不同桩土协调条件对饱和土中桩基础动力响应的影响

对采用不同桩土协调条件时,饱和土中的单桩在P、SV波作用下的动力响应的差异进行研究。采用虚拟桩的方法,将桩土体系分解为虚拟桩和拓展半空间土的叠加。利用圆形荷载基本解,分别用竖向应变、竖向位移和水平转角、水平位移两种不同协调条件,建立桩土相互作用的第二类Fredholm积分方程。求解积分方程可得桩在P、SV波作用下的动力响应。数值结果显示两种协调条件所得结果除轴力有一定差别外,其他量数值上基本接近。研究成果可作为选择不同桩土协调条件研究桩土动力相互作用问题的重要依据。     

水平荷载作用下两桩相互作用系数的虚拟桩解法

基于虚拟桩方法,将两桩相互作用的问题分解为弹性半空间扩展土和两根虚拟桩的叠加,其中虚拟桩的弹性模量等于桩的弹性模量与土的弹性模量之差。求解桩–桩间相互作用所需要的第二类Fredholm积分方程的间断点采用显式解,从而提高了该积分方程的数值计算精度,通过算例对比,验证了计算方法的正确性。最后进行了参数分析,结果表明两根桩在水平力单独作用下的转角相互作用系数与弯矩单独作用下的位移相互作用系数相等。     

水平荷载作用下单桩的虚拟桩解法及参数

根据MukiSternberg的虚拟桩方法,将水平荷载作用下单桩的问题分解为弹性半空间扩展土和一根虚拟桩的叠加,其中虚拟桩的弹性模量等于桩的弹性模量与土的弹性模量之差。基于水平位移协调条件推导出求解桩土间相互作用所需要的第二类Fredholm积分方程,通过广义胡可定律推导出该积分方程间断点的显式解,从而提高了Fredholm积分方程的数值计算精度并简化了计算程序的编写,根据Mindlin解推导出位移影响函数,简化了位移函数的推导过程。参数分析表明,桩土弹性模量比对单位水平力作用下桩身最大弯矩的位置有明显的影响,随着桩刚度的增加,桩身最大弯矩的位置随之加深。     

桩顶固定时单桩侧向变形与受力的积分方程解法

基于MukiSternberg的虚拟桩方法,将水平荷载作用下桩-土相互作用问题分解为弹性半空间地基土和虚拟桩的叠加。通过求解由第二类Fredholm积分方程与桩顶转角固定的转角方程联立的方程组所得到桩顶固定时的桩身弯矩,可以得到桩顶固定时桩身的水平位移和桩身的转角,采用Fortran语言编写程序进行求解。与现有计算结果的比较验证了本文计算方法的正确性。进行了广泛的桩土弹性模量比、桩间距和桩长细比参数分析,为桩顶固定时单桩的的设计和分析提供了参考。     

考虑上拔荷载影响的水平受荷斜桩p–y曲线

为揭示砂土中上拔荷载对水平受荷斜桩性状的影响规律,开展了9根斜/直桩模型试验,实测获得了上拔与水平荷载共同作用下的桩顶荷载位移曲线及桩身应变,计算得到了桩侧土抗力p及相应的桩身横向位移y,建构了考虑上拔荷载影响的水平受荷斜桩双曲线型p–y曲线,给出了地基土初始反力模量及极限土抗力的确定方法。该p–y曲线能反映水平与上拔荷载共同作用下斜桩与桩侧土之间复杂的挤压、剪切相互作用。基于文中建立的p–y曲线,编写程序分析了斜桩的承载变形性状及内力分布规律,研究了桩顶上拔荷载大小、桩顶约束条件对水平受荷斜桩承载性状和内力分布的影响,结果表明:①不论桩顶自由还是固支,上拔荷载增大时,正斜桩桩身横向位移、弯矩及剪力均减小,而负斜桩桩身横向位移、弯矩及剪力均增大;②相同的水平及上拔荷载作用下,正斜桩桩身横向位移、弯矩及剪力均小于负斜桩;③相同的上拔荷载作用下,水平受荷斜桩在桩顶固支条件下桩身横向位移、弯矩及剪力较小,而桩顶自由条件下则较大。     

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。     

Pasternak层状地基中群桩水平动力响应解析解答

基于Pasternak地基和Euler梁振动理论，提出了一种能考虑轴向荷载影响的单桩水平振动简化分析力学模型，建立了层状地基中桩-土耦合作用下单桩水平振动控制方程；采用微分变换的方法对方程解耦，进一步结合桩-土边界连续条件求出单桩水平位移、转角及内力解析解答。然后，考虑主动桩Ⅰ振动引起被动桩Ⅱ的动态位移，建立被动桩Ⅱ的水平振动控制方程，求解得到被动桩Ⅱ的响应解析解答，依据动力相互作用因子定义进一步求得桩-桩水平动力相互作用因子。最后，利用叠加原理求得群桩水平动力阻抗，并与已有相关解析解进行退化对比验证其合理性。在此基础上，通过参数化分析探讨了地基剪切系数、布桩类型、桩距径比、轴向特征参数对群桩水平阻抗以及桩顶反力分布、桩身内力分布的影响规律，可为实际工程群桩桩基设计提供理论指导和参考作用。     

考虑固结和流变的层状地基中的水平单桩的理论分析

 利用积分方程和递推矩阵2刚度矩阵方法求解了考虑层状两相介质固结和流变的水平受荷的单桩问题。首先利用层状两相介质中水平圆形载荷基本解, 建立了时域内的层状两相介质地基中水平单桩的积分方程。然后对所得的积分方程进行Laplace 变换, 得到变换域内的积分方程, 对变换域内的积分方程采用Schapery 逆变换方法得到时域内水平单桩的近似积分方程。最后对所得的积分方程进行数值求解得到桩的剪力、弯矩和位移。     

受水平循环荷载影响的斜桩p-y曲线构建及应用

p-y曲线法是分析水平受荷桩基承载变形特性的主要方法,利用p-y曲线法的关键在于构建合理的p-y曲线。在砂土地基中开展了2组共10根水平受荷斜桩模型试验,其中2根斜桩仅分级施加了水平静力荷载,其余8根斜桩先施加了不同幅值的单向水平循环荷载,然后再分级施加水平静力荷载。试验测试了10根斜桩的砂面处桩身横向位移及桩身应变,根据桩身应变计算得到了桩身弯矩,在此基础上根据Euler-Bernoulli梁理论得到了桩侧土抗力及相应的桩身水平位移,构建了承受水平单向循环荷载后再承受水平静力荷载时斜桩的双曲线型p-y曲线,并给出了斜桩初始地基反力模量及桩侧极限土抗力的确定方法。用上述构建的双曲线型p-y曲线计算了本文模型试验及文献中模型试验斜桩的响应,发现利用所构建的p-y曲线得到的计算结果与实测结果整体上吻合较好,说明本文构建的双曲线型p-y曲线是合理可行的。最后利用p-y曲线计算了承受单向水平循环荷载后再承受水平静力荷载斜桩的桩身位移及桩身内力,计算结果表明:(1)相对于斜桩桩顶自由,桩顶固支能有效地减小斜桩的桩身横向位移、桩身弯矩及剪力;(2)在单向水平循环荷载作用下,正斜桩桩顶横向位移、 桩身最大弯矩及剪力均小于负斜桩;(3)无论是正斜桩还是负斜桩,桩顶横向位移、桩身剪力随着抗弯刚度增加而减小,而桩身最大弯矩随着抗弯刚度增加而增加。     

群桩基础水平动力响应简化边界元频域解答

在水平振动或地震作用下,建立圆形桩与土的动力相互作用简化边界元模型,采用动力相互作用因子对群桩基础顶部的惯性响应和运动响应进行分析。桩身运动方程考虑了群桩动力相互作用以及由土体位移引起的被动桩效应,得到了频域内固定群桩基础顶部的水平动力响应的弹性解答。结果表明,简化边界元模型通过土体位移系数,考虑了沿桩身长度方向的土体相互作用,较为准确地得到了桩身运动弯矩,将其运用到群桩基础的计算中,可以用于评估动力作用下群桩基础的桩顶水平阻抗和桩土运动响应。     

分层土中水平受荷超长桩侧移修正法

为研究超长桩在水平荷载下的侧移,引入水平集中荷载作用下双层弹性体系的基本解答,利用数值积分得到双层土的侧移解,基于数值模拟建立位移修正函数,提出分层土中水平受荷超长桩侧移修正计算方法。通过算例对分层土中超长桩侧移性状进行了分析并对该方法的正确性和可行性进行了验证。结果表明:利用侧移修正法计算超长桩在水平荷载下的侧移解,能较好地反映土的分层情况、土层刚度的影响、桩的基本特性及水平荷载的变化。在分层土中,桩身侧移量随着土层的相对弹性模量比E₂/E₁的增大而减小;随着浅层土厚增大而增大,但弹性模量比对侧移的影响程度大于浅层土厚的改变。该方法方便实用,可避免数值模拟带来的时间消耗和不易收敛问题。     

被动侧向受荷桩模型试验及颗粒流数值模拟研究

本文采用室内模型试验与颗粒流数值模拟相结合的方法对砂土中被动侧向受荷短桩桩土相互作用性状进行了较系统和深入的研究。在室内模型试验中,研究了短桩在松砂、中密砂、密砂中的挡墙荷载–位移关系,桩顶位移对挡墙位移的响应规律,及桩前、桩后土压力的分布和发展规律。通过开发颗粒流程序模拟室内模型试验在加载条件下桩土相互作用过程中的应力和位移的变化规律,与模型试验的结果进行了对比分析。本文的研究对揭示被动桩与周围土体的作用规律及更深入的了解桩土相互作用机理有参考价值。     

上拔与水平力组合作用下单桩静载试验

通过现场单桩水平静载荷试验及上拔与水平力组合作用下单桩静载试验,分析了水平荷载作用下不同桩身抗弯刚度灌注桩的变形特性和承载特性,探讨了有、无上拔荷载作用两种情况下单桩水平承载力及变形之间的差异。结果表明:桩身抗弯刚度的大小是影响单桩水平承载力及水平位移、桩顶转角的一个重要因素;当水平荷载较小时,与水平荷载同时作用的上拔荷载对桩的水平位移及桩顶转角无较大影响;而当水平荷载较大时,上拔荷载的主要影响在于降低桩周土体的强度,使得土体的水平位移增大。     

小变形下考虑摩擦效应的桩基水平承载分析方法

当前我国各类大型工程建设对桩基设计提出了更高的要求,桩基水平承载计算是一个突出问题。从传统水平受荷桩分析方法入手,推导考虑侧壁摩擦力的桩基水平承载挠曲微分方程,提出小变形下考虑摩擦效应的桩基水平承载计算方法(fm法)。编制相应的分析程序,通过算例验证方法的正确性和有效性。进一步比较传统m法与本文fm法的异同,并深入探讨尺寸效应对桩基水平承载的影响,可供工程参考。     

水平荷载下桩侧土体位移分布的弹性解及其工程应用

首先基于桩土共同工作理论推导出水平荷载作用下桩侧土体内的位移与应力径向分布的弹性解析解;然后,根据变形模量与位移的近似关系确定桩侧地基土体内的变形模量分布,并通过一定范围内的加权平均获得地基土的加权模量,再由有限层法获得地基加权刚度,由此可近似考虑土体的分层与非线性特征。在此基础上,用VB6.0编制出改进的水平受荷桩有限元—有限层计算程序。最后,结合某工程实例,采用所编制的程序讨论了不同桩侧地基土体变形模量分布模式对桩身内力分布的影响规律,对比分析结果表明,基于地基加权刚度的有限元—有限层法能更合理地分析水平受荷桩。     

双参数地基推力长桩的水平位移解析解

基于双参数地基理论,获得了双参数地基-桩系统的总势能泛函;采用能量变分原理推导了双参数地基推力长桩平衡微分方程及相应的边界条件;根据桩的抗弯刚度与地基参数相对大小的不同情况,求得了双参数地基推力长桩的水平位移解析解.结果表明:双参数地基模型可以模拟从离散介质到连续介质的各种地基土,性能优于传统单参数地基,考虑侧向连续性的双参数地基模型较好地模拟了桩周土体对推力长桩支承、约束及水平位移的影响;推力和弯矩对推力长桩水平位移的影响同等重要,在推力长桩受力分析中,桩端推力和弯矩应同时考虑.     

PCC桩水平承载特性足尺模型试验研究

桩在水平荷载作用下的受力性状是一个复杂的桩土相互作用过程。针对双层地基中现浇混凝土大直径管桩(以下简称PCC桩)受水平荷载的问题,利用河海大学岩土所自行研制开发的大型试验模型槽进行水平承载桩静载足尺模型试验,实测得到了水平荷载下PCC桩与土共同作用时的工作性状,分析了PCC桩受水平荷载时的内力、变形、极限承载力和桩侧土压力分布等。试验结果可为今后类似土层下水平受荷PCC桩的设计与研究提供参考。     

A multidirectional p–y model for lateral sand–pile interactions

The lateral loads applied to pile foundations, as induced by winds or earthquakes, are usually multidirectional. Experimental studies have indicated that the lateral resistance of the pile under multidirectional paths is generally lower than that under a unidirectional path and the degree of reduction depends on the characteristics of the loading paths. On the other hand, most currently used p–y models can take the soil–pile interaction under unidirectional lateral loading into account, but it cannot be applied directly to analyze the response of piles under multidirectional lateral loading. A multidirectional p–y model is proposed in this study, which is formulated within the framework of the bounding-surface elastoplastic theory and consists of two loading mechanisms: the parallel loading and the orthogonal loading. The model has five parameters, which are readily available or calibrated. To demonstrate its ability to model soil–pile interactions under both unidirectional and multidirectional lateral loadings, the proposed model is incorporated into a finite-element program to analyze laterally loaded piles. The responses of piles with different embedment lengths subject to various loading paths are investigated. The non-coaxial relationship between the force increment and the displacement increment vectors at the pile head under the multidirectional loading, and the impact of the multidirectional loading on the lateral resistance are well captured in the analyses.