H型护岸桩沉桩产生的超孔压及水平位移计算

H型桩由于特殊的截面形式,打桩过程引起的挤土效应特征不能简单地采用管桩的挤土规律代替。因此基于湖嘉申二期工程现场试验数据,研究其沉桩引起的超孔隙水压力和土体位移规律,通过修正的圆孔扩张模型考虑H型桩在扩孔时的特殊性,推导出适合H型桩的矩形孔扩张的计算公式。用该公式对沉桩产生的超孔压及土体位移进行计算,并与其他方法进行对比。结果表明,修正后的扩孔模型在计算H型桩的超孔压和土体位移方面充分考虑到孔隙水压力沿深度线性变化的特点,结果更加接近实测数据。     

整体式桥台-RC桩-土体系受力性能

为了探究整体式桥台-RC桩-土体系的力学性能,以国内某整体桥为背景,设计并制作了4个不同桩基配筋率和截面形状的整体式桥台-RC桩模型,并开展整体式桥台-RC桩-土相互作用低周往复荷载拟静力试验研究,主要研究RC桩配筋率与截面形状对桥台-RC桩-土体系受力性能的影响,并分析台后土抗力、桩侧土抗力、桩身应变与桩身弯矩的分布规律等。结果表明：在桥台往复位移作用下,距离台背较近处土抗力沿高度方向的分布规律会由“三角形”分布向“抛物线形”分布转变;距离台背较远处的基本呈“三角形”分布;台后土抗力会受到RC桩配筋率和截面形状的影响,提高RC桩的配筋率或采用矩形截面可增大整体式桥台-RC桩-土体系的整体性;桩身累积变形会影响桩侧土抗力的分布规律,使桩后侧土抗力减小、桩前侧土抗力增大;采用配筋率更大或矩形截面RC桩的试件更不易受累积变形的影响,桥台-桩基-土体系整体性更好;整体式桥台-RC桩在向河跨侧挤压前侧土体运动时,桩身应变和弯矩的分布规律与传统桩基一致;向岸坡侧挤压后侧土体运动时,桩身最大应变和弯矩出现在台底与桩顶连接处。提高RC桩配筋率或采用矩形截面RC桩可有效减小桩身应变和弯矩,改善RC桩基...     

地震作用下土钉支护高速公路边坡动力参数分析

结合土钉支护高速公路边坡工程实例,在地震作用下采用大型非线性有限元分析软件ADINA对边坡的变形、加速度、土钉轴力及土压力进行了计算和参数分析.考虑土体和支护结构相互作用及其协同工作建立三维有限元模型.应用了非线性静动力性能的弹塑性模型模拟土体;采用了可以描述土钉在进入塑性阶段强化性质的双线形弹塑性模型模拟土钉;土与支护结构相互作用由接触单元模拟.主要研究了地震烈度、土钉长度、土钉间距以及土参数对边坡位移峰值、加速度峰值、土钉轴力最大值以及土压力峰值的地震响应影响.结果表明随着烈度的增大,边坡位移峰值、加速度峰值、土钉轴力最大值以及土压力峰值也都增大,其形状相似;随着土钉长度的增加,边坡位移峰值、加速度峰值、土钉轴力最大值以及土压力峰值将减小,在土钉支护的范围内边坡位移峰值和加速度峰值影响较大,坡底以下土体位移峰值和加速度峰值影响很小;边坡位移峰值、加速度峰值、土钉轴力最大值以及土压力峰值随着间距的减小而减小;土体参数c,φ增大时,边坡位移峰值和加速度峰值将减小,而土钉轴力最大值和土压力峰值将增大.     

高桩承台斜桩基础的地震反应数值分析

为揭示地震荷载作用下高桩承台斜桩基础的地震反应特性,以3种地震波(唐山波、EI波、迁安波)为例,采用三维弹塑性动力有限元技术,分析了桩身倾斜角度、自由桩长对高桩承台斜桩基础地震反应的影响规律。结果表明:各模型桩身轴力最大值均出现在冲刷线以下2.5m左右,而桩身弯矩最大值均位于承台与桩顶交界处;相同模型的左、右斜桩除竖向位移、Y方向弯矩沿桩身呈对称分布外,加速度、水平位移、轴力、总弯矩沿桩身的分布规律相同;承台高度越大,自由桩长越大,桩身轴力越大而弯矩越小;桩身倾斜度越大,其轴力与弯矩均越大,承台高度对桩身内力的影响大于桩身倾斜度;地震荷载中斜桩的加速度与位移反应降低,但轴力和弯矩增大,斜桩总弯矩主要受控于Y方向的弯矩。     

考虑桩-土-结构相互作用的输电塔风振响应分析

运用ABAQUS软件分别建立四类场地土体条件下考虑桩-土-结构相互作用(简称PSSI)的整体有限元模型和基础固支的输电塔三维有限元模型,并通过在桩和土体交界面上设置主从接触面来考虑桩-土-结构相互作用效应,然后基于线性滤波法模拟输电塔结构脉动风,进行了输电塔结构模态分析和风振响应分析,最后计算输电塔的风振系数。结果表明:考虑PSSI效应后输电塔自振周期随土体柔度增大而增大,塔身主要节点位移最大增至2.8倍,主要控制点加速度与应力有不同程度的减小,Ⅰ类场地土体条件下风振系数有明显增大。研究认为,考虑PSSI效应可以更准确地分析输电塔的风振响应。     

考虑土体结构性损伤的静压桩承载力及时效性研究

考虑静压桩沉桩施工引起的桩侧土体结构性损伤,对Tresca屈服准则进行修正,并利用球孔扩张理论,得到考虑深度效应的极限扩孔压力的理论解。根据静压桩桩侧土体超孔隙水压力消散规律,结合Henkel理论,建立了考虑桩侧土体结构性损伤和深度效应的超孔隙水压力消散公式,并进一步得到土体地基中静压桩承载力与时间关系的计算公式。将按本方法计算的理论值与其他方法的计算结果以及实测值进行对比,验证了本方法的可靠性。在此基础上,进一步研究结构损伤系数和复压间隔时间等因素对静压桩桩侧超孔隙水压力的影响。结果表明:复压间隔时间越短,离桩中心距离越近,静压桩桩侧土中超孔隙水压力的消散速度越快,静压桩承载力越高;当径向损伤系数β_1已知,相同埋深处超孔隙水压力随着深度损伤系数β_2的增大而降低,且桩侧土体深度越深,β_2取值大小对孔隙水压力的影响越明显,从而进一步说明同时考虑土体径向和深度方向结构性损伤的必要性。     

用修正的梁杆单元刚度阵考虑桩的尺寸效应

在梁变形的平面假设下阐述了桩-土数值模型中桩的尺寸效应。基于桩身截面上节点位移的协调条件以及平衡力系的静力等效原理,分别建立了相应的结构中面节点位移和集中力向单元出口位移和节点力的转换阵,并对Timoshenko梁杆单元刚度陈进行了增广修正,以考虑桩的横向尺寸影响桩周土体位移场分布的尺寸效应。算例的结果表明了本文方法的正确性及在桩基-土体FEM数值模型中恰当考虑桩尺寸效应的重要性。     

砂土场地桩-筒复合基础地震响应离心振动台试验

地震作用容易引起砂土地基中的海上风机基础液化失效,单桩-筒型复合基础(简称桩-筒复合基础)结合了单桩基础和吸力筒基础的优势,是一种新颖的海上风机基础形式。针对砂土场地桩-筒复合基础地震响应,开展干砂及饱和砂的单桩和桩-筒复合基础的离心振动台试验,采用白噪声和具有不同频谱成分的地震波进行激振,得到两种基础形式在砂土场地中的自振频率、超孔压累积、风机加速度响应以及基础弯矩分布等。结果表明：饱和场地中筒基下的浅层土体,其超孔压累积会有所衰减,加速度幅值则被相应放大;饱和场地中单桩浅部弯矩响应较大,风机产生明显的残余位移,相比单桩,桩-筒复合基础加速度响应更大,但其在限制水平位移方面具有明显优势。研究结论对于桩-筒复合基础的抗震分析具有参考价值。     

非饱和黄土场地桩-土动力相互作用试验研究

为了研究非饱和黄土场地桩-土动力相互作用，利用土工离心机振动台进行桩-土动力模型试验.获得桩身弯矩、桩侧土抗力、桩-土相对位移及动力p-y曲线，分析加速度幅值、桩基埋深对动力p-y曲线的影响.基于非线性文克尔地基梁模型，建立考虑远场阻尼效应、桩-土间隙效应的非线性动力p-y单元，通过有限元分析结果和该试验记录对动力p-y单元的有效性进行验证.结果表明，随着加速度幅值的增加，桩-土体系的耗能增强，土体刚度逐渐退化；桩侧土抗力与桩-土相对位移之间存在滞后性；采用建立的动力p-y单元，能够相对真实地模拟非饱和黄土场地的桩-土动力响应.     

基于内聚力模型的FRP复合桩水平承载性能数值分析

为了研究不同包裹方式和不同纤维材料的FRP复合桩（普通钢筋混凝土桩身包裹FRP布）水平承载性能以及FRP布-桩身界面黏结性能对FRP复合桩水平承载性能的影响,利用有限元软件,建立考虑FRP布-桩身黏结性能的FRP复合桩内聚力模型,并与试验结果和传统数值模拟结果相对比。结果表明：FRP复合桩的水平承载性能随着包裹层数的增加而提高,不同布材中CFRP布对FRP复合桩的水平承载性能提高效果较BFRP布和GFRP布的更优;随着FRP布-桩身黏结强度增大,桩顶水平位移逐渐减小,相同截面处的弯矩也随之减小;与传统数值模拟结果相比,考虑FRP布-混凝土界面黏结性能的内聚力模型结果与试验结果更加吻合,且误差范围更小,验证了该有限元模型的正确性。研究结果可为FRP复合桩的水平承载力设计提供参考。     

排桩支护结构内力与变形三维有限元数值分析

针对离心模型试验建立了三维有限元数值模型,通过与试验的比较验证了模型的可靠性,并与规范法中的m法进行了比较分析。结合一个悬臂排桩支护结构实例分析了桩身截面尺寸、桩间距和土体强度参数对桩身内力和变形的影响规律。研究表明:采用m法进行排桩支护结构设计偏于保守,与m法相比三维有限元法计算结果与离心机试验结果更为接近;桩身弯矩和桩顶水平位移随桩间净距的增加和桩身截面宽度的减小近似呈线性增加,随着土体黏聚力和内摩擦角的增加近似呈指数形式增加。     

钙质砂中单桩水平承载特性模型试验研究

通过室内模型试验研究钙质砂地基中桩基的水平承载特性,分析桩长对桩顶位移、桩顶转角、桩身弯矩以及桩侧土体压力分布的影响,并与福建标准砂地基中的模型桩进行了比较。试验结果表明：桩长对水平承载特性具有显著影响;增加桩长能明显提高单桩水平极限承载力,桩身变形逐渐由刚性转动转变为弯曲变形;弯矩沿桩身的分布范围由全段分布转变为集中在桩身上半部分;桩侧土压力主要分布在迎土侧的上部土层中,土体压力随着水平荷载的增加而发生明显变化;在低应力水平下,钙质砂中单桩水平承载力要大于标准砂中桩基承载力,钙质砂在较高应力水平下的模型试验有待进一步探究。     

饱和黏土中静压桩桩周土体强度时效性分析

天然饱和黏土中静压桩在沉桩过程中对土体造成巨大的挤压,致使桩周土体产生较高的超孔隙水压力,沉桩结束后随着桩周土体的逐渐固结,土体强度表现出明显的时效性.为研究饱和黏土中静压桩沉桩后桩周土体强度的变化规律,基于K0-MCC模型并考虑了土体初始各向异性与诱发各向异性对桩周土体强度的影响,推导出柱孔不排水扩张后桩周土体应力及超孔压的解答,并根据轴对称固结理论推导了静压桩桩周孔压消散的理论解答.在此基础上,考虑桩周土体在固结过程中的松弛效应,对沉桩结束后桩周土体强度的时变效应进行了解析,并通过离心机模型试验验证了该解答的合理性.结果表明,该解答能够较为合理地预测沉桩结束后桩周土体强度与超孔压的变化规律,而土体超固结比、静止侧压力系数和土体有效内摩擦角等因素对桩周土体强度变化存在一定的影响.饱和黏土中静压桩的承载力具有时效性,静压桩周土体强度时变规律的解答能够为静压桩时变承载力的计算提供理论依据,具有重要的现实与科学意义.     

竖向荷载作用下单桩荷载-沉降曲线及土参数研究

建立了一个桩－接触面－土体体系的有限元模型,在分析各参数对桩顶荷载－沉降曲线和桩身典型截面轴力分布影响规律的基础上,通过逐步调整土参数使计算的荷载－沉降曲线与静载压桩曲线,计算内力与实测内力相近,并且用该模型及调整后的参数计算了工程桩荷载－沉降曲线以确定工程桩的性能。     

锚杆-土体界面剪切特性影响因素试验研究

采用自行设计的室内锚杆-土体界面剪切试验装置模拟锚杆抗拔过程,共开展了72组剪切试验,深入研究了有无预压、土体含水率和压实度3个因素对锚杆-土体界面剪切特性影响。试验结果表明:锚杆-土体界面剪应力随剪切位移的提高而提高,但是当剪切位移达到一定值后,锚杆-土体界面剪应力逐渐弱化或被破坏,并出现锚杆-土体界面剪切位移增加而剪应力降低的现象;土样含水率和压实度对极限剪应力的发挥有十分重要的影响,含水率等于或略大于最佳含水率的土体有利于界面极限剪应力的提高,土体压实度越大,极限剪应力也越高;对于有预压情况,剪切试验中当竖向压力低于预压力时,预压力对于锚杆-土体界面极限剪应力有明显的增强效应,但随着土体上覆压力增大,预压力的增幅效果逐渐减弱,甚至可能出现不利于极限剪应力发挥的现象。     

盾构开挖对桩基内力和变形的影响

为研究盾构开挖对建筑物的影响,以某6层框架结构为研究对象,考虑上部结构-桩基-土体的共同作用。采用有限元软件ABAQUS6.14-1建立了盾构隧道、土体、桩基、上部框架的整体三维有限元模型,计算分析盾构下穿框架结构对桩基础变形和内力的影响。有限元计算结果表明:桩距盾构轴线的距离不同对桩底水平位移的影响比桩顶大,不同位置的桩的轴力受盾构开挖的影响各有不同,当开挖面推进到桩轴线并前进4倍洞径以内时桩的水平位移、弯矩和轴力的变化最为显著,桩上部所受弯矩较大且距地面0.2倍桩长处弯矩最大,应用采桩基础托换的方法减小该位置处的桩身弯矩。     

黏土中考虑土体卸荷效应的后注浆压密模型

为研究黏土中考虑土体卸荷条件下后注浆的压密效应,基于球孔扩张理论并通过土体弹性模量折减值来考虑不同卸荷程度的影响,建立考虑土体卸荷效应影响的压密注浆模型,计算不同卸荷程度下压密注浆极限注浆压力、浆体扩张率、塑性区扩张率、径向和环向应力以及径向位移沿径向的分布关系.结果表明:压密注浆极限注浆压力以及塑性区半径随浆体扩散半径增长的速率均随土体卸荷比的增大而非线性减小;同一注浆压力下,当卸荷比小于0.8时,土体卸荷程度不同对土体内部径向应力、环向应力以及径向位移沿径向分布不产生显著影响,当卸荷比大于0.8时,注浆体周围同一位置处的土体径向应力、环向应力以及径向位移显著高于卸荷比小于0.8时的情况;同一注浆量下,相同位置处的土体径向应力,达到最小环向应力、稳定环向应力和稳定径向应力对应的径向距离均随卸荷程度的增大而减小,但是土体径向位移分布不受卸荷程度改变的影响;同一卸荷比下,相同位置处的径向应力,达到最小环向应力、稳定环向应力、稳定径向应力以及稳定径向位移对应的径向距离均随注浆量的增大而增大;最小环向应力值不受卸荷程度和注浆量改变的影响.     

基于光频域反射技术的雪花形钢板桩抗拔试验研究

利用光频域反射技术,开展了雪花形钢板桩抗拔模型试验,获得了钢板桩在上拔过程中桩身不同处的应变和不同距离处的土体水平位移。试验结果表明：光频域反射技术能够准确监测雪花形钢板桩上拔过程中桩身的变形特征,揭示桩身不同处的变形规律;雪花形钢板桩在上拔过程中桩身不同位置应变大小和波动不同,在腹板与腹板交界处最小,翼缘边处最大;结果显示雪花形钢板桩在上拔过程中,桩周土体水平位移随上拔荷载的增大而增大,距模型桩200 mm处土体水平位移约为100 mm处的19.15%。     

水平受荷阶梯形变截面桩的内力及变形分析

基于线弹性地基反力法,提出水平荷载作用下阶梯形变截面桩内力及变形解析算法,该算法假定相同土层的地基反力模量为常数. 根据桩身的变截面特性以及桩周土体的分层情况将桩身进行分段,建立各段的微分控制方程. 考虑到桩顶、桩端边界条件以及相邻桩段间的协调变形条件,推导出符合桩段挠曲变形特征的迭代关系,得到任意边界条件下的桩身内力及变形算法. 通过将该算法的预测结果与有限元计算结果以及现场实测数据进行对比分析,验证了该方法的可行性. 分析桩身长径比、变径位置、桩径比对桩身内力及变形分布的影响规律. 减小长径比,将变径位置向桩底下移,均可以使得桩顶最大水平位移减小,最大弯矩增大,减小下部桩径有利于减小桩身弯矩峰值,更有效地协调桩身变形.     

砂土中静压桩挤土效应的研究

为了研究静压桩在砂土中沉桩时的挤土效应,采用有限元模拟软件ABAQUS建立静压桩贯入的三维模型。采用Mohr-Coulomb屈服准则,考虑大变形以及位移的非线性、材料的非线性,利用位移贯入法实现桩的连续贯入,并利用室内物理模型试验验证了数值模拟的可行性。对模拟结果进行分析,得到沉桩过程中不同路径上应力和位移的变化曲线图。结果表明:当沉桩深度为5倍桩径时,地表土竖向和水平向位移均在距桩轴线1.2倍的桩径处达到最大值;随着静压桩的不断贯入,土体的水平和竖向位移最大值在逐渐增大,且增速趋于平缓;水平和竖直应力随着沉桩深度的增加而先增大后减小,在桩尖处出现明显的应力集中现象;随着径向距离增加,土体应力迅速减小。