膨胀土地基中单桩受扭非线性分析

膨胀土地基中桩-土相互作用较为复杂,膨胀土浸水对单桩扭矩承载特性的影响机理尚未明确。该文基于荷载传递法建立桩身位移控制方程,考虑膨胀土浸水隆起对桩侧摩阻力及桩端边界条件的影响,利用有限差分法求解出桩侧竖向摩阻力的分布。在此基础上,结合边界元法提出膨胀土地基浸水后单桩受扭的非线性分析方法,揭示了桩侧环向摩阻力的分布规律,并通过模型试验验证了该文方法的正确性。研究表明:膨胀土地基浸水膨胀引起的地表隆起会使单桩的扭矩承载力大幅度降低,常规的计算方法高估了基桩的极限扭矩和桩-土体系加载刚度,偏于不安全;浸水前单桩的桩身扭矩沿桩身近似线性减小,浸水后桩-土界面"滑移段"的扭矩接近于桩顶扭矩,"未滑移段"桩身扭矩近似线性减小;随着膨胀土膨胀率的增加,单桩的抗扭能力降低,且桩-土界面"滑移段"的长度也在增加。     

考虑土体径向位移时桩土耦合纵向振动特性及其应用

从三维轴对称土体模型出发,同时考虑土体竖向和径向位移,对完整端承桩在垂直谐和激振力作用下与土的耦合纵向振动特性进行了分析。假定桩为竖直弹性等截面体,土为线性粘弹性体,其材料阻尼为滞回阻尼。首先通过引入势函数对土体位移进行分解,从而将土体动力平衡方程解耦,求解得到了土体的振动模态形式,然后利用该解,以小应变条件下桩土接触面上力平衡和位移连续条件来考虑桩土耦合作用,求解桩的动力平衡方程,得到了桩的频域响应解析解、桩顶复刚度和速度导纳。利用所得解对土体动力反应特性和桩的纵向振动特性进行了无量纲参数分析,得到了许多新的结论。     

SH波作用下液化土中桩-土-上部结构的动力相互作用

以桩-土相互作用的Winkler模型为基础,将桩等效为Timoshenko梁,上部结构等效为刚性质量块,研究了桩基底土体承受垂直入射简谐SH波作用的液化土层中桩-土-上部结构系统的动力特性。考虑土体的自由场位移以及上部结构质量、转动惯量和桩轴向压力的二阶效应,建立了液化土层中单桩-土-刚性上部结构系统的边值问题,并利用分离变量法得到桩变形的解析解。在验证理论模型和解析解合理性和有效性的基础上,分析了几何和物理参数等对桩头位移放大因子和动力放大因子的影响,研究结果表明:单桩-土-上部刚性结构系统存在明显的共振现象,且土体自由场位移对桩头位移放大因子影响显著。随着土体液化程度的发展,单桩-土-刚性上部结构系统基频、桩头动力放大因子和桩失稳临界荷载逐渐减小。     

瑞利波作用下成层地基中单桩横向振动分析

采用文克勒地基梁模型建立了成层地基中桩土相互作用的粘弹性模型,并利用现有的成层地基中的瑞利波弥散曲线解析解,通过解析法建立了瑞利波作用下多层介质中的桩体横向位移计算公式。在此基础上通过计算实例分析发现,无量纲频率α0、桩土相对刚度比Ep/Es、桩顶约束条件是影响桩体横向位移变化规律的主要因素,随着无量纲频率、桩土相对刚度比的增大,桩土分离的现象逐渐变得显著,桩顶约束的出现也会引起相同的结果。     

基坑开挖深度对支护结构变形影响研究

为了研究基坑开挖深度对支护结构及基坑地表变形的影响,该文基于数值模拟研究了恒大新世界项目基坑不同开挖深度下钢板桩和支撑杆的受力特性。结果表明,桩的水平位移随基坑开挖深度增大而增大。桩的负轴力随着基坑深度增大而增大,最后保持稳定;地表最大正位移（隆起）和最大负位移（沉降）随着基坑深度的增大而缓慢增大,地表隆起影响范围约为0m～16m,地表沉降的影响范围为6.0m;根据桩的位移分布规律,在基坑较深的位置处,桩承受的土压力迅速增大,实际工程中应增大支护结构刚度。当桩位于软弱地层中时,须增强支护结构刚度或增大截面尺寸。     

基于荷载传递法的嵌岩桩负摩阻力计算研究

结合有效应力法及荷载传递法建立了嵌岩桩负摩阻力计算的分段模型。通过位移控制方程计算得到了桩身不同段位移及轴力的解析解及幂级数解,进一步得到了计算桩身轴力及负摩阻力中性点位置的迭代计算方法。在一工程实例分析时,采用线性拟合的方法准确拟合桩周土体沉降,所得的桩身轴力沿桩长范围内的变化曲线与实测曲线较为吻合,该法能较准确地描述桩身负摩阻力的传递过程及其沿桩身的分布。     

考虑桩土耦合作用时弹性支承桩纵向振动特性分析及应用

从三维轴对称角度对弹性支承桩与均质土耦合作用时的纵向振动特性进行了研究分析。假定桩为竖直弹性均匀截面桩,土为线性粘弹性体,其材料阻尼为滞回阻尼,首先通过对土层进行求解得到其振动位移形式解,然后利用该解并以小应变条件下桩土接触界面位移连续来考虑桩土的耦合作用,来分析基桩的动力反应,研究得到了弹性支承桩在谐和荷载作用下频域响应函数解析解,并利用所得解对土层动力反应特性以及桩土体系的振动特性进行了分析,得到了一些新的结论,最后将该理论解与桩顶实测导纳曲线进行了拟合比较,两者较为一致。     

非线性桩-土作用对车桥耦合振动的影响研究

该文基于文克尔地基梁理论,利用修正的P-Y曲线法和荷载传递双曲线法,建立了桩-土非线性作用模型。采用了桩和土相对刚度来计算水平方向桩-土相互作用的初始刚度。通过Mohr-Coulomb法则得到土的极限抗力,并结合Matlock P-Y曲线法对极限抗力的表达式进行了修正,从而充分考虑了土的极限抗力的深度效应。编制了桩-土非线性梁单元有限元程序,建立了考虑非线性桩-土相互作用的车桥耦合模型。结合工程实例,分析了非线性桩-土相互作用的桥梁模型对车桥耦合响应的影响,并与墩底固结模型进行了对比。结果表明:在车桥耦合振动过程中,考虑非线性的桩-土相互作用,桥梁的横向位移幅值显著增大,竖向位移幅值增大,桥梁加速度幅值降低。此结果对处于软弱基础的高速铁路桥梁的分析和设计提供了参数和依据。     

考虑桩土耦合作用时桩基扭转振动特性研究

假设桩周土层为均质线性粘弹性体,土材料阻尼为粘性阻尼,桩为竖直弹性均匀圆形截面桩,从三维轴对称角度,对考虑桩土耦合作用时桩基扭转振动桩顶频域振动特性进行了理论研究。利用拉普拉斯变换,首先通过对土层进行求解得到其振动扭转角位移形式解,然后利用该解并以小应变条件下桩土接触界面位移连续来考虑桩土的耦合作用,来分析基桩的动力反应,研究得到了考虑桩土耦合作用时桩顶扭转频域响应函数的解析解。基于所得解对桩土系统的扭转振动特性进行了对比和分析,并重点探讨了桩侧土粘性阻尼对桩顶响应的特殊影响,校验了基于平面应变假定桩基扭转振动理论解的精确性。     

成都膨胀土深基坑桩间土破坏模式及原因分析

在成都膨胀土地区深基坑工程施工过程中,基坑排桩支护桩间土经常出现坍塌现象,严重影响了深基坑的施工安全。该文将成都轨道交通17号线二期东延线车站深基坑的修建作为研究对象,采用室内试验和现场调查分析的方法对桩间土稳定性进行系统研究。研究表明,桩间土破坏的模式主要表现为坍塌深度在桩中心线处,坍塌高度为1.5m～6m,多发生在具有弱-中等膨胀性的黏土和全风化泥岩中;该文分析桩间土坍塌的原因是桩间膨胀土体失水后桩与土分离,加上受降雨作用的影响,最终导致桩间土坍塌。此外,该文还提出了一种防治桩间土坍塌的支护措施,效果显著并为类似工程提供了指导。     

大桩群基桩广义剪切位移Unit Cells模型

基于Unit Cells和剪切位移原理, 引入镜像桩-桩的弹性耦合原理, 建立了考虑大桩群相互作用的基桩荷载传递剪切位移单元模型;并引入桩土剪切位移与相对滑移叠加的广义剪切位移概念, 推导出了基桩单元模型的广义剪切位移解析表达式, 提出了根据桩端位移协调条件迭代求解的方法。通过算例分析, 揭示了疏桩间距、荷载水平对疏桩地基减沉效果的重要影响, 阐明了疏桩与基体的荷载位移传递特征, 以及桩顶相对位移、桩端持力层刚度对疏桩基体体系工作性状的影响机制, 且验证了该模型的正确性和算法的灵活性。     

考虑实际分布形式的水平受荷桩桩周土抗力分析方法

p-y曲线法被广泛应用于水平受荷桩荷载位移响应的分析中,但该方法无法准确地反映出桩周土抗力的实际分布形式。鉴于此,该文考虑了桩-土实际相互作用,假定随着径向位移的增加,桩的被动侧径向土压力呈双曲线形式增大,主动侧径向土压力呈线性减小,从而建立了桩周径向土压力与径向位移的关系;在此基础上,对摩阻力的初始刚度进行修正,引入双曲线荷载传递模型求解了桩周环向摩阻力;最后提出了考虑实际分布形式的桩周土抗力分析方法,并通过2个算例验证了正确性。通过参数分析表明:径向土压力和环向摩阻力对土抗力的贡献程度与水平位移有关;极限状态下,传统的桩侧环向摩阻力水平分量不均匀分布的形状系数偏大,该文给出了建议的取值;对径向土压力水平分量和环向摩阻力水平分量进行归一化分析,得到了拟合曲线公式,可为后续分析提供参考。     

非饱和土中端承桩纵向振动问题简化解

基于单相流固结理论与Bishop有效应力原理,研究了单相流条件下非饱和土中端承桩的耦合纵向振动问题。建立了简化条件下非饱和土体的动力平衡方程,通过引入拉普拉斯变换和势函数对此方程进行解耦,并采用算子分解理论及分离变量法求得土体纵向振动位移形式解。依据桩土系统的边界和衔接条件,进而得到了桩顶动力响应的闭合形式解,并研究了主要参数对桩顶速度导纳和速度时域响应的影响。结果表明,桩长径比和桩土模量比对桩顶动力响应有着显著的影响,而吸力折减系数对其基本上没有影响。     

振动沉桩过程的动力学仿真分析

振动沉桩过程是一个非常复杂的过程,其复杂性源于土的动力性能和桩－土接触面的动力接触行为。应用Ｄ－Ｐ准则,借助ＡＮＳＹＳ软件,建立桩－土系统有限元模型,选取合适的桩－土系统参数,并得出在该参数下的桩位移曲线。改变激振力振幅、频率及土的内摩擦角、粘结力和压缩模量等参数值,得出相应参数下的桩位移曲线。通过对比原参数下的桩位移曲线与改变参数后的桩位移曲线,得出激振力幅值、频率以及土的刚度和阻尼对沉桩速度和沉桩量的影响。     

群桩沉降计算的荷载传递法

群桩基础的沉降计算是桩基工程设计不可忽视的关键问题之一。通过对群桩基础沉降性状的分析,以荷载传递法为基础,导得了各基桩桩侧摩阻力在桩周土中产生的位移场,进而在考虑各桩的存在引起位移的折减后将其迭加,导得了计入桩与桩之间相互作用的桩侧单位厚度土的等效刚度系数;并通过对Boussinesq解进行桩的入土深度修正,从而导得桩端土的等效刚度系数,并在此基础上建立一种基于荷载传递法的群桩沉降计算方法。通过与已有模型桩基试验比较,理论计算与实测沉降吻合较好。     

考虑位移的土压力理论在支护桩受力分析中的应用

针对支护桩所受土反力与土体位移呈非线性关系的问题,通过引入梅国雄提出的考虑位移的土压力计算方法,将计算方法中的土压力代换单桩挠曲四阶微分方程中的土反力,得到一个四阶变系数非齐次非线性常微分方程;然后根据支护桩位于基坑底面上、下所处受力状态的差异和桩顶的初值条件,采用泰勒级数解法求出支护桩任意深度处的挠度解析解;再根据桩体的挠度计算出桩周土体的位移量,并得到桩周土反力的计算式;由此便可计算桩身任意深度以及该深度截面上任意点处的受力情况,使得问题的求解更简捷。最后还给出了计算实例来验证所采用的方法以及所推导出的公式的正确性。     

基于T-P模型的桩-桩水平振动相互作用研究

为精确揭示桩-土动力相互作用,弥补动力Winkler地基-Bernoulli-Euler梁模型(E-W模型)在桩-桩水平振动分析中的不足。考虑土体剪切效应和桩身剪切变形,建立Pasternak-Timoshenko模型(T-P模型)模拟桩-土动力相互作用,推导水平动力和竖向荷载共同作用下的主动桩水平振动解析解。在此基础上,根据桩-桩动力相互作用原理,建立被动桩水平振动控制方程,运用传递矩阵法考虑土体分层特性,利用初参数法计算桩-桩动力相互作用因子;与已有文献进行对比,验证计算结果的正确性。通过参数分析表明：土体剪切效应对水平动力相互作用因子有增强效果;在给定桩土参数的情况下,主动桩和被动桩存在“有效桩长”(Ld=10d～15d);当桩身长径比在L/d=5～10范围内时,不宜忽略桩身剪切变形对动力相互作用因子的影响;竖向荷载对水平-摇摆耦合作用因子的影响最为显著。     

分数导数微分算子描述的粘弹性土层中群桩的水平振动研究

将桩周土体视为粘弹性介质,利用分数导数粘弹性模型描述土体的力学特性,在Novak 平面应变假定的基础上,借助于势函数并考虑土体边界条件求得了分数导数微分算子描述的粘弹性土层水平位移的衰减函数以及分数导数粘弹性土层的刚度和阻尼系数。利用Winkler 动力弹簧-阻尼器模型模拟桩-土之间的动力相互作用,并在此基础上利用初始参数法求解了分数导数粘弹性土层中桩-桩水平动力相互作用和群桩的水平振动问题。以数值算例的形式讨论了分数导数微分算子的阶数和土体的模型参数对分数导数微分算子描述的粘弹性土层水平位移的衰减函数和群桩的水平动力阻抗的影响。研究表明:分数导数微分算子的阶数对土层水平位移的衰减函数的影响与桩间距和荷载方向角有关;分数导数粘弹性土中群桩的动力阻抗可以退化到经典粘弹性和弹性情况;分数导数微分算子的阶数和土体模型参数对群桩水平动力阻抗有较大影响。