和复合地基承载力均满足120 kPa的设计要求;各工况单桩静载试验测试的桩土应力比主要分布在4.0~6.0间,群桩静载试验测试的桩土应力比差异较大,随桩间距的增大而减小。竹节桩复合地基在宁波软土地区具有较好的适用性。     

Uplift tests of jet mixing anchor pile

The jet mixing anchor pile is a new kind of supporting technology for foundation pit engineering in soft clay. The engineering features of jet mixing anchor pile as well as the difference between it and normal anchor bolt are introduced. The uplift tests of 4 jet mixing anchor piles are presented in detail to obtain the ultimate bearing capacity and load–deformation relationship of the piles. Load-transfer analysis, which is rarely applied in the analysis of uplift piles, is carried out on the piles with a hyperbolic calculation model. The load transfer method focuses on the interface between pile and soil, with which the non-linear behavior, the bearing capacity and the engineering features of the anchor piles can be fully studied. The calculated load–displacement curves of the piles have close agreement with that of the pullout tests, indicating that the proposed analytical solution is reasonable and feasible in predicting the bearing capacity of the piles. Thus, with this study, the supporting stiffness of the anchor pile can be predicted in the design stage of the foundation pit engineering, which is very important and meaningful in practical engineering. The decay curve of shear stress of soil surrounding the pile is derived with the load-transfer method, through which the minimum transverse space of each two piles can be decided against the pile group effect. Engineers can optimize the length and spacing of group piles through this.     

分层土中桩筏基础荷载分担问题的有限元分析

采用三维有限元方法建立桩筏基础模型来考虑各种影响因素对桩土分担比的影响。地表硬壳层的存在能够有效地提高筏板的分担作用。通过对不同桩距和布桩方式桩筏基础的计算,发现当桩距径比增大时,桩间土的承载作用有显著提高,但当大于7d之后则无显著变化。此外,还研究了不同桩端土的相对刚度以及应力水平下桩筏基础共同作用性状,可供工程设计人员参考,以优化设计并满足较高的经济性。     

基于DIC技术的桩–土–承台共同作用性状的 模型试验研究

 利用数字图像相关技术,编制适合岩土试验模型变形量测分析的位移场分析程序(DIC)。结合室内模型试验,利用DIC程序对试验中获得的系列图像进行分析,得到群桩基础的承载变形特性、桩周土体的位移场,并对其破坏模式进行推断。研究结果表明：利用自行编制的DIC程序分析桩周土体位移场是可行的,并可以得到全场位移;随着桩距增大,群桩基础荷载沉降特性有更多的天然地基承载表现;3b(b为方桩边长)桩距群桩由于桩对桩间土体的遮拦作用明显,其侧向位移数值较6b桩距的要小;对于3b桩距群桩,土体的压缩主要集中在桩端以下土层,整个群桩基础呈实体深基础破坏模式,而对于6b桩距群桩,桩间土体的压缩量占主导地位,整个基础因桩间土体侧向挤出而破坏。分析结果验证复合桩基理论,6b桩距可视为常规桩基与复合桩基的桩距分界点。     

基于减小筏板差异沉降的刚性桩复合地基试验研究

针对高层建筑筏板荷载分布特点,采用内密外疏布桩和仅在筏板中心布桩方式,通过现场缩尺(1:10)模型试验,完成了带上部结构无桩筏板和刚性桩复合地基筏板静载荷试验。分析了筏板沉降、桩端平面以下地基沉降和筏板外侧地面沉降、筏板下桩土反力分布、桩土荷载传递及桩土荷载分担比。研究了工作荷载下不同布桩方式降低筏板差异沉降的效果。