盾构施工对邻近桩基础影响的简化分析方法

根据Loganathan和Poulos提出的估算盾构施工产生的土层位移的简易方法,假定已知土层损失,可预测隧道周边土层的水平位移。邻近盾构的桩基础也要随土层位移产生内力、位移变化,而成为被动桩。参照弹性地基梁法,建立由土体水平位移导致的桩-土共同作用方程,通过杆系有限单元法实现求解盾构施工产生的桩身内力和位移,计算中可考虑不同的桩顶约束条件和土层分布条件。根据桩身内力、位移控制要求,可确定盾构隧道施工时的土层损失控制要求。     

分层地基中隧道开挖对邻近刚性桩筏基础竖向影响分析

基于两阶段分析方法：第一阶段采用Loganathan方法计算隧道开挖引起的土体自由场位移,第二阶段采用层状地基中弹性理论法,计算桩和土,桩和桩之间的相互作用,并考虑刚性筏板对桩基的约束作用,提出了一套能够分析层状地基中隧道开挖对刚性筏板群桩基础竖向影响的解析方法。将计算结果与离心试验结果及现有方法计算结果进行对比,得到了较好的一致性,验证了其正确性。并首次对层状地基中桩筏基础承载特性进行了分析,讨论了桩基变形对遮拦效应的削减作用,结果表明此方法意义明确,层状地基模型更符合工程实际情况,适于推广使用。     

隧道开挖条件下被动群桩遮拦效应分析

隧道开挖不可避免地会引起周围土体位移,从而导致临近建筑物桩基础产生附加变形和内力,降低桩基承载力,引起上部结构失稳甚至破坏。如何分析隧道开挖对邻近群桩的影响成为岩土工程界所关心的问题,为此作者提出隧道开挖对群桩影响的两阶段分析方法:第一阶段采用Loganathan等(1998)提出的解析解计算隧道开挖引起的土体自由位移场;第二阶段基于Winkler地基模型将土体自由位移施加于桩分析桩基的力学反应,同时考虑桩基的遮拦效应分析隧道开挖对群桩的影响。采用三维整体数值分析方法分析隧道开挖对临近群桩的影响,并通过对比验证了简化解析方法的合理性,在此基础上分析隧道开挖条件下被动群桩的遮拦效应,分析表明:(1)群桩遮拦效应随桩间距增大而减小;(2)遮拦效应对前排桩影响小于对后排桩的影响,尤其是轴力;(3)遮拦效应对位移的影响远小于对内力的影响,其中对水平位移的影响很小,可以忽略不计。     

层状地基中的单桩沉降分析

对轴对称弹性力学方程进行Ｈａｎｋｅｌ变换，并利用传递矩阵方法得出层状地基在内部轴对称荷载作用下的位移解。利用此解析解建立了求解层状地基中单桩沉降的计算方法，并与Ｐｏｕｌｏｓ，Ｒａｎｄｏｌｐｈ和Ｗｒｏｔｈ，Ｒａｊａｐａｋｓｅ等人的经典解答进行了比较。     

单桩非线性分析的半解析半数值方法

在分析了桩侧摩阻力和桩周土剪切位移相互关系的基础上 ,提出了一种单桩非线性分析的半解析半分析方法 ,该方法可以分析位于多层介质中单桩的非线性位移。在该方法中 ,采用了两种模型 ,第一种为Randolph提出的解析式 ,该方法可计算在剪切应力作用下土的位移的和桩周土的剪切应力 ,另一个模型为双曲线模型 ,该曲线可用来描述桩侧摩阻力与桩周土的局部剪切位移的非线性关系。该计算方法所得到的计算结果与现场试验结果以及有限元计算结果非常吻合     

隧道开挖对群桩竖向位移和内力影响分析

采用两阶段分析方法,提出了隧道开挖对群桩竖向位移和内力影响的解析计算方法。第一阶段采用Loganathan解析解估算隧道开挖引起的土体自由位移场,第二阶段首先基于Winkler地基模型,将自由土体位移施加于桩体并建立单桩位移控制方程,然后应用剪切位移法,考虑被动群桩的桩–桩相互影响,计算被动群桩的遮拦效应,最后得到隧道开挖对被动群桩的影响。并与有限元法以及边界元法分析结果进行了对比,得到了较好的一致性。     

层状地基中桩基础的竖向荷载位移关系非线性分析方法

基于Winkler地基模型,推导了分层土中单桩处于线弹性和弹塑性状态的荷载传递矩阵,提出了单桩竖向位移内力非线性简化分析方法。考虑群桩中的"被动桩"与周围土体的相互"遮拦效应",对传统的桩–桩相互作用系数进行修正,并将其应用于刚性承台下受荷群桩和桩筏基础的非线性分析中。由于考虑了土体的成层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。计算结果与有限元计算值和试验结果进行对比分析,验证了本文方法的正确性,可应用于实际工程问题的分析。     

开挖条件下非均质地基中被动群桩水平反应分析

地下工程开挖包括基坑开挖、隧道开挖等,邻近建筑物的桩基因开挖引起的土体位移会产生弯矩和变形。基于两阶段分析方法,考虑土体的非线性,采用Winkler地基模型模拟被动单桩桩土之间的相互作用,运用有限差分法进行求解以考虑地基土的分层特性,并基于简化Mindlin方程考虑群桩的桩–桩相互影响,计算被动群桩的遮拦效应,从而得到开挖条件下被动群桩水平反应的简化分析方法。最后将基于两阶段分析方法的差分解法与边界元解、现场实测结果、离心机实验结果等进行对比,验证了该方法的合理性及实用性。     

既有桩基对盾构施工参数的影响研究

盾构隧道施工邻近桥梁桩基已成为目前研究的热点问题。针对盾构施工参数取值在工程中的应用价值,利用三维弹塑性有限元分析了桩基引起地层的竖向附加应力,反推出了Geedes式中的桩端阻力、桩侧阻力分担桩顶荷载的比例系数与桩长的数学表达式,并将Geedes竖向附加应力影响范围与Randolph提出的影响半径对比分析后,给出了桩基影响区域和非影响区域的界定半径;基于支护压力、注浆压力的理论取值范围及单位长度上土体损失量等于沉降槽面积的条件,利用三维弹塑性有限元进行计算分析,给出了支护压力、注浆压力在桩基非影响区域内的建议取值和土体损失的计算表达式;基于桩基非影响区域内盾构施工参数的建议取值及桩基对地层产生的附加应力,给出了桩基影响区域内盾构施工参数建议取值的数学表达式。研究结果表明:工作面的土压力阻力选取工作面静止土压力合力,注浆压力选取1.1倍的隧道埋深处水土压力时,对地层的扰动较小。     

A simplified model to analyze the reinforced piled embankments

It is an economic way to use the piled embankment for the construction of embankment over soft soil. The combination of piles and reinforcement can effectively reduce the differential settlement at the surface of embankment. The paper presents a simplified model for analysis of an embankment of granular fill on soft ground supported by reinforcement and piles. This model is based on consideration of the arching effect in granular material proposed by Hewlett & Randolph. The vertical equilibrium of the unit body at the center of pile caps immediately below the reinforcement is established. The refinements of the model are that the failure mechanisms of the arch both at the crown and at the pile cap were considered, three-dimensional situation was taken into account for reinforced piled embankment, calculation of the vertical stress carried by the subsoil due to arching effect and reinforcement for multi-layered soil was proposed. Using the simplified model, the influence of embankment height, one-dimensional compression modulus of subsoil, tensile stiffness of reinforcement on stress reduction ratio (SRR) and tensile force of reinforcement is investigated. It is found that the model can be used to assess the relative contribution of the reinforcement and subsoil. The results show that subsoil gives a major contribution to overall vertical equilibrium, while the reinforcement gives obvious contribution at relatively large settlement. The inclusion of the reinforcement can reduce the vertical stress acting on the subsoil. The simplified model is then evaluated by three case studies. The results of this model show good consistence with these cases.     

几种桩基计算方法的比较分析

选取了几种具有代表性的桩基分析方法,分别是Poulos边界积分法、Randolph方法、Poulos-Randolph综合法、Butterfield边界单元方法、Chow混合方法、W.Y.Shen变分方法和改进变分方法,通过编制相应的计算分析程序,力求从方法本质和原理上,以及各方法计算结果上来对各种计算方法进行比较分析。     

Centrifuge model tests on piled raft foundation in sand subjected to lateral and moment loads

Piled raft foundation has been widely recognized as a rational and economical foundation system with the combined effects of raft and piles. However, the behavior of laterally loaded piled raft foundation has not been well understood due to the complicated interaction of raft–ground–piles. A series of static horizontal loading tests were carried out on three types of foundation models, i.e., piled raft, pile group and raft alone models, on sand using a geotechnical centrifuge. In this paper, the influences of relatively large moment load and rotation on the overall performance of laterally loaded piled raft foundation were examined. From the centrifuge model tests, it is found that the vertical displacement due to horizontal loads is different between piled raft and pile group foundation, and this vertical displacement has significant influences on the performance of laterally loaded piled raft foundation. The horizontal resistance of the pile part in the piled raft foundation is higher than those observed in the pile group foundation due to raft base contact pressure. The vertical displacement of the foundation due to the horizontal loads affects the vertical resistances of piles, which results in the different mobilization of moment resistances between the piled raft and pile group foundations.     

大规模桩筏基础非线性共同作用简化分析方法

提出一种分析桩筏基础非线性共同作用的简化分析方法。将单桩的载荷试验结果应用到桩筏基础的沉降分析中,从而使得沉降预测结果更符合工程实际情况。将筏板假定为弹性薄板,筏板下的群桩假定为相互作用的非线性弹簧,使用双曲线函数拟合载荷试验的Q-S曲线,并用它来模拟桩在荷载下的非线性响应。采用相互作用系数法分析桩-桩间的相互作用,同时考虑桩的“加筋”对相互作用系数的影响。为了简化计算,采用多项式拟合桩-桩、桩-土相互作用系数。使用弹性半空间或有限层理论分析土节点间的相互作用。经过实例分析比较,该方法不但可以节省大量机时,而且可以得到较满意的预测结果。该简化方法可以用于工程实践。     

非均质地基中群桩竖向力学反应分析

首先基于Winkler地基模型,假设桩土不发生分离,不考虑承台以及地基土对荷载的分担作用,建立单桩竖向位移控制方程。然后采用剪切位移法确定土体竖向位移传递系数,将主动受荷桩引起的土体位移施加于群桩中的受影响桩,计算桩-桩相互影响。最后,采用有限差分法,建立非均质土体中竖向受荷群桩的计算方程,分析群桩竖向力学反应。最后对该方法与已有文献中单桩、群桩在均质、非均质地基中的算例进行对比,总体上取得了较好的一致性。     

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.     

考虑遮拦-加筋效应的刚性承台群桩非线性分析

文章介绍竖向受荷单桩非线性分析方法,双桩分析时,在前人工作基础上推导了分层土中被动桩遮拦-加筋效应的矩阵表达式,并结合叠加算法建立考虑遮拦-加筋效应的群桩非线性分析方法,对群桩刚度及桩身附加轴力进行分析,较好地解决了线弹性分析方法高估群桩相互作用的问题。最后通过已发表的刚性承台群桩算例验证文章方法的合理性。     

竖向荷载下桩筏基础通用分析方法

根据已有的竖向荷载下刚性板桩筏基础分析结果提出了一种竖向荷载下桩筏基础的通用分析方法。桩筏基础分析中考虑了4种相互作用,分别为桩–土–桩、桩–土–板、板–土–桩和板–土–板相互作用。筏板分析采用有限单元方法,以厚薄板通用四边形等参单元进行分析。该方法可以分析由任意桩长、桩半径和刚度特性的桩群以及任意厚度和几何外形的筏板组成的竖向受荷桩筏基础。应用该方法不需要划分桩土体单元,其分析复杂程度基本等同于弹性地基板基础,且分析过程简洁。通过与各种方法的比较证明该方法是合理可行的,精度上也满足要求。     

水平荷载作用下群桩计算方法研究

通过分析研究国内外各种水平荷载下群桩计算方法,在Ｆｏｃｈｔ－Ｋｏｃｈ－Ｐｏｕｌｏｓ综合法的基础上,不考虑群桩基础中后桩对前桩的弹性作用,并结合桩基规范,提出了能够考虑群桩效应和群桩中各桩荷载分担比的改进公式, 可供水平力作用下的桩基工程设计时参考     

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。     

桩筏基础抗拔变形的简化分析方法

提出一个预测抗拔桩筏基础非线性变形的简化分析方法,方法将桩假定为相互作用的非线性弹簧,使用双曲线函数拟合抗拔单桩的荷载-位移曲线,并将其用于桩筏基础的变形分析中,使用相互作用系数方法分析桩-桩的相互作用。与室内群桩模型试验和现场群桩试验结果的比较说明,方法不但可以节省计算时间,而且计算结果与实测结果也比较吻合。