桩-土-承台共同作用的模型试验研究

通过带承台单桩及双桩基础的模型试验,对低承台桩基桩间土变形发展及其与承台板板底应力、桩侧摩阻力及桩端阻力间的相互影响进行较为细致的研究。试验表明:在相同基础荷载作用下,桩数的增加使桩端刺入变形量占基础沉降的比例降低。双桩基础桩体的存在对板底应力体现出增强作用,在相同桩间土变形量下,双桩基础板底应力大于带承台单桩基础。桩土相对位移的发展从桩端部位开始,逐步向承台板扩展,同一部位基础外侧的桩土相对位移要大于基础内侧。靠基础内外,桩的不同侧面表现出不同的侧阻发挥过程及极限值。同样桩间土变形量下,带承台双桩基础在桩端平面上土体的竖向应力要大于带承台单桩基础,从而发挥出较大的桩端阻力。     

广义Gibson地基中单桩-土-承台共同作用简化分析

基于广义Gibson地基中单桩桩顶支承刚度和地基土支承刚度,结合单桩与承台间等效相互作用系数,建立了单桩–土–承台共同作用方程,提出了广义Gibson地基中单桩–土–承台共同作用简化分析方法。算例分析表明:简化分析结果与有限元分析结果、Butterfield解之间具有良好的一致性,验证了简化分析方法的合理性。参数分析表明:当桩的长径比l/d≥30,且承台与桩的半径比n≤4时,承台分担荷载较小,承台对带台单桩基础整体支承刚度的影响可忽略不计;弹性模量增加系数kE对带台单桩基础性状的影响比较明显,基础整体支承刚度与kE近似成线性增加关系。     

带承台高喷插芯组合单桩荷载传递特性试验研究

 高喷插芯组合桩(JPP)是由高压旋喷桩和预应力混凝土芯桩构成的一种新型组合桩。为了对带承台单桩荷载传递特性有更深入的认识,以自行开发的大型桩基试验模型槽为依托,对带承台单桩进行静载试验。通过埋设在JPP中的监测仪器和承台下传感器得到如下荷载传递特性：与不带承台JPP单桩相比,带承台单桩承载力显著提高,承台可以承担较大比例的荷载;桩土应力比为20～100,且桩顶处桩土应力比基本维持在22左右,为承台与桩截面面积比的2倍;承台的存在限制了桩土相对位移,摩阻力不易发挥;承台对桩侧摩阻力有“削弱”作用,特别是对上部摩阻力,对桩端阻力有“增强”作用,并且与不带承台单桩相比,达到极限摩阻力所需位移增大。这些成果对JPP与承台共同作用特性研究具有一定的意义。     

柔性群桩与地基相互作用的非线性分析

对桩侧土采用非线性荷载传递函数 ,桩端土采用线性荷载传递函数 ,同时考虑桩周土所分担的荷载对桩基荷载传递规律的影响 ,首次将增量荷载传递矩阵法与微分方程的近似解法———子域法相结合 ,推出了刚性承台下柔性群桩与地基非线性相互作用的系列近似解析算式。得出了如下结论 :刚性承台下 ,中桩、承台边缘桩及角桩的桩侧摩阻力沿深度的分布规律不完全相同 ,且各桩侧摩阻力发挥的程度也不一样 ,角桩侧摩阻力发挥最大 ,边中桩次之 ,中桩侧摩阻力发挥最小。     

降水引起的低承台群桩沉降特性分析

对沪杭城际高铁某桥墩低承台群桩桩基在承台上部加载及地下水位下降导致的沉降特性进行了研究,并对桩-土摩擦系数和群桩的桩间距对群桩沉降影响进行了分析。地下水位下降对群桩的影响机理分析表明:群桩周围一定范围内的水位下降土体所受浮力消失是导致桩体受到向下附加摩阻力及群桩附加沉降的起因;桩-土摩擦系数增大时,降水导致的桩体最大附加轴力出现位置深度越浅,因此,桩体受到向上附加摩阻力的区段长度越大,桩端的附加荷载与附加沉降越小;桩间距增大时,水位下降导致的桩体附加压缩量越大,同时桩端的附加荷载与附加沉降也越大。     

带承台单桩耦合体系纵向振动的重正化解法研究

 从非线性振动力学的角度出发,基于重正化方法研究非均匀地层中带承台单桩耦合体系的纵向自由振动问题。采用弹簧耦合单元块体的形式对单桩及桩侧土体进行离散,并用广义Voigt串联体描述黏弹性土层的摩阻效应,建立多段多自由度非线性承台–单桩–土纵向振动模型。通过重正化坐标转换原则给出振动模型的纵向振动频率解,并引入质量参振分配系数对不同情况下的振动频率方程进行表征,进而通过算例验证重正化解法的正确性和准确性。最后考察桩身质量、材料刚度、承台质量及桩侧摩阻力对耦合体系自由振动频率的影响规律,研究成果可为带承台桩基础动力设计提供参考。     

桩基础承台效应分析

对单桩、不同尺寸的单独承台、不同复合桩基的模型进行了压载试验。并从理论上分析了低承台复合桩基在承台的作用下桩周土受荷变化、荷载传递变化及承载力的变化,得出承台不但本身可分担荷载,而且可使桩侧摩阻力、端阻力均有提高的结论。证明了低承台复合桩基在竖向荷载作用下,承台的效应可提高桩基承载力。     

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。     

考虑土体固结的桩-土-承台非线性共同作用程序实现

提出了基于固结有限层的考虑土体固结的桩-土-承台非线性共同作用分析方法.在此基础上,介绍了相应的计量程序CPRI的实现过程,给出了主程序计算框图和桩土承台支撑体系计算子程序框图.通过程序PRI检验和算例分析,验证了程序的正确性.程序CPRI可以给出不同时刻桩-土-承台支撑体系的竖向位移、孔压、桩项反力和土体反力变化的情况,从而模拟了非线性共同作用下固结的全过程.     

钢管桩逆作复合基础竖向承载性能试验研究

为了研究砂性土中钢管桩复合基础的承载特性,设计了模型桩系列试验。结果表明:对于单桩复合基础,封桩前阶段的荷载全部直接由承台底砂土承担,封桩后阶段桩体达到极限承载力之前,桩体分担的荷载占荷载增量的73.5%～92%,当桩的承载能力达到极限后,随着荷载的继续增加,桩分担的荷载比例较之前衰减明显,而土体分担的荷载比例增加。钢管桩八桩复合基础中,桩身轴力在桩身上部的衰减梯度明显小于中下部,角桩衰减速率最大,边桩次之;桩身摩阻力自上而下逐渐发挥,桩顶以下1.55 m处摩阻力达到最大;每级荷载作用下,角桩的侧阻力大于边桩。钢管桩群桩复合基础的竖向承载力远大于相对应的高承台群桩承载力。     

复合桩基承载性状研究

通过对带承台单桩、群桩模型试验承载性状的分析,说明带承台单桩的承载性状与群桩的承载性状并不完全相同,不能将带承台单桩的试验结果简单地推广到群桩的设计计算中去。在带承台单桩试验中,发现带承台单桩的极限承载力大于单桩与平板极限承载力之和,而在复合群桩试验中,复合桩基的极限承载力则大大小于各单桩与平板极限承载力之和。结合现场大型群桩模型试验结果及现行规范阐述了复合桩基的承载性状。     

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.     

用变分法解群桩-承台(筏)系统

分别将群桩、承台(筏)选用各自合适的位移模式,并将能量变分方法应用于群桩-承台(筏)系统,用最小势能原理求解各参数.应用本文方法,可以很方便地得到群桩-承台(筏)系统中各桩所受荷载及沉降,承台各任意位置的弯矩、扭矩、正应力和剪应力.本文方法极大地减少了计算量,在工程应用方面有较大的优越性.     

软土地基中组合桩水平受荷作用下的试验研究

组合桩为预应力混凝土桩插入水泥搅拌桩中而形成的新桩，为探讨该桩在水平荷载在用下的承载力和破坏模式，通过3根14.0 m长组合桩的水平载荷试验，实测得到该桩在水平荷载作用下桩与土共同作用下的工作性状和破坏特征，分析了组合桩受水平力作用时的临界和极限荷载、破坏模式、地基土的水平抗力比例系数以及桩帽对组合桩抗水平力的有利作用。为合理地评价组合桩的水平承载力，探讨组合桩在水平荷载作用下的计算方法：临界荷载法和转折点法，并给出计算公式。试验和分析结果表明：组合桩具有较好地抵抗水平荷载的能力，有桩帽的组合桩水平受荷性状优于无桩帽的组合桩，桩帽使组合桩由水泥桩和外侧的水泥壳之间相互分开的破坏模式变为外侧的水泥土和土之间分开的模式，保证组合桩在水平荷载下的完整性，用转折点法计算组合桩的水平承载力更为合理。     

带帽刚性桩复合地基现场足尺试验研究

为深入、全面了解带帽刚性桩复合地基工作性状,通过在苏州绕城高速公路两试桩区的现场足尺试验,重点研究带帽刚性桩复合地基的荷载沉降、载荷板与桩体的沉降差、地表土应力分布特征、剖面沉降等性状规律。试验研究结果表明:带帽长桩型复合地基较带帽短桩型复合地基易于控制地基沉降变形和提高地基承载力,在设计荷载下带帽短桩型复合地基较带帽长桩型复合地基更能发挥地基土承载作用,桩帽下土体与桩帽间土体承载性能及发挥程度不同。由于桩帽能均化桩顶应力,起到刚性板作用,带帽桩体与桩帽下土体能产生近似等量的竖向变形,同时保证了垫层的整体效应。试验分析成果有助于建立带帽刚性桩复合地基计算模型、完善带帽刚性桩复合地基工作性状研究以及优化工程设计。     

带帽有孔管桩复合地基承载力模型试验研究

有孔管桩能够有效地加速桩周土体超静孔隙水压力时空消散,减轻沉桩效应不利影响,但桩身开孔会削弱桩体承载力。为研究开孔管桩的承载力,对软土地基中无孔管桩和有孔管桩单桩及其相应的带帽单桩复合地基进行了静载荷试验,获得了各种管桩荷载-沉降曲线、沉降-时间对数曲线、桩身轴力的变化规律。研究结果表明：星状开孔的有孔管桩承载力和桩身轴力的折减率均最小;有孔管桩单桩及其带帽单桩复合地基的总沉降和沉降回弹率均小于无孔管桩;带帽有孔管桩复合地基承载力大于带帽无孔管桩复合地基的承载力;桩身开孔有利于桩周土体分担荷载,能减小土体含水量,降低复合地基总沉降,提高复合地基承载力;桩身开孔引起管桩损失的承载力,可以从带帽有孔管桩复合地基提高的承载力中得到弥补。     

沉降控制复合桩基性状研究

复合桩基是从桩土共同作用出发,考虑桩与土间的荷载分配,由桩和承台底地基土共同承担荷载的桩基。以沉降控制复合桩基为对象,分析其适用范围、工作机理和设计方法。通过对合肥某住宅楼的工程试验,分别从筏板和承台内钢筋应力,筏板和承台下土体反力以及桩基反力几个方面分析了复合桩基的受力机制。     

考虑桩土共同作用的四桩承台受弯承载力计算

在保证桩间土和承台底紧密接触的前提下 ,假定承台底土反力已知 ,根据塑性铰线理论 ,导得了四桩承台受弯承载力的上限解 ,并与试验结果加以比较 ,吻合良好。     

考虑桩土共同作用的四桩承台受弯承载力计算

在保证桩间土和承台底紧密接触的前提下,假定承台底土反力已知,根据塑性铰线理论,导得了四桩承台受弯承载力的上限解,并与试验结果加以比较,吻合良好.