静压桩挤土效应数值模拟及影响因素分析

针对目前数值模拟在静压沉桩挤土效应方面存在的问题，给出了符合压桩实际的有限元模型.该模型采用有限变形理论及土体的屈服准则，并通过桩土界面的接触及施加位移荷载来实现压桩过程.运用得到的有限元模型对静压桩产生的位移场进行了分析，分别给出了桩土模量比、桩土界面的摩擦特性及土的泊松比对沉桩位移场的影响规律.结果表明，沉桩的挤土效应不仅与土的工程性质有关，还与桩土相互作用面的性质密切相关.     

锚杆静压桩桩土作用力的理论分析

桩周土体在压桩过程中的问题被视作三维问题,考虑竖向附加应力的作用以小孔扩张理论为基础,对锚杆静压桩压桩过程中桩土的相互作用以及压桩后桩周土性状进行分析,得出后桩周土压力及土体的塑性半径.     

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。     

静压桩挤土效应及防治措施研究

静压桩在沉桩过程中产生的挤土效应十分明显。沉桩时产生巨大的挤压作用使桩区及附近相当范围内的土体产生向上隆起和水平位移,桩体上抬、偏位、折断时有发生。本文介绍了静压桩的贯入机理以及沉桩挤土效应研究的发展及现状,分析了土体位移机理,并就挤土效应所涉及的几个力学问题进行了较详细地分析,总结了现有的减少沉桩挤土效应的设计和施工两方面的工程措施。结合工程实例,说明采取综合预防措施的有效性,并提出一些合理化建议。     

沉桩挤土效应的软土微结构时效特征

目的 研究压桩时桩周软土的微观结构变化规律,揭示静压沉桩挤土效应的实质及其随时间的变化特征.方法 采用水平向压缩试验模拟静压桩挤土过程,将微结构的变化过程划分为两个阶段,即前期振荡阶段和后期趋稳阶段,借助扫描电镜记录挤土过程中软土微观结构变化进行土的微观结构定量参数分析.结果 得出软土微结构在压缩固结过程中随时间的变化规律.在前期阶段,从沉桩开始到1～2 h,桩周土体各项微结构指标变化复杂而剧烈,超静孔隙水压极高,在横向挤压力的作用下很容易发生变形和位移,土体应力传递速度快,挤土效应极为显著.而后期阶段,孔隙水压力已大幅度消散,土结构调整进入相对稳定的变化阶段,这期间再沉相临桩,挤土效应会大大减弱.结论 软土地基沉桩挤土效应具有明显的微结构时效特征.模拟试验结果对实际工程中采取有效措施减少或避免挤土效应具有指导意义.     

复杂荷载作用下单桩的三维有限元分析

为了解复杂荷载作用下单桩的工作性状,通过数值方法对承受竖向和水平组合荷载以及倾斜荷载作用下的模型桩进行了三维有限元数值模拟与分析.在分析过程中,采用修正Cam-clay模型以模拟土体的非线性,而桩-土接触面则设置了接触单元来考虑桩与土的滑移和开裂.对桩周土分别采用弹性和修正Cam-clay模型计算了桩顶荷载-沉降曲线,分析了不同计算模型对计算结果的影响.通过不同荷载组合作用分析了水平荷载对竖向承载桩的沉降、竖向荷载及偏心竖向荷载对水平承载桩的水平位移以及倾斜荷载的倾角对桩顶的沉降、水平位移和桩身挠度的影响,获得了一些对工程设计与计算有参考价值的结论.     

纵横向荷载作用下桩的工作性状研究

为了了解承受纵向荷载和横向荷载共同作用的桩的工作性能,通过一系列模型桩试验,分析了水平荷载对竖向承载桩的桩顶沉降变形的影响,以及竖向荷载对横向承载桩的桩顶水平位移和桩身弯矩的影响,此外,运用三维有限元的方法,考虑了土体的非线性(Drucker-Prager模型)力学性能,以及在桩与土界面处设置接触面单元来考虑桩与土的滑移变形和开裂,对模型桩进行了模拟计算分析,试验及模拟分析均表明,竖向荷载对水平承载桩的影响较小,而水平荷载对竖向承载桩的影响是显著的。     

纵横向荷载作用下桩的工作性状研究

为了了解承受纵向荷载和横向荷载共同作用的桩的工作性能，通过一系列模型桩试验，分析了水平荷载对竖向承载桩的桩顶沉降变形的影响，以及竖向荷载对横向承载桩的桩顶水平位移和桩身弯矩的影响．此外，运用三维有限元的方法，考虑了土体的非线性(Drucker-Prager模型)力学性能，以及在桩与土界面处设置接触面单元来考虑桩与土的滑移变形和开裂，对模型桩进行了模拟计算分析．试验及模拟分析均表明，竖向荷载对水平承载桩的影响较小，而水平荷载对竖向承载桩的影响是显著的．     

基于ANSYS的桩土效应分析

运用ANSYS中的接触单元分析了桩土效应问题,其中采用实体单元模拟桩基础,用接触单元模拟桩基础和土体的作用,并且考虑土体的负摩阻力,分析桩基础在水平荷载和竖向荷载作用下的桩端位移、桩端应力及随着埋深的桩基应变.     

水平荷载下挤扩支盘桩群桩变形性状有限元分析

目前,有关群桩水平承载性状的试验和理论研究资料较少,特别是对于挤扩支盘桩群桩基础在承受水平荷载时的受力和变形性状还未见相关报道.针对这个问题,作者在考虑桩土之间非线性接触、桩周土弹塑性、桩土体系初始应力场的情况下,利用有限元与无限元耦合的方法,分析了水平荷载作用下分别包含2根,3根,4根基桩的挤扩支盘桩群桩基础的变形发展过程,并深入研究了承力盘位置、桩间距、桩数等因素对基桩本身、桩周围土体和桩土之间相对位移的影响规律.     

Time-dependent lateral response of pile embedded in elasto-plastic soil

A two-dimensional (2D) finite element analysis was carried out to assess the time-dependent behavior of single vertical pile embedded in elasto-plastic soil. The finite element analyses were carried out using the linear elastic model for the structure of the pile, while the Mohr-Coulomb model was used for representing the soil behavior surrounding the pile. The study includes cohesionless and cohesive soil to assess the lateral response of pile in the two types of soil. The whole geotechnical model is suitable for problem of piles to determine the design quantities such as lateral deformation, lateral soil stress and its variation with time. The model is verified based on the results of published cases and there is good comparison between the results of published case and the present simulation model. It is found that, the pile in cohesionless soil has more resistance in the rapid loading and less one in the long term loading. On the other hand, the pile in cohesive soil shows opposite behavior.     

非均质土中基于虚土桩法的桩基纵向振动

在考虑桩底有限土层影响的情况下,研究非均质土中桩在纵向振动荷载作用下的动力特性.在将桩截面积范围内有限层桩底土模拟为虚土桩的基础上,建立虚土桩 土、桩 土耦合振动模型,采用复刚度传递多圈层平面应变模型建立桩、虚土桩与桩侧土的纵向振动动力方程,利用桩 土、虚土桩 土以及虚土桩 桩的耦合接触条件求解动力方程,得到桩顶频域响应解析解和时域响应半解析解.通过对虚土桩参数的研究检验桩底土对桩动力响应的影响,得到一系列桩顶速度导纳曲线、时域反射波曲线以及复刚度曲线表现规律图.     

打桩过程的非线性有限元分析

利用国际上最先进的大型通用有限元计算分析软件之一——ABAQUS中的ABAQUS/Explicit模块,采用对时间进行显式积分的格式对钢筋混凝土预制桩的打桩过程进行动态模拟,得到了桩体的设计参数（包括桩径、桩长、桩身材料等）、打桩机械参数（锤重、落高、能量、桩垫、锤垫等）对打桩过程的影响规律,对工程应用有一定的指导意义.     

Vertical dynamic response characteristics of single pile in non-homogeneous soil layers

A computational method and a mechanical model for evaluating the vertical dynamic harmonic response characteristics of a single pile embedded in non-homogeneous soil layers and subjected to harmonic loadings were established based on a certain assumption and the improved dynamic model of beam-on-Winkler foundation by using the principle of soil dynamics and structure dynamics. Both non-homogeneity of soil strata and softening effect of soil layer around the pile during vibration were simultaneously taken into account in the proposed computational model. It is shown through the comparative study on a numerical example that the numerical results of dynamic response of the single pile computed by the proposed method are relatively rational and can well agree with the numerical results computed from the well-known software of finite element method. Finally the parametric studies were conducted for a varied range of main parameters to discuss the effects of relevant factors on dynamic responses of the single pile embedded in non-homogeneous layered soils excited by harmonic loading with different frequencies.     

上海某工程桩基础事故的分析及处理

因工程地质及施工单位桩机选择的原因，造成静压桩出现大范围的断桩，通过对事故原因的分析，对断桩采取合理的处理方法，经事故处理后的桩位检测及工程施工后的沉降观测，达到设计要求的可靠度，取得可观的社会效益，对类似工程事故有一定的参考价值。     

基于既有桩基振动理论反演的桩周土动态响应解

提出一种基于现有桩基振动理论反演的桩周土半无限空间激振响应模型,通过Laplace-Hankel积分变换求解得到其复数域内解析解及时域半解析解. 该方法在获得桩周土动态响应的同时,避免对复杂桩–土耦合振动条件进行联立分析,使得求解这类问题的解析过程大大简化. 通过与既有理论解及有限元分析软件ABAQUS的结果进行对比,分别验证所得解在桩周土及桩底以下土激振响应问题上的合理性. 基于解析结果,针对由旁孔透射波法估计未知桩长的问题进行讨论,提出一种相对简单的未知桩长估计方法. 该方法可以减少现场测试的工作量,并有助于提高后期数据处理的精度.     

竖向荷载作用下单桩工作性能模拟分析

为了分析单桩的工作性能，采用非线性水平有限层单元模拟桩周围土体，假定其竖向变形沿径向按指数函数变化，考虑沿径向的剪切作用及在竖向的压缩作用建立其刚度矩阵，以非线性的接触面单元模拟桩土界面的力学性能，以修正桩底土刚度的办法模拟极端阻力的非线性性能，这样建立的模拟分析方法能够较真实地反映单桩－土体系的工作性能，按此模拟分析方法模拟某工程大直径桩原型试验获得令人满意的结果。     

用节点位移的主-从关系考虑扩底桩的端承面尺寸效应

针对桩－土体系有限元数值分析模型中桩端尺寸效应的模拟问题进行了讨论。利用桩端节点位移的主－从关系建立了桩端－土体界面节点位移的约束条件。如果在有限元数值分析中将桩体模拟在梁杆单元集合体并在桩端施加这个约束条件,则可考虑桩端尺寸效应,特别是扩底桩桩端尺寸效应。为了显示桩端尺寸效应的影响进行了数值对比研究。数值结果表明：随着桩端尺寸的增大,桩端土体的塑性区分布及发展有很大的不同,桩的Ｐ－ｓ沉降曲线的差     

径向非均质黏性阻尼土中管桩纵向振动特性

为分析施工扰动对管桩纵向振动特性的影响,发展建立了基于复刚度传递径向多圈层平面应变模型黏性阻尼土中管桩-土体纵向耦合振动模型.利用拉普拉斯变换和径向复刚度传递,得到桩芯土与桩身界面处的复刚度,并利用桩土界面上位移连续、力平衡条件推导得出桩顶动力阻抗的解析解,通过进一步参数化分析分别探讨桩长径比、桩内外径比、桩身弹性模量、土体黏性阻尼系数、桩周土施工扰动程度和扰动范围对桩顶纵向振动特性的影响规律.结果表明:管桩桩长增加使得桩顶动力阻抗曲线振幅和共振频率降低;桩芯土体对桩体可以起到减震作用;桩顶动刚度和动阻尼曲线振幅随施工引起桩周土软(硬)化程度增加而减小(增大);管桩桩顶动力阻抗振幅水平随施工扰动引起桩周土体软(硬)范围增加而增大(减小),此种影响仅在近桩小范围内较为明显,超出该范围即大幅衰减至稳定;当施工扰动较明显时,在管桩纵向振动特性分析中宜考虑此种桩周土体径向非均质性的影响.