循环水平荷载作用下的群桩性状分析

在实际工程中,很多桩基础的破坏是风、波浪或者地震等循环水平荷载的作用所致,且这些桩基础往往布置成群桩的形式。结合前人的试验模型和理论研究成果,探讨了循环水平荷载作用下桩—土之间的相互作用、循环水平荷载对桩身刚度的影响,以及桩与桩之间的相互作用效应,循环水平荷载对群桩荷载分配及群桩基础轴向承载力的影响。     

饱和黏土中不同刚度单桩水平循环加载离心试验

对正常固结黏土中具有不同桩土相对刚度单桩基础的水平静力及循环承载特性开展离心试验研究。在相同土层及桩基埋深条件下,通过调整模型桩材料及桩身截面几何尺寸,实现桩土相对刚度调节,对比组包括刚性桩、柔性桩和半刚性桩。在加载试验前执行T-bar循环插拔试验,各组试验土体强度与弱化参数一致,验证了制样的可靠性。桩基归一化荷载–位移曲线初始刚度和归一化极限承载力均随桩土相对刚度系数增大而增大,表明桩土相对刚度系数可用于描述水平受荷桩静力承载特性。尽管刚性桩刚度受循环荷载的影响更大,其循环稳定桩侧刚度仍显著优于柔性桩结果。循环稳定桩侧刚度与静力刚度比值随桩土相对刚度增大而减低,从长期刚度控制的角度,不断增大桩径不利于长期稳定承载,可通过增大桩基埋深提升长期承载的稳定性。     

高速铁路桥桩在轴向循环荷载长期作用下的承载和变形特性试验研究

针对高速列车通过小跨度桥梁时列车活载对桥桩的影响分析来获得动力加载参数,进而对位于软粘土地层中的钻孔灌注桩进行了轴向循环荷载长期作用下的动力试验,测试和研究了循环荷载长期作用下桩的动位移幅值、桩顶沉降、桩身轴力、桩侧动摩阻力和单桩极限承载力等参数的发挥和变化情况。试验结果表明:列车循环荷载长期作用下,灌注桩的桩身轴力发生了局部调整,砂性土层的桩侧摩阻力具有增强效应,淤泥质粘性土的桩侧摩阻力具有退化效应;列车循环荷载对软土地区单桩的承载能力和桩基的工后沉降影响甚微,但会使单桩竖向刚度降低。     

循环荷载作用下粉土地基中刚性桩桩土相互作用研究

针对近海风机单桩基础,采用室内模型试验,对粉土地基中刚性桩循环加载条件下的桩土相互作用规律进行研究,实时监测了加载过程中荷载、位移和土压力的变化。研究发现循环荷载作用下桩周土压力最大值和最小值没有明显的弱化;循环加载模式下,刚性桩变形转动中心在0.85埋深以下;基于静力加载条件下的水平非线性地基反力系数,提出了粉土地基中刚性桩循环荷载作用下土的水平抗力-位移曲线。在此基础上,提出循环荷载作用下预测超大直径单桩基础变形的简化计算方法。     

海洋高桩基础水平单调及循环加载现场试验

开展了海洋软黏土中 2 根大直径高桩基础的现场水平单调和循环加载试验,实测获得了桩顶荷载 – 位移关系、桩身变形和桩身弯矩及桩侧土压力和孔隙水压力,揭示了水平单调和循环荷载作用下桩土相互作用规律及桩基水平位移和桩身弯矩发展规律。利用实测桩身水平位移推算了桩周土反力,在此基础上提出了相应的双曲线型 p – y 曲线,通过引进 Poulos 循环弱化模型建立了水平循环荷载作用下的桩基双曲线型 p – y 曲线分析模型,水平单调及循环荷载作用下桩顶荷载 – 位移关系、桩身变形和桩身弯矩及桩侧土压力等计算结果与实测值均吻合良好。通过现场试验发现规范 p – y 曲线法计算结果偏保守的主要原因是所采用的 p – y 曲线的刚度偏小;不同时段的循环荷载对桩基循环累积变形有叠加效应。 建议设计中应考虑桩基全寿命服役期内所承受的所有循环荷载的影响, 对于重要工程应开展相应的现场水平加载试验,实测桩身水平位移或桩身弯矩,进而利用所推算的桩周土反力来分析桩基受力变形及承载力。     

大型土与结构相互作用恒刚度直剪试验装置研究

已有的土与结构接触面室内剪切试验多集中在恒荷载和恒位移加载条件下接触面力学特性的研究,而预制桩基础沉桩过程中桩土界面受力条件与恒刚度加载类似,即桩土界面法向应力随桩周土体法向位移是动态变化的。针对目前黏性土中桩土界面大型恒刚度的试验手段比较缺乏,自主设计研制了一种大型恒刚度直剪仪用于桩土界面力学特性的测试。该直剪仪考虑了桩周土体变形特点,剪切过程中桩土界面接触面面积始终保持不变,能够准确模拟桩土界面剪切试验;采用弹簧组加载系统和数控电机控制系统,法向可提供恒刚度边界条件,水平切向可按位移控制,能够实现桩土界面上直线和循环剪切的加载路径。试验结果表明:该直剪仪能够很好地再现黏性土中桩土界面在恒刚度加载条件下直线剪切的力学响应,为静压桩沉桩过程的桩土界面力学特性的研究提供了基础。     

循环荷载下复合地基受力工作特性研究

进行6组循环加载模型试验,研究了循环荷载作用下桩承加筋土复合地基的受力工作特性,分析了垫层厚度、桩土刚度比、桩间距、土工格栅层数对桩承加筋土复合地基桩土应力比的影响,得出了桩土应力比随这些参数的变化规律。     

冲刷条件下砂土中单桩水平循环加载模型试验

近海风机大直径单桩在波浪的作用下承受水平循环荷载,并产生冲刷效应。采用一套可施加大周数循环荷载的试验装置,探究砂土中冲刷深度与加载路径耦合作用下大直径单桩累积变形特性与位移预测模型。通过对试验结果归一化和回归分析,得到位移预测模型,其为循环次数的幂指数和初次循环累计位移两者的乘积。研究发现,幂指数受加载路径和冲刷深度的影响较小;初次循环累积位移由两个相互独立的参数决定,即荷载峰值和控制循环幅值的荷载类型。荷载峰值受冲刷深度影响,荷载类型与冲刷深度无耦合关系。试验得到的位移预测模型的幂指数和初次循环累积位移公式可用于单桩长期水平循环累积位移的预测。     

循环荷载下海洋风机单桩基础简化分析模型

海洋风机单桩基础的控制荷载主要为风载荷、波浪载荷、地震载荷等水平循环荷载。而我国相关规范中对水平循环荷载作用下单桩分析模型与计算方法却论述较少。从3个方面深入分析了影响桩土相互作用的基本因素:土体非线性、土体极限抗力退化以及桩土脱开效应。考虑以上3点并用弹簧和阻尼串联来模拟桩周土体,提出了循环荷载作用下海洋风机单桩基础简化分析模型并编制了计算程序。通过与相关文献的试验数据比较,表明本文模型能较好地模拟循环荷载作用下水平受荷桩的性状。     

用离心模型模拟横向受荷桩中残余效应研究

本文介绍桩基离心试验的仪器、方法以及一系列横轴向受荷桩的荷载试验结果,探讨了桩身残余效应的形成、发展和分布规律;地基中的残余土应力反应;残余应力的循环效应,以及残余效应的存在对横轴向受荷单桩和群桩承载特性的影响。     

软黏土中导管架基础水平循环加载离心模型试验

为研究海上风机四腿导管架基础在风、浪等水平循环荷载作用下的受力及变形特性,开展了近海饱和软黏土地基四腿导管架基础水平循环加载离心模型试验。实测获得了水平循环荷载下导管架顶部的位移、基桩顶部的水平位移以及桩身弯矩,并利用实测桩身弯矩推导出桩身变形与桩周土反力。试验结果表明:水平循环荷载作用下导管架顶部的荷载–位移曲线表现出明显的非线性;后排桩的水平位移约为前排桩的80%,且均小于导管架顶部的水平位移,导管架发生了一定角度的倾斜;桩身最大弯矩值出现在泥面下约6D深度处。在此基础上,采用双曲正切型p–y曲线方法拟合试验结果并与API规范作对比,发现API规范p–y曲线的初始刚度和极限土反力均偏小。试验进一步揭示了泥面下5D深度范围内需考虑桩周土反力的弱化现象,且前排桩周土反力的弱化程度明显大于后排桩,在工程设计时应分开考虑下基桩桩周土的强度弱化情况。     

砂土中大直径单桩水平受荷离心模型试验

大直径桩基在海洋工程中已越来越广泛应用。针对目前API规范p-y曲线对水平受荷大直径单桩的不适用性,通过离心模型试验研究了砂性土中大直径单桩分别在水平静力和循环荷载作用下的受力和变形特性。验证了通过实测桩身弯矩推算桩身变形和桩周土反力的有效性,分别获得了干砂和饱和砂的大直径单桩水平静力p-y曲线。在修正p-y曲线初始刚度的基础上,采用双曲线型p-y曲线分析了水平受荷大直径单桩的内力和变形。揭示了水平单向循环荷载下大直径单桩的桩身变形及内力变化特性,试验结果显示桩身变形和最大弯矩近似与循环次数的对数线性相关。最后,由各循环次数下的桩身弯矩获得了大直径单桩水平循环p-y曲线,提出了循环应力比相关的p-y曲线循环弱化因子,以及相应的桩基变形累积和内力变化分析方法。     

Responses of single and group piles within MSE walls under static and cyclic lateral loads

To investigate the behavior of piles and the performance of the mechanically stabilized earth (MSE) walls under static and cyclic lateral loading, six reduced-scale model tests of single and group piles within the MSE walls were conducted inside a test box. In the single pile tests, a hollow aluminum tube as a pile was placed at a distance of 2D or 4D (D is pile diameter) behind the wall facing, while in the group pile tests, the piles were only placed at the distance of 2D with a spacing of 3.3D between the piles. The piles were subjected to static lateral loading only and cyclic lateral loading followed by static loading until failure. The test results showed that the lateral load capacity of each pile in the group pile test was approximately 60% that of the single pile, while the wall facing displacements and the geogrid strains in the group pile test were larger than those in the single pile test. The lateral pile capacity, the wall facing displacement, the strain in the geogrid, and the lateral earth pressure behind the wall facing in the static and cyclic loading tests were evaluated at the pile head displacement equal to 20%D.     

Load Tests of Piled Raft Models with Different Pile Head Connection Conditions and Their Analyses

A series of experimental and analytical studies on the behaviours of model pile groups and model piled rafts in dry sand subjected to static vertical loading and static cyclic horizontal loading were carried out in order to investigate the influence of various pile head connection conditions between the raft and the piles on the behaviours of the foundations models and to examine the applicability of an simplified analytical method to simulate the load tests. In the load tests, the behaviours of the model foundations were investigated in detail, with particular focus on cyclic horizontal loading, and behaviour such as horizontal stiffness and the rotation of the foundation, the load proportions between the raft and the piles, and the bending moments and shear forces generated in the piles. A simplified three-dimensional deformation analysis method was used to simulate the experiments.     

受水平循环荷载影响的斜桩p-y曲线构建及应用

p-y曲线法是分析水平受荷桩基承载变形特性的主要方法,利用p-y曲线法的关键在于构建合理的p-y曲线。在砂土地基中开展了2组共10根水平受荷斜桩模型试验,其中2根斜桩仅分级施加了水平静力荷载,其余8根斜桩先施加了不同幅值的单向水平循环荷载,然后再分级施加水平静力荷载。试验测试了10根斜桩的砂面处桩身横向位移及桩身应变,根据桩身应变计算得到了桩身弯矩,在此基础上根据Euler-Bernoulli梁理论得到了桩侧土抗力及相应的桩身水平位移,构建了承受水平单向循环荷载后再承受水平静力荷载时斜桩的双曲线型p-y曲线,并给出了斜桩初始地基反力模量及桩侧极限土抗力的确定方法。用上述构建的双曲线型p-y曲线计算了本文模型试验及文献中模型试验斜桩的响应,发现利用所构建的p-y曲线得到的计算结果与实测结果整体上吻合较好,说明本文构建的双曲线型p-y曲线是合理可行的。最后利用p-y曲线计算了承受单向水平循环荷载后再承受水平静力荷载斜桩的桩身位移及桩身内力,计算结果表明:(1)相对于斜桩桩顶自由,桩顶固支能有效地减小斜桩的桩身横向位移、桩身弯矩及剪力;(2)在单向水平循环荷载作用下,正斜桩桩顶横向位移、 桩身最大弯矩及剪力均小于负斜桩;(3)无论是正斜桩还是负斜桩,桩顶横向位移、桩身剪力随着抗弯刚度增加而减小,而桩身最大弯矩随着抗弯刚度增加而增加。     

Interpretation of pile lateral response from deflection measurement data: A compressive sampling-based method

The performance of piles under lateral loading, i.e., the lateral response of piles, may be evaluated by in situ lateral loading tests. Inclinometers are frequently installed along the pile depth to measure the pile lateral deflection during the loading tests. Other pile responses, such as the bending moment and shear force, may be further obtained through high-order differentiation of the deflection measurement data with respect to depth. As inclinometers measure the pile deflection at a number of pre-specified depths, the deflection measurement data are discrete. Performing high-order derivatives on discrete deflection data is tricky and sometimes provides misleading results, particularly when the pile response is nonlinear. This paper proposes an innovative approach for interpreting the lateral response of piles from discrete deflection measurement data. The proposed method is based on a new sampling theorem in digital signal processing called compressive sensing/sampling (CS). The method is illustrated using a real case history in the USA, and the results show that the proposed method can provide reasonable interpretations of the lateral response of piles. A sensitivity study is also carried out to systematically explore the performance of the proposed method.     

微型桩原型水平荷载试验研究

对软土地基中的微型桩单桩及群桩进行了水平荷载试验，并对试验结果进行了分析。试验结果表明，微型桩有较好的抵抗水平荷载的能力，尤其是斜桩基础能有效地减小水平荷载引起的位移。应用p-y曲线法计算了单桩和群桩的水平位移，计算结果与实测值接近。     

岩溶地区高层建筑刚性桩复合地基现场试验研究

某高层建筑建造于岩溶场地,采用刚性桩复合地基。在现场开展了大型坑下综合性原位试验,包括多项载荷试验、桩与土的应力测试以及沉降观测等。运用BOTDA分布式光纤技术,获得复合地基桩身应力及桩侧摩阻力连续分布曲线。基于试验数据,对复合地基的荷载传递机制、荷载分担变化与发展规律、桩与土承载力发挥状况等进行了分析,研究了土层注浆和桩底后注浆对复合地基承载力与应力分布的影响。研究表明：增强体采用非挤土置换成桩工艺,对桩间土具有加固效果;桩底后注浆对复合地基的加固效果主要体现在加载后期的较高荷载水平下;土层注浆在提高桩间土和复合地基承载力的同时,降低了桩、土相对刚度,总体上有利于发挥土的承载作用;土层注浆对桩侧正、负摩阻力发挥均具有作用,可减少荷载经桩传递产生的下卧层附加应力,有利于下伏溶洞的安全。根据研究结果,给出了采用土层注浆时复合地基承载力发挥系数的建议值。