桩土界面荷载传递双曲线模型的改进及其应用

 首先,在总结前人土–结构相互作用试验研究成果的基础上,改进反应桩土界面荷载传递性状的双曲线模型,改进后的模型能够描述随着地基土固结、桩侧土初始剪切刚度随时间增长以及桩土界面的分阶段加/卸载循环剪切特性。然后,利用改进模型对文献中的算例进行分析,计算结果与文献结果比较接近,验证了改进模型的合理性。最后,利用该模型分析大面积荷载下,在桩顶作用大小不同的竖向荷载以及桩侧土达到不同固结度时再打桩情况下,桩身摩阻力、中性点位置及桩承载力的发展变化规律。研究结果表明,桩身中性点位置、桩身负摩阻力随地基土的固结逐渐变化;在地基土固结过程中,桩承载力逐渐减小。该研究成果可为桩基工程设计提供有益的参考。     

桩负摩阻力时间效应分析

负摩阻力对桩基的承载变形性状有重要影响.分析了大面积堆载下、地基土固结过程中,桩顶荷载大小、桩端支承条件等因素对桩身负摩阻力、中性点位置的影响.结果表明,在地基土固结过程中,桩身负摩阻力、中性点位置也处于一个变化过程中.桩顶竖向荷载越大,中性点深度越浅,桩身承受的下拽力越小.研究还表明,在地基土固结过程中,桩的承载力逐渐减小.     

桩顶荷载对负摩阻力性状影响的三维数值分析

利用ADINA非线性有限元软件, 考虑桩土相互作用,建立了单桩三维数值模型,分析了桩侧堆载作用下负摩阻力的形成过程,研究了桩项荷载作用下桩身荷载传递、桩侧摩阻力分布、中性点位置、桩顶附加沉降的变化规律以及桩顶荷载和堆载的施加顺序对桩侧负摩阻力的影响。分析结果表明:随着桩顶荷载增大, 桩侧负摩阻力逐渐减小,中性点明显上移,由桩侧负摩阻力产生的下拽力增加的速率变小,而桩顶附加沉降速率呈现逐渐增长的趋势;桩侧负摩阻力的大小受桩顶荷载和堆载施加顺序的影响,桩顶荷载先于堆载施加则产生的负摩阻力最大,而采用相反的加载顺序,产生的负摩阻力最小,甚至消失。所得结论对工程设计过程中负摩阻力的计算提供参考。     

考虑地基土非线性固结的桩侧负摩阻力计算方法研究

针对软土地基因固结沉降在桩侧引发的负摩阻力问题,从桩土相互作用机理出发,首先,根据软土压缩曲线性质,采用双曲线应力应变模型考虑地基土固结非线性特性,推导了桩侧土沉降随深度和时间变化的计算公式;其次,引入Gibson地基理论考虑地基土的非均质性,结合桩土界面剪应力–剪应变双曲线模型,建立了反映桩土界面剪切刚度系数随深度非线性增长的荷载传递函数。在此基础上,联立桩体平衡方程,获得了桩侧摩阻力、桩身轴力分布和中性点位置。最后,将理论计算曲线与工程实测曲线进行对比,并进一步分析了压缩试验参数、固结度、桩径及桩长、地表堆载对桩侧负摩阻力及中性点位置的影响,结果表明计算方法是可行的,可为类似工程提供参考。     

欠固结土中单桩负摩擦效应研究

本文针对桩土工后沉降引起的负摩擦效应,建立了桩和土体协同作用的三维计算模型,对桩土沉降过程进行了内力和变形计算,分析了不同欠固结土厚度和桩顶荷载对负摩擦效应的影响。计算结果表明在欠固结土厚度为定值时,桩侧负摩阻力随桩顶荷载的增大而减小,桩顶荷载越大,"中性点"位置越靠近地面(即上移),欠固结土厚度越大,"中性点"位置越远离地面(即下移);桩体轴力分布沿桩身呈现先增大后减小的趋势,轴力最大值对应桩侧摩阻力为零的位置,即桩体中性点位置;在桩端部位存在摩阻力的增强效应,受桩顶荷载大小的影响,轴力在桩端部位的变化幅度较大。随着欠固结土厚度的增大,土体的沉降量也逐渐增大;随着桩顶荷载的增大,土体的沉降量也逐渐增大,但欠固结厚度对于沉降量的影响大于桩顶荷载对于沉降量的影响。     

素混凝土桩复合地基荷载传递机理的试验研究

为研究带有垫层的素混凝土桩复合地基中桩身轴力、桩侧摩阻力的分布及发展过程 ,设计了一组足比例尺单桩复合地基试验 ,在桩身内埋设钢弦式应力计测出了桩身轴力 ,并由此得出桩侧摩阻力。从实测结果与散体桩、无垫层带台单桩的桩身轴力、侧摩阻力分布对比分析可以看出 ,三者传力机理是不同的。与散体桩相比 ,素混凝土桩复合地基中荷载沿桩身全长传递。与无垫层带台单桩相比 ,桩侧摩阻力从加荷开始在桩周上部土层即出现负摩阻 ,使得桩身轴力最大点不在桩顶而在中性点处。带有垫层的素混凝土桩复合地基中桩侧负摩阻力的大小随荷载加大而变小 ,同时中性点位置逐渐上移 ,相当一部分上部土层的摩阻力随着荷载的加大由负摩阻力逐渐变为正摩阻力。该负摩阻力使桩从加荷开始就承担较大荷载 ,并使桩下部的摩阻力也能得到充分发挥 ,进而使桩在全过程都发挥了作用。同时 ,桩周土体的承载力也得到增强     

不同初始含水率条件下欠固结软黏土地基单桩负摩阻力模型试验研究

海涂围垦形成的软黏土地基一般为欠固结土地基。为了研究垦区欠固结软黏土地基中的桩基负摩阻力规律,考虑不同桩周土初始含水率,以及自重固结和堆载2种工况,开展4组单桩模型试验,基于试验结果分析摩擦型管桩的桩土位移、桩身轴力、桩侧负摩阻力及中性点位置等特性。试验结果表明,不论在堆载还是自重固结条件下,随着桩周土含水率的提高,桩身沉降、土体沉降、桩身轴力及桩侧负摩阻力总体成增大趋势,桩周土初始含水率的降低引起的中性点位置的升高。在堆载条件下,中性点位置随着荷载等级的提高而下移;自重固结条件下,中性点位置随固结时间变化不大。在工程实际中,桩周土初始含水率的增加会扩大负摩阻力范围,增大负摩阻力峰值和桩身轴力,因此需要注意其对欠固结软黏土地基桩基负摩阻力的影响。     

褥垫层对单桩复合地基桩侧摩阻力影响的有限元分析

运用ABAQUS有限元分析软件,分析了在一定地面堆载作用下,褥垫层厚度和变形模量的改变与单桩复合地基桩侧正、负摩阻力大小以及中性点位置的变化关系。结果表明,荷载和褥垫层模量一定时,褥垫层厚度增加对桩充分发挥正摩阻力有利,中性点位置上升;褥垫层厚度小于0.5m时,增加褥垫层变形模量,桩侧正摩阻力也随之提高,中性点位置提升;褥垫层厚度大于0.5m时,增加褥垫层变形模量,其提高更明显。利用数值模拟分析褥垫层对单桩复合地基的桩侧摩阻力影响,可为研究复合地基荷载分担、荷载传递以及工作性状提供借鉴。     

路堤荷载下现浇X形桩复合地基承载特性数值分析

以江苏省南京长江第四大桥北接线工程N1标段现浇X形桩软基加固段为工程背景,建立了路堤荷载作用下现浇X形桩复合地基数值分析模型,开展了现浇X形桩复合地基承载机理的分析,并采用现场实测沉降曲线验证了分析方法的合理性.就填土期和运营期地基土固结对现浇X形桩桩身轴力和桩侧摩阻力的影响进行分析,探讨了褥垫层模量、褥垫层厚度、桩体模量、桩端土模量对桩身轴力、桩侧摩阻力和桩土应力比的影响.结果表明:随着路堤的填筑和地基土的固结,桩土应力比先快速后缓慢增加并逐渐趋于稳定,中性点逐渐下移;褥垫层模量和厚度的增加对调节现浇X形桩桩土应力分配有明显的作用;由于现浇X形桩为摩擦刚性桩,桩顶荷载主要由桩侧摩阻力承担,桩端土模量和桩体模量对桩身轴力和中性点位置的影响较小;路堤荷载下现浇X形桩的桩土应力比可在30左右,褥垫层模量建议取为20～50 MPa,厚度为30～50 cm.     

刚性基础下长短桩复合地基桩桩相互作用机制的模型试验

为了进一步了解刚性长短桩复合地基桩桩桩相互作用机制,本文通过室内模型试验,对比分析了单桩复合地基与四桩复合地基的荷载-沉降曲线、桩身轴力、桩侧摩阻力、桩土应力比和桩顶上刺入的试验结果。单桩复合地基与四桩复合地基中,各桩在位于距桩顶1/3桩长处出现轴力拐点和桩侧摩阻力中性点。但由于长桩与短桩相互作用,四桩复合地基中长桩的轴力出现第二个轴力拐点和桩侧摩阻力中性点,而短桩受到影响较小,且随着荷载的增加,短桩对长桩轴力的影响逐渐减小。     

静钻根植排水桩技术及模型试验研究

针对深厚软土地区静钻根植桩技术应用时水泥土固化效果差的问题,提出了在桩侧设置竖向排水通道并联合真空负压排水固结的静钻根植排水桩技术。介绍了该技术提出的背景、技术方法和特色优势;选取两种不同规格桩型,开展排水桩与传统桩对比模型试验,测试真空负压排水固结和土中孔压发展变化,检测不同桩型的承载力并开展分析。结果表明：桩周水泥土和临近土体中的水部分被抽出,抽水率逐步减小;真空负压逐渐传递到临近土体,使其发生排水固结、强度增加;排水桩加快了水泥土固化,由此提高桩基早期承载力和抗变形能力;相比于传统桩,排水桩28 d的极限承载力提升7%,刚度系数提升40%;排水桩使桩周土体更多地参与荷载传递,桩基破坏模式趋向于整体剪切破坏。     

Novel technology of statical-drill and rooted drainage pile and its large-scale model test

针对深厚软土地区静钻根植桩技术应用时水泥土固化效果差的问题，提出了在桩侧设置竖向排水通道并联合真空负压排水固结的静钻根植排水桩技术。介绍了该技术提出的背景、技术方法和特色优势；选取两种不同规格桩型，开展排水桩与传统桩对比模型试验，测试真空负压排水固结和土中孔压发展变化，检测不同桩型的承载力并开展分析。结果表明：桩周水泥土和临近土体中的水部分被抽出，抽水率逐步减小；真空负压逐渐传递到临近土体，使其发生排水固结、强度增加；排水桩加快了水泥土固化，由此提高桩基早期承载力和抗变形能力；相比于传统桩，排水桩28 d的极限承载力提升7%，刚度系数提升40%；排水桩使桩周土体更多地参与荷载传递，桩基破坏模式趋向于整体剪切破坏。     

变荷载下劲性搅拌桩复合地基固结分析

采用劲性搅拌桩加固地基的复合地基技术越来越多地被用于实际工程,而对其固结理论的研究有待深入。基于等应变假定,推导出劲性搅拌桩复合地基在变荷载作用下桩间土的固结方程,采用双层地基一维固结理论求解该固结方程,得到了桩间土中的平均超静孔隙水压力和复合地基整体平均固结度的解析表达式。通过与固结度有限元分析结果的比较,评价了固结度解析表达式的计算精度。利用该固结度解析表达式进行参数分析,研究了劲性搅拌桩复合地基的固结特性。研究结果表明,劲性搅拌桩复合地基的固结速率远大于传统的水泥搅拌桩复合地基,它随着劲性搅拌桩的置换率、芯桩芯长比和水泥土外壳材料压缩模量的增大而增大。芯桩的截面含芯率和压缩模量对复合地基固结速率影响很小。     

悬浮刚-柔性长短桩复合地基固结解析解

刚 柔性长短桩加固地基可以充分发挥各桩型的优势,是一种新型的复合地基。为完善此类复合地基的固结理论,给出了瞬时加载条件下悬浮刚 柔性长短桩复合地基的固结方程,基于成层地基一维固结理论建立了相应的固结解析解。将固结度解析解与有限元解进行比较,验证了解析解的合理性和有效性。利用建立的解析解进行参数分析,研究了复合地基的固结特性,结果表明：悬浮刚 柔性长短桩复合地基的固结度随长桩长度的增加而增大;当下卧层为中低压缩性土时,复合地基固结度随长桩压缩模量的增加而增大;长、短桩置换率、短桩长度和压缩模量的变化对复合地基固结度的影响很小;悬浮刚 柔性长短桩复合地基的固结度随下卧层土压缩模量的增加而增大,随长、短桩共同加固区桩间土压缩模量的增加而减小;仅长桩加固区桩间土压缩模量的变化对复合地基的固结度没有影响。     

基于土体固结流变的桩基长期沉降数值模拟

通过考虑上海饱和土体的固结流变特性以及桩端压缩层为砂土的三层土层剖面,运用有限元分析程序ABAQUS,对钻孔桩基和打入桩基的沉降特性进行了模拟分析,并对浅层砂土的存在对两种桩基的影响进行分析。通过引入小孔扩张理论模拟打桩引起的超静孔隙水压力,模拟验证施工效应对桩基沉降的影响,并基于打桩施工对浅层砂层的挤土效应,模拟分析了浅层砂土对减少打入桩基沉降的作用。     

苏州河河口水闸三维固结有限元计算

对苏州河河口水闸的整体设计作了简要介绍，采用空间Biot非线性固结有限元模型，考虑地基的固结过程，在有关位置设置软弱化接触单元，计算分析了挡潮和挡河两种工况下地基的变形对水闸结构的影响、闸墩和混凝土沉箱闸底板随时间变化的变形规律以及基础桩受力等共同作用问题。计算结果表明：挡潮工况是控制工况：闸墩基础的沉降和桩的反力均随着土体的固结而增加，但差异沉降很小，角桩的反力大于内部桩的反力。这同时也说明该水闸的设计是巧妙而合理的，计算模型、相应计算参数足正确的。     

悬浮长芯劲性搅拌桩复合地基固结解析解

推导出瞬时加荷情况下悬浮长芯劲性搅拌桩复合地基的固结方程和相应的定解条件,利用三层地基一维固结理论,建立了相应的固结解析解,包括桩间土和下卧层土中超静孔隙水压力解答和复合地基整体平均固结度解答。通过固结速率解析解与有限元数值解的比较,证明了解析解的合理性。利用解析解进行复合地基固结速率影响因素分析,研究了悬浮长芯劲性搅拌桩复合地基的固结性状。结果表明:悬浮长芯劲性搅拌桩复合地基的固结速率主要受桩的贯入比和下卧层刚度的影响。复合地基的固结速率随桩的贯入比和下卧层土压缩模量的增加而增大。搅拌桩壳长度、厚度和刚度以及芯桩截面含心率的变化对复合地基固结速率没有影响。增加芯桩的压缩模量只会使固结前期复合地基的固结速率略微减小,不会影响固结后期复合地基的固结速率。     

堆载作用下竖向承载桩负摩阻力分析

基于ADINA模拟桩土相互作用,简要分析了大面积堆载作用对竖向承载桩桩身负摩阻力、中性点位置的影响。分析结果表明,在堆载条件下,随固结时间的增长,桩基负摩阻力不断增长,且中性点位置不断变浅。随着堆载的增加,桩身承受的负摩阻力随之增加、中性点位置逐渐加深,且负摩阻力引起的桩身附加轴力也随之增大。