竖向荷载作用下挤扩支盘桩桩周土体位移场变化规律研究

挤扩支盘桩桩周土体位移变化将直接影响其竖向承载力特性,然而常规试验手段下很难获取其桩周土体的变形特性。因此,采用基于透明土材料和粒子图像测速(particle image velocimetry,简称PIV)技术的桩基透明土模型试验系统,对轴向荷载作用下支盘桩和等截面桩桩周土体变形进行非介入式测量,得到桩周土体完整的变形位移场。试验结果表明,与等截面桩相比,支盘桩通过增大桩周土体变形位移场的范围,减小了土体变形位移场的强度,从而提高了桩基承载能力;支盘与桩端土体位移场均具有放射状的特征,表明支盘与桩端承载机制一致,支盘承担部分桩顶荷载,改变了荷载传递规律;支盘处土体位移场特征表明,支盘下界面土体位移变形对桩侧摩阻力的发挥产生了消极影响;试验还发现支盘位置、间距对桩周土体位移场的影响较大,支盘间距取值宜大于三倍支盘直径。     

竖向受压支盘桩沉降非线性简化分析方法

为研究支盘桩沉降及相关力学性状,考虑到桩土接触非线性,针对支盘桩,在桩侧、桩端及扩径体端部均采用双曲线型荷载传递函数描述其力学行为,应用分段位移协调迭代算法,提出了一种计算支盘桩沉降及承载性状的非线性简化分析方法。与硬塑性黏土地基和淤泥质软土地基的两种支盘桩现场试验作对比,得到的计算值与实测值有较高的吻合度,证明了方法的合理性和适用性。通过参数分析,发现桩土摩擦角δ及水平土压力系数比k/k₀对承载力有较大影响,且承载力随着二者增大而增大;破坏比R_f及端承土体破坏角θ对承载力影响偏小,承载力随着θ增大而增大,随着R_f的增大而减小。     

带承台单桩工作机理模型试验及三维离散元数值模拟

以数字化摄影测量技术为基础,利用可视化室内模型试验及三维离散元数值模拟方法,对不同承台尺寸的带承台单桩荷载传递特性、桩周土变形分布模式及细观结构参数变化规律进行研究。研究结果表明:基桩在加载初期首先达到极限承载力,带台单桩的后期承载力主要由承台下土体来承担,随着承台尺寸的增加,承台对基桩承载力的削弱作用以及对土体侧向变形的约束效应逐渐增强。对于较大承台带台单桩,其竖向变形影响范围将扩展到桩端附近,桩端土体仍然呈现单桩的孔穴扩张变形模式,小承台带台单桩随桩端土体的刺入呈冲剪破坏模式,而大承台带台单桩最终呈现一定的整体剪切破坏模式。研究成果对于其他桩型工作机理研究具有重要参考价值。     

新型挤扩支盘桩的数值模拟及其在优化设计中的应用研究

支盘桩具有较高的承载力和较低的沉降量,它在我国应用有10 a左右,取得良好的经济效益和社会效益。但是,挤扩支盘桩作为一种新型技术在理论研究上尚不够成熟,对其荷载传递性状、受力特征、沉降特性、抗拔特性、破坏特性以及最佳盘间距、桩间距等尚不能够完全确定,也缺乏单桩承载力可靠度分析、设计及施工规范。因此,为了完善支盘桩的设计理论,探求支盘桩高承载力和低沉降量的内涵,基于静荷载试验及现场测试数据,全面系统地分析和研究支盘桩的荷载传递特性、沉降特性、抗拔特性及破坏特性。采用三维有限元数值仿真,再现支盘桩的受力机理、荷载传递规律及在荷载作用下应力场及位移场的变化。在此基础上,对支盘桩的设计进行优化,根据应力场及位移场变化的范围,指出最佳盘间距和桩间距;并根据支盘桩不同的破坏模式,建立计算承载力及沉降量的公式。 (1) 论述了支盘桩的成桩机理。支盘的设置不仅扩大了受力面积,提高了承载力,而且还减少了桩端荷载,使支盘桩具有更大的承载潜力。挤扩效应增加了土层的抗剪强度,同时也减少了土层的压缩量,可有效提高支盘桩的承载力。 (2) 采用Vesic(1974)关于球形孔穴扩张问题的一般解。用球形孔穴扩张理论来描述挤扩过程中土体的应力场及位移场的变化,利用已知的内压力值Pu进行     

长短桩组合桩基宏细观工作性状研究

利用基于数字图像的变形测量系统,结合室内模型试验,研究了长短桩组合桩基的荷载沉降特性、土体变形渐进发展规律;建立了长短桩组合桩基的颗粒流数值分析模型,对桩周土体细观结构变化情况进行了分析。研究结果表明:承台下土体在加载初期即有相当量的荷载分担,长桩的侧摩阻力在加载后期基本保持不变,而短桩的侧摩阻力仍有一定的增长,长桩和短桩的承载力有一定程度的削弱,尤以短桩削弱较多;长短桩组合桩基中土体竖向位移的影响区域扩展到长桩桩端附近,基础剪切滑动面位于承台边缘及桩端以下局部范围土体中;短桩桩端土体竖向应力较早达到极限,而长桩桩端土体竖向应力在加载后期超过短桩,长桩和短桩桩端土体竖向应力与孔隙率变化规律具有良好的一致性。研究结果为长短桩组合桩基础设计及其工程应用提供理论依据。     

水平荷载下挤扩支盘桩群桩受力特性分析

利用三维弹塑性有限元模型,对水平荷载作用下挤扩支盘桩群桩受力特性进行分析,得出各桩弯矩以及桩土相对位移的变化规律及不同位置、不同荷载作用、不同土体深度时桩周土反力的变化曲线。分析表明:桩弯矩在支盘处因支盘的影响而发生突变,支盘下桩体的弯矩大大减小;后排桩后土体相对位移大于前排桩后土体相对位移;桩基主要通过其桩前土体的作用来抵抗水平荷载,桩前土体最大反力值出现在第一个支盘的端部,支盘对其下一段范围内土体起到"减载"作用。     

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。     

多年冻土区桥梁桩基础抗震性能及影响因素分析

为研究多年冻土区桥梁桩基础抗震性能及影响因素,以中国多年冻土区广泛存在的高承台桩基础为研究对象,通过拟静力试验结合有限元方法探讨了多年冻土区桥梁桩基础地震破坏特征及冻土层物理力学特性变化对其抗震性能的影响规律。结果表明,随着土体温度的降低,桩–冻土体系的水平承载力、初始刚度均呈增大趋势,桩身位移在土体冻结前后变化显著。土体初始含水率的改变对桩–冻土体系的水平承载力及桩身位移的影响较小,但以土体最优含水率为界限,界限含水率两侧桩–冻土体系的刚度变化存在较大差异。土体压实度的改变对桩–冻土体系的水平承载力及桩身位移的改变影响较小,桩–冻土体系的初始刚度随着压实度的增大而增大。因此,在冻土区桩基础桥梁抗震设防中应当充分考虑桩周冻土物理力学特性变化对其抗震性能的影响。     

支盘桩承载性能的有限元分析

利用有限元分析了支盘桩的特点和荷载传递规律,研究了承载盘的位置、数量、形状、间距、盘径、盘高、土的性质及地下水位对受压支盘桩单桩受力性能的影响,通过研究发现,下部盘的承载潜力一般要大于上部盘,下部承力盘就承受着较大的荷载,应尽量将支盘设在较深处,支盘桩的盘间距不应小于临界支盘间距,支盘形状对桩的受力影响较小,盘径和盘高越大,桩承载力越高,盘径比盘高的影响要大一些,随着土体模量、内摩擦角、粘聚力、土体重度等的增大,支盘桩的承载力随之增大,地下水位越深,支盘桩的承载力越大。     

竖向受荷螺杆桩承载变形特性模型试验

采用基于数字图像相关技术的室内模型试验方法,对竖向荷载作用下螺杆桩的承载特性、桩周土体变形渐进发展规律开展研究。研究结果表明:螺杆桩Q-S曲线呈缓降型,螺杆桩整体承载力较等直径单桩提高近30%。螺杆桩桩周土体变形可以分为3个区域,即直杆段竖向变形区、螺纹段剪压变形区以及桩端孔穴扩张变形区。直杆段位移影响范围与等直径单桩基本一致;螺纹段位移影响范围约为2D,而等直径单桩约为D;桩端土体水平位移分布宽度明显大于等直径单桩,竖向位移沿深度方向渐进衰减。     

桥梁群桩基础非线性静力计算模型及拟静力试验研究

 线弹性地基反力法(m法)仅适用于正常使用时桥梁桩基础变位较小的情况,但在强震作用下基础的变位较大。为了研究桩基础在地基土及桩身进入非线性状态下的水平承载能力及变形特性,通过群桩基础缩尺比例模型,采用拟静力试验研究桩基础的破坏机制、承载能力、变形性能以及滞回特性。提出水平荷载作用下群桩基础的非线性静力计算模型,在该模型中采用分布PMM塑性铰模拟变轴力作用下桩身的弹塑性,采用美国API规范给出的p-y曲线、t-z曲线以及q-z曲线模拟地基土的非线性(其中,p为桩侧土水平抗力,y为水平位移,t为桩周土竖向摩阻力,q为桩端土竖向抗力,z为桩土竖向相对位移)。研究结果表明：(1) 本文提出的分析模型与模型试验结果吻合较好;(2) 可采用Clough退化双线性模型模拟桩基础的滞回特性;(3) 桩身受力薄弱部位在桩顶以下0～4倍桩径范围内。研究结果可为应用能力谱法评价桩基础的抗震性能提供参考。     

滑坡体上桩基承载力的自平衡测试

通过分析猴子石滑坡体上桩基自平衡试验实测数据,研究了桩侧阻力和桩端阻力的发展规律,着重探讨了桩端土层浸水与不浸水对试桩承载力的影响。试验结果表明:浸水的A桩的桩端阻力仅为未浸水的B桩桩端阻力的52%,而其荷载箱底板的位移(即桩端位移)在相同荷载时比B桩增大很多。试验成果可供库区同类地基条件下桩承载力评估参考和利用。     

静钻根植桩在东城国贸中心的成功应用

静钻根植桩是采用专用的单轴钻机,按照设定深度进行钻孔,桩端部按照设定的尺寸进行扩孔,扩孔完成后,注入桩端水泥浆和桩周水泥浆,边注浆边提钻,钻孔完成后依靠桩的自重将预应力管桩植入设计标高,通过桩端及桩周水泥浆液硬化,使桩与桩端及桩周土体形成一体,制成由预制桩身、桩端水泥浆和土体共同承载的桩基础。具有泥浆排放量少、对环境影响较小、桩身质量稳定可靠、桩基承载力高、施工速度快、经济效益显著等优点。论文结合工程实例,简要介绍其设计方法及工程实践中遇到的问题。     

端承型基桩的桩-土作用机理研究探讨

针对端承型单桩的桩-土作用机理，提出了复杂介质中端承型单桩的地基-基础模型，将“广义弹性理论法”、“镜像法”、传递函数法、线性变形层理论和优化反分析方法相结合，给出了一种分析计算复杂地基中端承型单桩承载性能计算的理论方法。并针对桩尖嵌岩深度的不同情况进行了探讨，给出了嵌岩桩的理论模型和计算分析方法。利用该方法所编制的优化反分析计算程序，不仅能根据地质资料计算端承型单桩的荷载-沉降关系，而且可根据现场静荷载试验所得的荷载-沉降曲线反演分析桩周及桩端土层的岩土力学参数值，所得数据能真实反映单桩工作性态，为工程设计和计算提供理论依据。将该程序应用到工程实例中，取得了较为令人满意的结果。     

新型压扩多支盘灌注桩的数值模拟分析

压扩多支盘灌注桩是在挤扩支盘扩孔灌注桩的基础上改进而来的一种新桩型,是将静压桩、沉管灌注桩、扩底桩和多支盘灌注桩的多种优点集于一体的新型桩基技术。压扩支盘桩具有承载力高、沉降小、经济性好的优点。利用ANSYS有限元分析软件对竖向受压时的二支盘压扩支盘桩进行数值模拟,得出了竖向荷载下侧摩阻力和桩端阻力的变化规律。桩的多个支盘构成了多支点摩擦端承桩,竖向荷载主要由承力盘承受,上支盘受力大于下支盘受力。提出了压扩支盘桩的支盘竖向临界间距、布桩最小间距的建议值。     

深基坑开挖条件下抗拔单桩承载力性状研究

通过对基坑工程坑底工程桩桩顶位移与桩身轴力的实测结果进行分析总结,发现坑底工程桩在基坑开挖后,由于土体卸荷回弹产生较大的桩顶位移与拉力。为研究深基坑开挖条件下抗拔单桩承载力变化特性,采用有限元分析软件ABAQUS,建立二维轴对称模型,对不同桩长、桩距、开挖深度与开挖半径对坑底抗拔单桩承载力的影响进行了分析。研究结果表明,桩长和桩径可以显著影响开挖后抗拔桩承载特性,可以通过增加桩长与桩径提高抗拔单桩承载力;开挖深度和开挖宽度共同影响坑底抗拔单桩承载力,主要影响基坑开挖后桩体受力特性,对单桩承载力影响较小。因此,当基坑开挖宽度和开挖深度确定后,合理的选择桩长与桩径十分必要。     

竖向受荷螺杆桩工作性状试验研究

螺杆桩工作性状受众多因素影响,其中叶片间距和螺纹段长度是两个关键影响因素。为了研究竖向受压螺杆桩承载力及桩周土体变形渐进发展规律,进行了基于数字图像相关变形测量技术的模型试验,并利用现场实测结果初步检验了模型试验的可靠性。研究揭示了叶片间距和螺纹段长度对螺杆桩极限承载力的影响规律,建立了归一化的叶片距径比因素和螺纹段长度比因素经验表达形式,给出了本次试验条件下合理的叶片距径比和螺纹段长度比取值。研究总结了不同沉降阶段直杆段、螺纹段和桩端截面周围土体位移场分布规律,提出了不同桩型参数螺杆桩桩周土体破坏模式。研究结果为螺杆桩设计参数优化和承载力计算理论建立提供了试验依据。     

考虑不同成桩方式单桩特性的颗粒流数值模拟

采用基于离散单元法的颗粒流数值技术对砂土中(无黏聚力)设置就位后单桩在使用阶段的承载特性进行了数值模拟。对应工程中的挤土桩与非挤土桩,按照桩设置的不同方式研究并对比了静压沉桩方式与预埋式两种不同单桩在就位后的工作特性,对两种成桩方式下桩–土–筏板的共同作用特性也略作了比较。分析中,克服传统的连续介质力学模型的宏观连续性假设,研究加载过程中桩体力学行为表现与桩周土体的细观结构参数反应的联系,增进了对桩基工程承载特性与土体渐进破坏演变过程的深入理解。此外,将模型试验与数值模拟结果作了对比分析,桩端荷载–位移曲线特征有较好的一致性。