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。     

考虑土–桩–结构相互作用的PHC管桩抗震性能试验研究

 通过振动台模型试验,在考虑土–桩–结构相互作用的条件下研究PHC管桩的抗震性能。试验采用层状剪切土箱,装填黏土、粉土、砂土3种土体,分别安装单桩、三桩和六桩3个模型。对每个模型施加3种不同的地震波,5种不同的振动强度。结果表明：随着振动持续,各模型体系的自振频率降低,阻尼增大。随着震级增加,土–桩–结构间的相互作用影响加大,土体及土–桩–结构体系的非线性增强,且少桩体系的非线性性质要强于多桩体系。桩的数量和布置方式以及上部结构的变化均极大地影响着桩体应变和弯矩的大小及分布规律。三桩、六桩模型最大拉应变比单桩模型分别下降23%和66%,最大弯矩分别下降29%和70%,桩–土界面压力分别下降22%和32%。多桩体系的震动破坏程度也远弱于少桩体系。初步确定PHC管桩在高烈度地区的应用是可行的,值得进一步研究。     

桩-土-承台非线性工作机理的模型试验

通过单桩、单板和带承台单桩的系列模型试验,对天然地基中土体的破坏规律进行分析,发现附加应力影响深度主要取决于筏板尺寸和土的性质而与荷载大小无关;对承台板对桩承担荷载能力的影响分析表明,承台板对桩端阻力的发挥有着增强作用,对桩侧摩阻力的发挥有着减弱的作用;结合土体中附加应力场的变化状况,对桩、土非线性的受荷性状给予描述,发现在带承台单桩受荷过程中,桩先进入非线性状态,然后净承台再进入非线性状态,研究结果表明,这主要是由土的塑性区开展进程所决定的。     

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。     

带承台单桩动刚度的试验研究

采用激振法和冲击激励法对广州珠江电厂燃气(LNG)联合循环工程4根带承台的冲孔灌注桩进行现场试验,试验内容包括:单桩竖向、单桩水平-旋转耦合受迫振动试验和自由扭转振动。根据现场试验的结果,给出单桩抗压动刚度、抗剪动刚度、抗弯动刚度、抗扭动刚度和单桩扭转振动、单桩竖向振动和水平-回转耦振动的阻尼比的测试结果。同时,研究带承台单桩动刚度和阻尼比随桩长的变化规律,为大型动力机器基础的振动和隔振设计提供技术依据。但在现场试验时,因周围环境对测量结果有一定的干扰,为了能有效地去除环境干扰和其他模态的影响,使测试数据可靠,采用跟踪滤波、平均和模态识别技术,大大提高测试数据的精度和可靠性。     

三维波动土中带承台单桩的纵向振动特性研究

基于考虑三维波动的桩周土模型和虚土桩法,研究三维波动土中承台–桩–土相互作用的纵向振动特性。首先,根据桩周土和虚土桩的成层性将桩土系统划分为若干层,运用阻抗函数递推法得到桩顶的位移阻抗函数,进而得到承台–桩系统的位移响应的频域解析解,利用Laplace逆变换得到承台–桩系统位移时域响应的半解析解。然后通过参数分析,研究桩周土的剪切波速、黏性阻尼系数和泊松比对承台–桩系统纵向振动的影响;同时研究多层土中硬质夹层剪切波速,厚度和深度对承台–桩系统纵向振动的影响。研究结果表明,相比于桩侧土黏性阻尼和泊松比,桩侧土剪切波速对承台–桩系统纵向振动影响更大;上层土对承台–桩系统纵向振动的影响大于下层土。最后将理论计算结果与现场实测曲线进行对比,证明该三维波动土中承台–桩–土相互作用的模型较为合理。     

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。     

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。     

耦合结构面剪胀的嵌岩桩侧摩阻力分析

 嵌岩桩桩–岩界面受力剪切机制通常包括滑动剪胀及剪切滑移两部分,滑动剪胀导致桩–岩界面法向应力显著增大。Serrano法计算嵌岩桩侧摩阻力没有考虑桩–岩界面剪胀效应的影响,从而使得其计算结果比现场实测值偏保守。基于常法向刚度(CNS)条件下结构面剪切力学特性,充分考虑岩性、桩径以及施工等因素对嵌岩桩受力特性的影响,在对既定粗糙度结构面剪胀产生的法向应力增量实现量化分析的基础上,通过耦合结构面剪胀对Serrano法进行修正。计算结果表明,修正的Serrano法计算所得嵌岩桩侧摩阻力明显高于Serrano法,也更接近于现场实测。修正的Serrano法完善嵌岩桩侧摩阻力的理论计算。     

砂土中不同长径比单桩水平非线性振动特性模型试验

水平向动力荷载作用下,桩侧土往往表现出显著的非线性特性。采用室内模型试验对砂土中不同长径比单桩水平非线性振动特性进行了研究,分析了不同荷载幅值和长径比对单桩水平非线性振动特性的影响。试验结果表明,激振荷载幅值越大,桩土非线性相互作用越明显,桩土系统的共振频率越低;桩径相同情况下,桩土系统共振频率及其衰减率与桩的长径比基本负相关。     

饱和黏弹性半空间中摩擦桩的竖向振动

为深入了解饱和黏弹性半空间地基中摩擦桩的竖向振动特性,基于Boer多孔介质理论,考虑激振频率对摩擦桩桩底土体动刚度的影响,采用平面应变模型并结合桩土接触面的混合边值条件,推导求解得出了饱和黏弹性半空间地基中摩擦桩的竖向动力阻抗模型公式和桩顶速度时域响应解并验证了其合理性。进一步通过参数化对比分析探讨了桩基埋深比和土体渗透系数对所得竖向动力阻抗和桩顶速度时域响应的影响规律。解析推导得出的对应竖向动力阻抗模型公式和桩顶速度时域响应解,丰富了桩基动力学的理论,可为相关工程实践提供参考和理论支持。     

基于频谱分析的饱和砂土场地直斜群桩承台——土体耦合作用下桩身弯矩分布规律研究

地震荷载作用下,群桩结构受到承台和土体共同作用,不同桩型的桩身弯矩会发生明显变化,尤其在饱和砂土条件下。因此,为研究上述问题,利用浙江大学ZJU400土工离心机进行饱和砂土场地直斜群桩地震动力响应试验,并通过频谱分析的方法,对饱和砂土场地和直斜群桩桩顶承台的频谱成分进行详细分析,之后根据得出的不同频率成分分别对直斜群桩桩身弯矩分布情况进行详细研究。研究结果表明:地震荷载作用下饱和砂土液化前后土体特征频率发生明显变化,液化后土体的特征频率明显变小;随着振动强度的增加,斜桩顶承台特征频率也发生了减小的现象,而直桩桩顶承台特征频率则始终保持在0～2Hz,未发生明显变化;不同振动强度下,不同频率成分对于直斜群桩桩身弯矩包络图的影响发生了较大的变化,在0.05 g工况下0～2 Hz频谱成分对斜群桩桩身弯矩影响要小于2～5 Hz,但其他工况下0～2 Hz频谱成分对于直斜群桩桩身弯矩的影响均最为明显。同时,随着振动强度的增加,土体埋深范围内直群桩桩身弯矩包络图的峰值位置发生了下移。因此,在实际工程中应考虑此问题,适当增加弯矩较大值位置附近的桩身抗弯刚度。     

多元复合地基中柔性桩-土-垫层的相互作用

采用柔性桩与桩周土的相对位移表达式来表示多元复合地基中柔性桩桩侧摩阻力的分布规律,结合变形协调条件、物理方程和力的平衡方程,分析了刚性承台下柔性桩-土-垫层的相互作用,并将计算结果与模型试验结果进行了对比。结果表明:增加垫层厚度或提高垫层变形模量均能缓解桩顶应力集中,充分调动桩周土的承载能力;随着柔性桩的刚度提高,或垫层厚度增大,或垫层变形模量提高,柔性桩复合体的承载力均有不同程度的提高;最大桩侧摩阻力位于桩顶以下1/4~1/3桩长处;由于桩顶向垫层刺入使桩身存在负摩擦区,导致桩身最大轴力并不在桩顶,又因柔性桩的刚度不大,桩顶刺入作用较弱,负摩擦区段的长度短,故负摩擦不大。对比试验结果验证了所提出的方法具有可行性,对复合地基的设计计算具有指导意义。     

层状地基中单桩-桩帽-土共同作用等效剪切位移法

基于单桩-桩帽-土共同作用的特征,推导了桩和桩帽下土体的荷载传递矩阵,提出了层状地基中带帽单桩的等效剪切位移法.当桩与桩帽下土体以及桩帽下土体与桩帽外侧土体交界面处的位移协调时,分别建立桩与桩帽下土体的平衡微分方程;考虑交界面处的相对滑动时,桩与桩帽下土体交界面处的侧摩阻力较大导致非线性,主要表现在桩与桩帽下土体间的相互滑动;当帽桩较小时,桩帽下土体与桩帽外侧土体交界面处的侧摩阻力引起的桩帽外侧土体自由位移场比较小.与有限元法、已有理论分析方法以及模型试验的对比表明桩帽的加入可明显增大带帽桩的整体刚度,并且一定尺寸的桩帽下桩体长径比的增大不会无限增大带帽单桩的整体刚度,桩帽始终贡献一定的荷载分担比例.     

带褥垫层桩体复合地基沉降计算改进弹塑性分析法

带褥垫层桩体复合地基,在荷载作用下桩会向褥垫层刺入,且在桩侧上部产生负摩阻力。针对复合地基中桩–土间存在相对滑移以及桩、土之间相互作用特性,引入Boussinesq解和Mindlin解改进基桩弹塑性分析法,并分别以双折线和双曲线函数模拟桩侧与土以及桩端与土接触面的非线性荷载传递关系,通过构建以桩、土结点位移为未知量的矩阵方程组来计算桩体复合地基沉降,同时可得到复合地基复杂的应力和位移分布规律。通过与室内模型试验和工程实测结果对比分析发现,本文方法计算结果与现场实测和室内试验结果比较一致,这证明了本文方法的可靠性。     

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。     

泰州大桥北塔群桩基础三维动力非线性抗震计算研究

 采用三维八节点等参单元与无限元相组合的数值方法进行土和大桥桩基的地震反应分析。基于ABAQUS软件,建立“承台–群桩–土体系统”的大型三维非线性时域地震动力反应分析的弹塑性模型与相应的计算方法。承台和桩采用混凝土损伤塑性模型,土体采用传统莫尔–库仑屈服准则的弹塑性模型。考虑承台和大直径超长钻孔灌注桩的天然自重、江床浅部松散砂性土层部分振动液化等不利因素对桩基础承载能力的影响。提出静、动力统一的黏弹性无限元边界概念,采用四CPU并行计算得到“承台–群桩–土体系统”同时承受竖向静载荷和水平动载联合作用时,群桩的动轴力、动剪力和动弯矩,桩周摩阻力和桩侧与桩周土体的接触压强等对设计和施工具有参考价值的成果,进而对大桥桩基的抗震性能有比较全面和深入的认识。     

褥垫层对复合地基承载机理的影响

首先利用数值试验的方法,系统研究了4种模量的代表性群桩复合地基(极柔性桩、一般柔性桩、半刚性桩、刚性桩)施加褥垫后的承载性状,分析了褥垫在复合地基中的加固机理与作用.提出利用褥垫层对复合地基承载力进行优化设计的基本方法与思路.     

现浇薄壁管桩复合地基竖向承载特性分析

为了解现浇薄壁管桩复合地基的加固机理,在盐通高速公路试验段进行现浇薄壁管桩单桩复合地基静载试验。试验结果表明:现浇薄壁管桩成桩质量好,承载性能好。建立现浇薄壁管桩复合地基三维模型,通过有限元模拟,与现场静载试验结果对比,表明建立的模型是可行的。基于该模型分析了褥垫层模量、桩间距、桩长、土体模量等因素对现浇薄壁管桩复合地基承载性能的影响。结果表明:褥垫层能较好调节桩土应力分配,使桩土共同工作;较大的桩间距虽能充分发挥桩、土承载力,但桩间距的选择要兼顾承载力与变形要求;桩长的增长有利桩体承载力的发挥。地基土模量大有利于桩侧阻的发挥。     

带帽桩复合地基复合桩土应力比的计算及影响因素分析

在分析带帽刚性桩复合地基试验成果的基础上,提出复合桩土应力比的概念,以合理反映带帽桩复合地基的力学性状。以土力学和弹性理论为基础,基于合理假定,采用等沉面的思想,考虑复合桩体发生上、下刺入变形现象,推导出能够反映层状不均质地基和带帽桩复合地基空间三维沉降变形特征的复合桩土应力比隐式计算公式。通过工程算例,分析了桩体中心间距、桩长、桩帽尺寸、垫层变形模量、下卧层土体变形模量、桩帽间土体变形模量和静止侧压力系数等因素的影响,提出了利用复合桩土应力比进行带帽桩复合地基按桩帽间土体沉降量控制优化设计的思路。