纯摩擦桩荷载-沉降曲线的拟合方法及其工作机理

本文用有限单元法模拟了挖孔灌注纯摩擦桩的实测荷载P-沉降S曲线。文中对纯摩擦桩摩阻力的产生用土工试验的直剪和单剪试验来解释,在这一基础上建立了数学模型,并在模型桩与土之间引进了节理单元以模拟土的剪切面进入塑性状态后的剪力和位移。为确定代表土抗剪强度的节理单元竖向刚度系数,文中提出了一套相应的计算公式和试算迭代的计算方法,用来逐步逼近其真值。并认为:有了拟合实测P-S曲线的方法便有可能通过原位试桩得到土的剪力-剪位移曲线,为进一步反演土的本构关系提供新的途径。 文中根据算得的土中竖向位移和最大剪应力分布,对纯摩擦桩的工作状态和破坏机理作了分析,认为桩侧土体的抗剪强度直接决定着摩擦桩的承载力。     

基于ABAQUS软件的大直径桩承载力-变形分析

土的弹塑性本构模型分别采用扩展Drucker-Prager模型和Mohr-Coulomb模型,桩-土接触面采用主从接触面模型,利用ABAQUS软件,对两根大直径桩的静载荷试桩结果进行了三维有限元数值模拟,结果表明:当土的内摩擦角Φ≤22°时,采用扩展Drucker-Prager模型较Mohr-Coulomb模型更好地模拟出大直径单桩竖向荷载作用下的荷载-沉降关系曲线;但当Φ＞22°时,Mohr-Coulomb模型也能很好地模拟出大直径单桩的荷载-沉降关系曲线.     

嵌岩桩摩阻力数值分析法工程应用研究

以自平衡试验实际工程为背景,对嵌岩桩侧摩阻力进行数值模拟分析,提出确定嵌岩桩承载力的新方法。将嵌岩桩桩-岩摩擦假设为库仑摩擦模型,通过确定与模型相关的粘结力c、摩擦系数μ、切向接触刚度k参数,求解并绘制各级荷载作用下Q-s(荷载-桩端位移)曲线、Q-σ(荷载-指定截面应力)曲线,通过对比各参数变化对曲线形态的影响来调整模型参数,以使求解的曲线与试验实测的曲线相符合,即可认为所模拟的桩—岩模型与实际嵌岩桩相符合,最后可通过对模型施加桩顶荷载确定嵌岩桩的承载力。该应用研究表明可通过确定的粘结力c、摩擦系数μ、切向接触刚度k参数用数值模拟方法计算出同一岩层场区内不同桩径及不同嵌岩深度的嵌岩桩承载力,具有工程指导意义。     

考虑桩土变形协调的软土刚性桩复合地基设计计算

 按照规范设计,软土刚性桩复合地基桩间土的承载力往往被过高使用,其设计承载力对应的沉降大于复合地基沉降,而实际中是不可能出现这种情况,因此,桩间土承载力并不能按照设计发挥,主要原因是没有考虑桩、土变形协调的关系。为揭示桩、土变形协调的内在本质以及软土承载力被过高使用的问题,采用双曲线切线模量法,分别计算桩、土的p-s曲线,然后叠加成复合地基的p-s曲线,建立桩、土变形协调关系,以此分析桩、土荷载分担的情况。分析后发现,按照规范方法设计时,通常软土的承载力使用过高和桩的承载力设计偏低,如单桩承载力或其强度不足,易导致桩及复合地基破坏。针对规范方法的不足,提出合理的软土刚性桩复合地基设计应考虑桩、土变形协调的关系,应根据其p-s曲线按照相应沉降量所对应的荷载确定桩间土承载力,建立的考虑桩、土变形协调的软土刚性桩复合地基设计计算方法,可为今后设计提供指导作用。     

超深开挖对单桩的竖向荷载传递及沉降的影响机理有限元分析

目前对于超深基础下的桩的设计尚未考虑超深开挖、坑底隆起对桩产生的作用。现场采用静载试验确定单桩承载力时也仍采用常规的地表加载并扣除开挖深度范围内桩侧摩阻力的方法,没有考虑深开挖效应的影响。采用经实际工程算例验证的土参数、桩身材料参数和桩土接触面参数,在均质土中建立了轴对称有限元模型,对三种不同试桩方法进行了模拟。通过开挖模拟,首先揭示了深开挖对桩的影响效应,在此基础上,对超深开挖对桩在开挖后再加载的荷载传递机理和沉降机理进行了研究。与常规试桩法和套管试桩法中的基坑底以下相同桩长的桩相比,超深开挖产生的影响效应使桩的极限承载力降低,竖向刚度减小,相同荷载下沉降加大,且其沉降中桩整体刺入所占的比例显著大于其它两者。桩侧摩阻力完全发挥时需要的桩土滑移量增大。此外,超深开挖可在桩身中产生较大的拉力,桩身中下部钢筋不能随意减少。     

大直径扩底灌注桩竖向承载力的检测分析

根据3根大直径扩底灌注桩的现场静载测试结果，分析了在外荷载作用下桩土相互作用的沉降变形过程，阐述了按相对沉降法确定单桩竖向承载力及桩周土和桩端土的工作状态。结果证明。按现行《建筑桩基技术规范》经验参数法确定的单桩竖向承载力与静载试验检测结果相近。     

竖向-水平组合荷载下桩筏受力特性的试验研究

为研究竖向-水平组合荷载作用下桩筏基础的受力特性,开展了室内模型试验,考虑桩长、桩数、竖向荷载及桩间距对桩筏基础承载性能的影响,并分析了桩身弯矩、剪力及桩侧土压力的变化规律。试验结果表明：桩筏基础的水平承载力随着竖向荷载、桩数、桩长、桩间距的增大而增大,水平位移相应减小;桩身最大弯矩位于0.3倍桩长处,且前桩桩身最大弯矩较大,约为后桩的1.14倍;桩身弯矩及剪力均随着竖向荷载的增大而减小,桩身最大弯矩随着桩间距的增大而减小,但桩顶及桩端弯矩几乎保持不变;增大桩间距可以调整最大负剪力位置,桩顶剪力随桩间距的增大而减小,而桩端剪力值则随桩间距增大而增大;增大桩间距可以带动更大范围的桩间土,桩身内力分布规律保持相同且变化值较小;桩筏基础受组合荷载作用下的破坏模式符合刚性桩破坏规律,桩身水平极限承载力主要由桩侧土体的抗压强度控制。     

地基基础单桩竖向抗压静载试验研究

基于高层地基桩基础单桩承载力的重要性,采用慢速维持荷载法对某大型工程项目中的两根桩进行单桩竖向抗压静载试验,根据试验数据获得单桩竖向抗压静载试验桩顶沉降量与荷载对应关系曲线及单桩竖向抗压静载试验桩沉降与时间对数关系曲线,分析曲线推导出各桩的最终沉降和极限承载力。该试验研究可为高层建筑地基的桩基础设计提供可靠依据。     

接触单元在桩—土接触模拟中的应用研究

针对坐落于软岩地基上的水电站厂房地基摩擦桩加固措施,采用ANSYS中的面—面接触单元模拟桩—土之间的接触特性,并结合一中等直径灌注桩,分析桩土模型的荷载—桩顶沉降曲线、接触黏聚力—桩侧/端摩阻力和桩径—桩侧/端摩阻力变化关系,总结荷载和参数作用与影响规律,为相似工程的桩土接触数值模拟处理提供参考。     

水平荷载下扩底楔形桩承载力特性透明土模型试验

通过改变纵向截面形式以提高单位材料利用率、提高桩侧摩阻力或桩端阻力的异形桩在工程界逐步得到推广应用;然而,针对纵向截面形式改变对基桩水平向承载力特性影响的研究却相对较少。为分析纵向截面形式改变对水平向承载特性影响规律及桩-土相互作用机理;基于透明土材料和PIV(particle image velocimetry)技术,采用非插入式测试方法开展水平荷载作用下扩底楔形桩的承载力特性模型试验,测得水平荷载下基桩H0-y0曲线、基桩变形、以及桩周土体扰动位移场等规律特性,继而探讨水平荷载下扩底楔形桩的极限承载力、基桩变形对桩周土体位移场的扰动规律以及桩-土相互作用机理;同时进行等截面桩、楔形桩的水平向承载力特性透明土模型试验作为对比分析。试验结果表明,文中试验条件下,由于扩大头的存在,扩底楔形桩的水平向承载力约为楔形桩的2.0倍;水平荷载下,桩周土体的竖向位移略比水平向位移要大,桩端附近土体水平向位移变化比竖向位移变化要更明显;水平极限荷载下桩端略有一点向上拔出。     

CFG桩复合地基设计与工作性状研究

通过现场原位试验,绘出了单桩P-S曲线和复合地基P-S曲线,分析了CFG桩复合地基受力过程,桩土应力变化规律以及桩土应力比的变化趋势,通过在不同荷载作用下,反算桩间土承载力发挥系数,提出一个比较保守的系数,同时得到一些较有意义的结论,以供工程参考。     

多年冻土区灌注桩桩–冻土相互作用有限元分析

 基于ANSYS有限元软件平台，建立多年冻土区灌注桩桩–冻土相互作用有限元模型。通过面–面接触实现桩与冻土间黏结、滑移和开裂的状态模拟，给出接触参数的合理取值，并将其对P-S曲线的影响进行分析。结合工程实例，对多年冻土区灌注桩基础在垂直静载作用下的内力和沉降进行分析研究。研究结果表明：多年冻土区桩基的承载力主要由桩侧冻土层的黏聚力提供；三维高阶接触单元能较好地模拟桩与冻土系边界条件的非线性，真实地反映多年冻土区单桩的实际受力状态；有限元计算值与实测值吻合较好，从而证明模型建立的正确性。     

开挖条件下黏土中单桩竖向承载特性模型试验与分析

利用已有的离心机预固结加荷装置,开发了一套可以有效控制超固结比的模型桩竖向加荷系统,进行了开挖条件下饱和黏土中单桩竖向承载特性的室内模型试验。在模型试验用高岭土单元体试验的基础上,考虑开挖引起土体K0系数和不排水抗剪强度变化对桩侧极限摩阻力的影响,提出了开挖卸荷条件下饱和黏土中单桩竖向承载特性的非线性简化计算方法,并通过与模型试验结果进行对比验证了计算方法的正确性,算例分析表明:开挖将会使得竖向桩顶刚度和极限承载力的降低,合理的预测方法应该既要考虑开挖卸荷引起的桩侧土上覆压力的减少,又要考虑桩侧土体K0值和不排水抗剪强度的提高。     

Pile End-Bearing Capacity of Sand Related to Soil Compressibility

A simple method based on theoretical and experimental considerations is presented to predict the pile end bearing capacity and load-settlement curve in sands in relation to soil compressibility. The key to the method is in the assumption of a failure mode with a spherical cavity expansion pressure given as a function of the soil compressibility, shear stiffness and friction angle. The practical prediction of pile end-bearing capacity in sandy ground is discussed in terms of a compressibility factor, friction angle and shear stiffness. Further, the pile tip settlement behaviour is also discussed based on an empirical model incorporating the pile end bearing capacity from a cavity expansion analysis with a Kondner type hyperbolic function. The applicability of the proposed method is verified by comparing the predicted results with the results from a series of model pile load tests and a database for in-situ pile load tests in sands.     

大直径灌注筒桩轴向荷载-沉降曲线的一种解析算法

大直径现浇混凝土薄壁筒桩为主要应用于软弱地基处理的一种桩型。筒桩的荷载传递机理不同于一般的灌注或沉管实心桩,筒桩的荷载传递机理的复杂性制约了筒桩承载理论的发展与工程应用,其工程设计方法至今仍处于半理论半经验的状态。本文采用按桩顶沉降量控制基桩竖向承载力的计算方法,考虑土体强度沿深度线性变化的特性,并考虑大直径灌注筒桩土芯分担荷载以及筒桩与土芯内摩阻力发挥情况,采用一种桩内侧摩阻力、桩外侧摩阻力和桩端阻力共同传递荷载的模型,推导出一种沉管灌注筒桩的轴向荷载-沉降曲线的解析算式,并计算得到任意截面桩身轴力及内外侧摩阻力表达方程式。通过两个工程算例,验证本文公式的实用性。计算结果表明,土芯分担顶部荷载并提供内侧摩阻力,对提高承载力和减小沉降量都有贡献。     

现浇薄壁管桩复合地基竖向承载特性分析

为了解现浇薄壁管桩复合地基的加固机理,在盐通高速公路试验段进行现浇薄壁管桩单桩复合地基静载试验。试验结果表明:现浇薄壁管桩成桩质量好,承载性能好。建立现浇薄壁管桩复合地基三维模型,通过有限元模拟,与现场静载试验结果对比,表明建立的模型是可行的。基于该模型分析了褥垫层模量、桩间距、桩长、土体模量等因素对现浇薄壁管桩复合地基承载性能的影响。结果表明:褥垫层能较好调节桩土应力分配,使桩土共同工作;较大的桩间距虽能充分发挥桩、土承载力,但桩间距的选择要兼顾承载力与变形要求;桩长的增长有利桩体承载力的发挥。地基土模量大有利于桩侧阻的发挥。     

基于桩侧阻力强化效应的嵌岩桩承载力计算

 根据常法向刚度条件下结构面剪切力学特性研究嵌岩桩的荷载传递机制。考虑桩–岩界面胶结作用,提出完整的嵌岩桩桩–岩界面剪切机制,即包括胶结破坏、滑动剪胀及剪切滑移3部分;根据桩–岩界面不同剪切阶段的力学特性,建立完整的桩–岩界面剪切本构方程。基于结构面剪切力学特性,从理论上分析嵌岩桩桩侧阻力强化效应的产生机制。研究结果表明,桩侧阻力增强效应在整个桩侧都有发生,但在桩端附近桩侧最为明显。在机制分析的基础上,提出考虑桩侧阻力强化效应的嵌岩桩竖向承载力理论计算方法,该法计算模式明显有别于传统桩基规范算法。工程算例对比分析结果表明,该方法计算值比桩基规范传统算法计算值更接近于现场实测静载试验结果。这一算法可为嵌岩桩设计与应用提供新的思路。     

黄土地基中大直径超长桩受力特性的非线性有限元分析

基于通用有限元软件ANSYS对黄土地基中大直径超长桩受力特性进行探讨,通过改变桩长、桩径和桩土模量比等因素对其承载性能与沉降变形特性进行了研究。结果表明:黄土地基中大直径超长桩基的荷载-沉降曲线呈缓变型,没有明显拐点,且改变桩长、桩径和桩土模量比等因素对其曲线形式影响较小。桩长、桩径和桩土模量比的改变对其极限承载力的提高和减小沉降的能力有所不同,因此在设计超长桩基时需综合考虑桩土模量及合理的长径比。     

麦秸秆桩地基加固室内模型试验研究

麦秸秆石灰桩相对于地基土具有较高的刚度以及抗剪强度,当桩穿过地基固有的滑动圆弧时就能够阻止地基破坏弧面正常出现,阻断破坏面的形成,改变地基的破坏形式,推迟地基破坏,从而提高地基的承载力。成桩过程中由于桩锤的冲击会使桩孔膨胀,对周围的土体产生膨胀挤密作用,使周围土体更加密实,这有效的提高了软粘土地基的承载力,桩排数的增加又会使桩的整体性提高,进一步提高了地基的承载力