Application of p-y Curve to Foundation Pit’s Ditch Enclosure Structure

目前p-y曲线法多数用于研究桩周土体未开挖情况下横向推力桩的变形性状,很少应用于计算基坑围护结构的变形。p-y曲线法考虑了土体的非线性位移,符合基坑内侧土体受围护结构挤压变形的实际状态。因此,以具体工程为例,用p-y曲线法计算基坑围护结构的位移,并与目前常用的弹性地基梁增量法计算值及实测值进行比较,以验证其合理性和优越性。研究表明:采用 p-y曲线法计算出的基坑围护结构侧向位移曲线与实测位移曲线相比,除了形态相似、符合基坑围护结构实际变形规律外,数值上也比弹性地基梁增量法的计算结果更加接近实测值。理论与实践均表明,采用p-y曲线法计算基坑围护结构位移是合理的。     

排桩冻结法深基坑围护结构内力与变形动态分析

在分析冻胀力产生机理的基础上,对传统的弹性地基梁法进行改进,提出了排桩冻结法深基坑围护结构内力与变形动态分析的弹性地基梁有限元计算方法.结合润扬长江公路大桥南汊南锚碇基础工程实例,分析了基坑开挖过程中围护结构体系的内力及变形变化过程.计算结果与实测值基本吻合,精度较高,表明这种方法可行.     

深基坑开挖对邻近矩形地下通道变形影响研究

以紧邻上海中环线某矩形地下通道的深基坑开挖为例,结合位移控制理论,将二阶段法应用于 基坑开挖对邻近矩形地下通道结构变形研究。采用弹性地基梁理论对矩形地下通道的变形和受力机理 进行分析,求解基坑开挖对邻近矩形地下通道变形的理论解答,推导出矩形地下通道的弹性地基梁计算 方法。并基于有限元数值模拟方法,考虑土体、基坑围护结构与矩形地下通道之间的相互作用,建立深基 坑开挖过程以及矩形地下通道弹塑性数值仿真模型,分析施工过程中基坑支护体系结构以及邻近矩形地 下通道的变形规律及应力特征,探讨基坑开挖工况、基坑开挖深度等因素对地下通道运营的影响规律。     

侧向荷载作用下砂土与粘土中桩的受力性状研究

采用p-y曲线法对砂土与粘土中侧向受荷桩进行非线性分析。对于砂土与粘土采用不同的p-y曲线模型,并用m值和统一极限抗力作为模型参数。通过有限差分法与迭代方式进行计算,迭代过程中将土体变形分为弹性区与塑性区,建立全新的计算模型。利用Fortran语言编程,分别对粘土与砂土中侧向受荷桩的受力性状进行分析计算。将计算结果与实例进行对比分析,证明该模型适用于砂土与粘土中桩基的计算。     

基坑开挖对基坑及围护结构稳定性影响分析

在基坑工程建设中,土体的变形会给周围环境及建筑物造成严重破坏,甚至还会直接或间接的给人类生活和生存环境带来不利影响.本文通过Plaxis 2 d建立基坑平面应变模型,利用有限元极限平衡法来计算基坑开挖过程中土体的变形,并对变形过程中土体的总主应力、垂直位移和水平位移以及围护结构的变形进行分析,评价基坑和围护结构的稳定性.计算结果表明,土体竖直位移值在-1.25～14.74 mm范围内,水平位移值在-2.65～2.84 mm范围内,围护结构水平位移变化在1～3 mm范围内,基坑是稳定的.     

基于ANSYS的近海工程桩基础p-y曲线研究

海上风电机组体积庞大,桩基础需要承受很大的上部结构风压、波浪和自重等荷载的作用,为保证机组正常运行,需要对桩土相互作用进行研究。侧向受荷桩在近海工程中有着十分广泛的应用,p-y曲线法是分析侧向受荷桩桩土非线性相互作用的重要方法。不同土层土体参数各异,粘土和砂土的p-y曲线公式也不相同。采用我国海洋工程常用的API规范法分析土体相关参数,通过p-y曲线分析了混合分层地基的桩土作用相关特性,并且利用ANSYS中的COMBIN39单元实现桩土相互作用仿真计算,绘制出了单元等效应力云图和弯矩分布云图。计算结果表明,在产生相同位移时粘土中的土抗力比砂土要小得多。单桩在风浪等荷载作用下,最大弯矩发生在水面附近;最大位移发生在平台顶部,且最大位移可达0.35 m。研究成果可为近海工程桩基础和平台安全保护提供参考依据。     

基于改进p-y曲线法的单桩水平受荷计算

在Winkler地基梁模型的基础上,基于改进p-y曲线法提出了一种在复杂水平荷载作用下求解部分埋置水平受荷单桩在软黏土中弯矩和位移的计算方法。该方法考虑了土体的塑性、土抗力与水平位移之间的非线性,且采用差分法进行求解并编写相应的Matlab程序,便于给出精确的理论解答。通过构制不同的地层结构,对比桩身位移、弯矩的变化,获得了最佳的地层结构,结果表明地表表层土强化处理很重要。最后将计算结果与现场试验数据进行对比,吻合程度较好。说明所提方法可在达到工程精度要求的基础上,减小所需土体参数的获取难度,降低工程成本。     

海上风机大直径钢管桩基础水平承载特性试验研究

东海大桥风电场二期工程进行了2根1.7 m直径钢管桩的现场水平试验,实测了桩顶荷载-位移关系、桩身变形和桩身弯矩。现场试验结果表明,API规范p-y曲线法计算偏保守,S?rensen修正的p-y曲线计算结果与实测推算结果吻合较好,建议海上风电基础设计应通过细致的地勘或试验,确定符合实际地质特征的p-y曲线或对规范p-y曲线进行修正。     

海中深厚软土地层围护结构反演分析研究

基坑开挖过程中其侧壁变形与围护桩结构内力分布规律一直是基坑工程的研究重点,海中深厚软土基坑工程因复杂的水文地质、工程地质条件,此类问题更为突出。依托澳门大学跨海隧道工程,采用基于BP神经网络的位移反分析法,对软土地层土体关键物理力学参数进行敏感性分析。分析结果表明,内摩擦角、凝聚力、弹性模量均对土体变形具有高敏感性,其中内摩擦角和凝聚力最为敏感。然后利用反演分析得到的目标参数进行了正向数值模拟计算,计算的水平位移、围护结构内力与监测值误差不超过5%,表明基于BP神经网络的位移反分析方法准确有效。     

海上大直径单桩基础p-y曲线修正

海上风力发电作为一种具有前景的可再生能源,目前的增长十分迅速。超大直径钢管桩是目前海上风机结构的最常用基础型式,API规范建议的p-y曲线法是目前评价钢管桩水平承载能力的主要方法,但其对大直径桩基的适用性有待探讨。本文通过开展系列三轴CU试验标定了等向硬化模型中的各个参数,并通过与实测土体应力-应变曲线的对比验证了建立的等向硬化模型的可靠性。基于该模型采用三维有限元方法分析了黏土中大直径桩基的水平受荷特性,结果发现规范方法低估了大直径刚性桩p-y曲线的初始刚度和土体极限抗力,因此考虑土体强度不均匀性、桩土间粗糙度及桩径效应的影响,对极限土抗力pult和桩体变形参数yc进行了修正,提出了大直径刚性桩修正p-y曲线计算方法。基于现有离心模型试验验证了所提方法的合理性,为海上风机大直径单桩水平承载力计算提供了参考。     

沿海某机场扩建工程基坑监测分析

基于机场禁飞区改建工程基坑围护结构及周围土体变形监测结果,结合软土基坑的变形规律,对复杂施工环境和施工时间限制条件下的围护墙体变形、坑后土体竖向位移、支撑轴力以及立柱桩隆沉等变化规律的时间和空间效应做了总结。研究表明:围护结构测斜沿深度呈现出先增大后减小的趋势,水位平移最大值位置出现在开挖面附近,且围护结构水平位移具有明显的时空效应;地表沉降出现沉降槽,深层土体开挖引起地表沉降为总沉降的主要部分,底板浇筑有效地抑制了墙后地表沉降;支撑轴力随施工进度而增加,第2道支撑的施加可减少第1道支撑轴力;立柱桩位移为上浮,其大小随着基坑开挖而增大并趋于稳定。研究结果对机场禁飞区改建工程基坑开挖具有一定参考价值。     

基坑开挖位移及土体水平抗力比例系数的反分析

基坑设计土体参数的正确选取直接影响支护结构的位移和内力计算结果,特别是土体水平抗力比例系数m值对支护结构位移的影响最为显著。结合基坑开挖工程实例,通过材料性状与基坑开挖施工过程的平面有限差分法模拟,模拟计算基坑分布开挖过程结构的水平位移;通过分析诸多土体参数对基坑支护结构水平位移的影响程度,确定杨氏模量作为位移反分析所需获取的参数,构建实测位移与模拟计算位移之间的目标函数,反分析给出各层土的杨氏模量;基于弹性地基梁法推导的m值与杨氏模量的关系,给出反映实际侧向变形特性各层土的m值。研究结果为基坑工程设计参数的合理确定提供了一定理论参考依据,对有效控制基坑位移与变形具有重要的实践意义。     

基于Opensees的桩土动力p-y曲线模型研究

桩土动力p-y曲线法在岩土工程中已得到广泛应用。通过Opensees软件中内嵌的Pysimple1材料模型,利用p-y单元建立了土-单桩-承台相互作用简化模型。分析在砂土和黏土p-y单元中的桩身和桩头承台动力响应特点,同时对不同自由场土体长度下桩身和桩头承台动力响应进行了分析。结果表明,砂土p-y单元的桩头承台加速度峰值大于黏土单元,位移峰值小于黏土单元,桩身的剪力、弯矩都比黏土要大。自由场土体长度越短,承台的位移和加速度就越大,当自由场土体长度达到300 m时基本满足计算精度要求。     

不同超挖厚度对围护结构及周边环境的影响

为了深入研究基坑开挖过程中超挖厚度的不同对基坑围护结构的内力和位移及周边环境的影响,运用岩土有限元软件Midas GTS模拟了在不同超挖厚度下深基坑开挖过程,从而得到在不同超挖厚度下基坑围护结构内力、变形及地表沉降的分布规律。计算和分析结果表明超挖厚度对基坑围护结构的内力和位移及地表沉降产生了较大影响,尤其是围护结构水平位移及地表沉降;在超挖的影响下桩和锚索不能同时起到维护的作用,使得超挖下桩后土体变形较大,基坑的稳定性处于不利的状态。研究结果将有助于提高深基坑设计水平,为类似工程的设计、施工和研究提供必要参考。     

软黏土中大直径加翼桩p-y曲线探讨

加翼桩作为新型的基础形式,横向荷载作用下的理论体系尚不成熟,大直径加翼桩横向荷载试验难度大、成本高,并且实测桩侧土抗力的精度也难以满足理论分析要求,目前尚无这方面的试验资料。以普遍采用的5 m直径加翼钢管桩为原型,通过有限元数值模拟,研究了桩侧翼板和横向荷载方向对桩身受力变形规律的影响,探讨了海相软黏土地基中大直径加翼桩p-y曲线的计算方法。结果表明:加翼桩位移、土抗力分布与单桩规律相似。同级荷载作用下,加翼桩桩身横向位移远小于单桩,且随横向荷载与前翼板夹角增加而增大;翼板范围内桩侧土抗力远大于单桩,翼板范围外与单桩相近。加翼桩土抗力与横向位移关系与单桩规律相同,受荷载方向影响较小。现行规范中单桩p-y曲线模式能够适用于横向承载加翼桩分析,但需对相应参数进行适当修正。研究成果不仅为深入研究大直径加翼桩的p-y曲线提供了思路,而且可为工程设计提供参考。     

软土基坑被动区加固对邻近地铁隧道的变形控制效果分析

针对武汉市某全地埋式污水处理厂深基坑工程,采用三维有限元建立包含基坑支护结构、地下箱体结构、坑内工程桩以及邻近隧道的整体模型,模拟分析实际施工工况下基坑开挖对邻近隧道的影响,对比分析被动区加固空桩部分、实桩部分以及工程桩的作用对地铁隧道变形的控制效果。结果表明：被动区加固实桩、空桩及工程桩对地连墙的水平位移以及邻近隧道水平位移均有一定的控制效果,其中工程桩的影响最为显著;被动区加固空桩部分对地连墙及邻近隧道的竖向位移影响较小,而被动区加固实桩和工程桩虽抑制了坑底土体的隆起,却增大了地连墙及邻近隧道的竖向隆起。围护结构施工及基坑开挖引起隧道产生朝向基坑方向的水平位移及竖向隆起变形,主体结构施工对既有隧道的隆起具有明显的抑制作用,基坑施工全过程隧道变形量均能满足变形控制要求,表明基坑设计所采取的位移控制措施是切实有效的。     

桩基支承梁与弹性地基梁承载性能对比研究

桩基支承梁的梁体承载能力由桩基及梁体本身的刚度提供，而弹性地基梁由于梁体下方和两侧土体的影响，其承载能力较桩基支承梁有一定的提升。以长江下游某内河重力式码头的后轨道梁为研究对象，建立二维模型选取轨道梁危险工况并建立轨道梁三维数值模型，对比分析弹性地基梁与桩基支承梁的内力及位移，研究表明弹性地基梁相比于桩基支承梁，最大挠度减小26．4％～35．3％，最大正弯矩减小11．3％～12．4％，桩身最大压应力减小1．8％～45．3％，最大竖向位移减小28．1％～39．0％，弹性地基梁相比于桩基支承梁在相同的受力情况下，梁体以及桩身的内力、应力均有所减小，弹性地基梁的承载能力更强，同时发现土体轨道梁协同受载不仅使得轨道梁及桩基的受力减小，还会影响轨道梁及桩基的应力分布状态。     

邻近水平推力斜拱桩基对深基坑围护结构变形影响研究

为分析邻近水平推力斜拱桩基对深基坑围护结构变形的影响,采用ＭＩＤＡＳ／ＧＴＳ岩土有限元软件,重点分析了基坑与斜拱桩基承台边缘净距和斜拱加载时基坑开挖深度对深基坑围护桩变形的影响规律。数值分析结果表明,随着基坑与斜拱桩基承台边缘净距的增大,围护桩最大水平位移逐渐减小,水平位移最大值位置的深度逐渐增大,斜拱桩基对围护桩水平位移的影响深度逐渐减小;随着斜拱加载时基坑开挖深度的增大,围护桩最大水平位移逐渐减小,斜拱加载引起的围护桩水平位移增量最大值位置的深度也逐渐减小。     

海上大直径钢管桩水平向桩土界面参数试桩分析

为了研究海上大直径钢管桩水平向承载机理与桩土作用关系,基于海上大直径钢管桩水平向静载试验成果数据,运用 API 规范建议的 p － y 曲线方法,结合有限差分解法,对海上大直径钢管桩水平承载特性及桩土界面参数分析计算方法进行研究。结果表明,地基上部土层的性状是影响基桩水平承载性能的主要因素; 采用土体参数范围值计算的基桩水平承载性能基本可以反映土体的真实性状。按照 API 规范给出的 p － y 曲线模式计算得到的桩身挠度和弯矩与试桩测试数据存在一定的拟合关系,拟合优度在 0. 891 ～ 0. 932 之间,其中黏性土的拟合优度整体上大于无黏土,浅层黏性土的拟合优度大于深层黏性土。在 0 ～ 20 mm 水平位移下,桩侧土体处于线弹性状态,桩身挠度与弯矩的计算值均大于测试值,说明此时 p － y 曲线法低估了土体性能; 在大于 20 mm 的水平位移下,桩侧土体处于非线性状态,桩身挠度与弯矩的计算值均小于测试值,表明此时 p － y 曲线法高估了土体性能。研究成果可为进一步深入分析海上大直径钢管桩水平向承载性状和桩土的相互作用机理提供参考。     

考虑变形非线性影响的有限土体土压力计算模型

分析了墙后有限土体的破坏模式及位移特征。对墙后土体梯形滑动楔体进行分区处理,分别采用薄层单元法建立了极限状态土压力强度一阶微分方程,导出了有限土体极限土压力理论公式。在此基础上,考虑土压力的非极限状态与极限状态的关联性,建立了土体位移与土压力的关系式,提出了考虑土体位移非线性影响的有限土体土压力计算模型。该模型可考虑围护结构挠曲变形等非线性位移对土压力发挥的影响,且参数简单物理意义明确。与试验实测数据对比表明,该方法相比规范方法更接近于实测值,可供相关设计计算参考。