基于应变路径法的黏土中水平受荷桩p-y曲线

近年来,我国城市的基础设施建设规模不断扩大,桩基础是基础设施建设中常用的基础形式,其水平承载特性的分析计算是桩基设计中的重要问题。基于Vesic圆孔扩张理论,分析了水平荷载作用下桩侧土体的实际受力状态,推导了基于应力增量的桩侧土抗力的计算公式,进而提出了考虑摩擦效应的桩土相互作用的计算方法;并基于MATLAB编写了相应的分析程序,通过开展案例分析,验证了该计算方法的有效性;最后基于所建立的桩基水平承载力的力学模型,探讨了荷载、桩径等因素对水平受荷桩的承载特性的影响规律。     

基于圆孔扩张理论的桩基水平承载力计算方法

为了讨论楔形端承摩擦桩在扭矩T-竖向荷载V联合作用下的承载性能,考虑地基土剪切模量在地面处为非零值且随深度呈幂函数的分布形式,根据能量法和变分原理,分别得出基桩在桩顶竖向荷载和扭矩作用下的桩身竖向位移以及扭转角微分控制方程。采用MATLAB编制程序求解楔形端承摩擦桩的极限竖向荷载、极限扭矩,得到相应的承载力包络图。在T→V加载顺序下,通过改变初始扭矩值,分析了初始扭矩对楔形端承摩擦桩竖向承载特性的影响。对T-V联合受荷楔形端承摩擦桩进行了参数影响分析。研究结果表明：与等截面桩相比,纯压和纯扭作用下楔形端承摩擦桩的极限竖向荷载和极限扭矩有所提高。在T→V加载顺序下,楔形端承摩擦桩承载力包络线相比等截面桩有所外扩。随着桩径变化率的增大,楔形端承摩擦桩的承载力包络线也随之向外扩张。当初始扭矩与极限扭矩之比超过一定值时,楔形端承摩擦桩极限竖向荷载开始显著降低,需注意T-V组合效应。对于大直径长桩而言,需要重视初始扭矩对基桩竖向承载性能的影响。一味提高混凝土标号并不能极大的改善基桩在T→V受荷模式下的竖向承载性能。

     

基于实测数据的桩基承载力恢复计算与分析

桩基的承载力恢复受土质条件、桩型、沉桩方式等因素的影响很大。为了探究承载力恢复规律,分析了131根桩的测试数据,提出了采用恢复速率作为评价承载力恢复的指标,并以此为依据建立了恢复速率与时间之间的关系。分析显示,恢复速率与时间在双对数坐标中呈现良好的线性关系,基于该关系给出了不同土质条件、桩型及沉桩方式下的桩基承载力恢复计算公式。采用另外收集的49根桩的承载力实测数据验证公式的有效性,预测值与实测值表现出良好的一致性。     

倾斜坡体中圆孔扩张的弹性应力分析

针对实际工程中遇到的斜坡边界下圆形孔扩张问题,提出了相应的计算方法。在考虑坡体自重应力的情况下,通过坐标变换将其转为水平边界半无限体中圆孔扩张,采用复变函数共形映射的方法得到应力解析。当圆形孔埋置较深时,将问题简化为无限体中圆孔的扩张,通过弹性力学的基本叠加得到最终应力解答。以一斜坡边界下圆形孔洞扩张为例,求解了圆孔周围径向正应力、环向正应力与切应力的分布。计算结果表明：斜坡倾角对坡体中应力分布影响显著,某点应力随距圆心距离的增大而减小,超过约4倍圆孔半径远处逐渐趋于稳定,其值接近于初始地应力场。当圆孔为深埋的情况时,与简化为无限平面的情况进行了对比,两种方法计算结果接近,距圆心2.5R远处岩体径向正应力和环向正应力均为负值,而切应力正负值间隔分布,各应力极值分布与斜坡倾向呈一定的相关性。     

考虑桩周饱和土扰动效应的楔形桩水平振动阻抗

为了计算考虑桩周土扰动效应下的楔形桩水平振动阻抗,将薄层饱和土径向离散,利用Biot波动理论建立饱和土的复刚度传递多圈层水平振动平面应变模型,计算径向非均质的桩周土对桩身的水平动反力;将楔形桩轴向离散,基于Timoshenko梁理论建立考虑桩身剪切振动效应的横向振动微分方程,利用传递矩阵法推导桩顶水平振动阻抗的半解析解。对考虑饱和土扰动效应下楔形桩水平振动阻抗的影响因素进行了参数化分析,研究表明：在低频激振下增大楔形角能提高桩顶的水平阻抗,且随着振动频率的提高,增大楔形角会增强阻抗的频率依赖性;在低频激振下桩周土弱化会降低楔形桩的水平阻抗,且随着振动频率的提高,弱化效应会提高阻抗的共振幅值;对于如砂砾、粗砂、细砂等渗透系数较大的饱和土应考虑土体中流体惯性效应对楔形水平振动阻抗的影响;对于桩身长径比小且高频振动的楔形桩,有必要采用可以考虑桩身转动惯量及剪切效应的Timoshenko梁模型描述桩身水平振动。     

单根水平旋喷桩施工引起周围土体变形的实用计算方法研究

水平旋喷桩施工期间,大量高压流体（水或水泥浆）注入土层,引起土层内部产生较大的膨胀作用,致使施工周围一定区域的土体发生变形。通过将水平旋喷桩施工过程模型化,基于Verruijt提出的半无限平面内圆孔扩张引起变形的弹性解答,提出了单根水平旋喷桩施工引起土体变形的实用计算方法。研究分析了单根水平旋喷桩施工引起土体应力状态的变化特性,给出了塑性区边界应力的计算公式;考虑水平旋喷施工参数和土性参数,应用能量原理提出了塑性区半径的计算公式。应用所提出的计算方法对水平旋喷桩施工实例进行计算分析,计算值与实测数据的对比结果验证了该计算方法的合理性。     

基于统一强度理论考虑拉压模量不同散体材料桩承载力计算

考虑岩土类材料拉压模量不同和应变软化特性,运用空间轴对称的统一强度理论分析了柱形孔扩张问题,推导出了圆孔扩张问题的应力场、位移场及最终扩张压力的统一解表达式,并在此基础上推导出了散体材料桩极限承载力计算公式。将该公式应用于某高速公路碎石桩复合地基中碎石桩极限承载力的计算,计算值与试验值吻合良好。最后,分析了不同拉压模量比、软化特性参数及其他计算参数对计算结果的影响。分析结果表明:采用传统弹性理论,不考虑拉压模量不同及应变软化的计算方法,会带来较大的误差。     

扩底楔形桩抗压承载力理论计算分析

扩底楔形桩是一种可以有效发挥桩侧摩阻力和桩端承载力,提高单位材料承载力的新型桩;然而针对其竖向抗压承载力理论机理及计算方法的研究相对较少。在小倾角范围内(<5°),基于Randolph和Wroth荷载传递理论模型,建立考虑楔形角对荷载传递机理影响的扩底楔形桩桩侧摩阻力、桩端承载力计算方法;通过与数值计算模型和模型试验实测结果的对比分析,验证该文所建立的理论计算模型的准确性与可靠性;续而开展楔形角、扩大头直径以及桩体强度等因素对扩底楔形桩抗压承载力特性的影响分析。研究结果表明：该文所建立的扩底楔形桩理论计算方法可以准确、有效地计算其竖向抗压承载力;同等地质条件下,扩大头直径比楔形角对基桩竖向抗压承载力的影响更明显。     

分层土中单桩和群桩的水平动力阻抗计算

采用文克尔地基梁模型,在各分层土中建立单桩水平振动微分方程,利用各分层土之间桩的连续性条件和桩顶、桩底边界条件,求解单桩振动方程。结合单桩动力阻抗和相互作用因子求解群桩水平动力阻抗。根据能量守恒原则,利用桩的水平静载变形曲线求取分层土等效为均匀土层的参数,提出将分层土等效化为均匀土近似计算单桩和群桩水平动力阻抗的方法,通过算例分析,得到一些有意义的结论。     

基于贝叶斯理论的钢筋混凝土柱受剪承载力计算

现行混凝土结构设计规范中钢筋混凝土柱的受剪承载力公式为半经验半理论计算公式,由于试验数据的有限性和钢筋混凝土材料离散性较大的本质特性,规范建议公式缺乏明确的理论模型。该文以贝叶斯动态信息更新思路,根据主观经验信息选定现行规范中钢筋混凝土柱受剪承载力计算公式作为贝叶斯先验模型,通过已完成试验研究的柱受剪承载力数据,应用贝叶斯方法综合这两类信息进行推断,建立钢筋混凝土柱在反复荷载作用下受剪承载力的概率模型,对未知参数进行估计,修正先验模型并建立后验模型,以达到对先验模型的更新。通过先验模型计算值、后验模型计算值及试验值相互间的对比分析可知：贝叶斯方法继承了先验信息的完备性和大量试验数据的准确性,能够更准确地预测钢筋混凝土柱的受剪承载力。     

基于随机场理论的散体材料桩复合地基承载力可靠度研究

根据Vanmarche提出的土层概率模型,以散体材料桩为例建立了复合地基极限承载力可靠度概率分析模型,模型中考虑了基础性状的影响,采用JC法进行可靠度计算。通过实例讨论了基本变量的变异性、置换率、桩间土发挥系数、滑动面与水平面夹角、桩体材料的内摩擦角等对可靠度指标的影响。     

爆破地震作用下CFG桩复合地基动力特性的数值分析

该文以CFG桩复合地基在爆破地震作用下的现场动力试验为背景,应用有限元软件建立有限元动力分析的数值模拟模型,从水平加速度、竖向加速度、水平位移、竖向位移及应力几个方面对复合地基同一位置不同深度和同一深度不同位置的动力响应进行了分析,其分析结果与试验结果吻合较好。通过数值模拟对动力响应的影响因素进行了比较研究。并与天然地基的动力响应结果进行对比,得出了有指导意义的结论。为今后探讨CFG桩复合地基的承载力、变形和动力特性提供了研究基础。     

基于模型局部修正的井架钢结构极限承载力分析

提出以井架钢结构主要承载杆件测试应力为指标、与应力有关设计参数作为修正对象的模型局部修正理论进行井架钢结构极限承载力分析的新方法。对实验室井架钢结构模型进行多级动载再现实验,通过仿真模拟实现了多级动载应力的拟合,误差在5%以内,验证了模型局部修正理论的正确可行性;以该理论为基础,现场逐级载荷实验数据为依据,建立了真实体现实际井架钢结构力学行为的仿真计算模型,运用线性屈曲法、几何非线性法和双重非线性法,对现场某型号在用井架钢结构进行了实际极限承载力预测,得出了该井架钢结构的极限承载力、破坏形式及危险部位。     

基于统一强度理论的钢管混凝土斜交网格平面相贯节点承载力分析

斜交网格筒结构是一种新型的（超）高层建筑结构体系,由斜柱斜交而成的节点是确保此类结构安全可靠的关键部位。基于国内外的试验研究和理论分析,分析了钢管混凝土斜交网格筒平面相贯节点的构造形式、受力性能和破坏形式。考虑相贯节点核心混凝土受到的约束作用,从双剪统一强度理论出发,对圆钢管混凝土斜交网格筒相贯节点区域内与节点区域外部的核心混凝土进行受力分析,建立了圆钢管混凝土斜交网格筒平面相贯节点承载力的计算公式。所得计算结果与试验结果吻合良好,说明所提出公式的合理性。该文还分析了影响此类相贯节点承载力的影响因素,对钢管混凝土斜交网格筒相贯节点的破坏形式及控制因素进行探讨。采用Von Mises屈服准则对椭圆连接板进行受力分析,提出了临界角度的计算公式。该文研究成果对工程实际具有一定的参考价值。     

基于实测值的桩基沉降计算方法对比分析

以天津滨海地区桩基工程实测资料为基础,应用MATLAB软件编制桩基沉降计算程序,分别用等效作用分层总和法和等代实体深基础法计算桩-承台基础沉降,用明德林法计算桩筏基础沉降。分析表明:等效作用分层总和法计算值小于实测值,而实体深基础法和明德林法则基本大于实测值。分析结果可为3种沉降计算方法在天津滨海地区桩基工程中的应用提供参考。     

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。     

多桩型组合桩复合地基承载力的可靠度分析

基于优化桩型的观点,将柔性桩和刚性桩组合,刚性桩和散体材料桩组合,形成多桩型组合桩复合地基,充分发挥了柔性桩、刚性桩和散体材料桩的优点,弥补了单一桩型在地基处理中的不足。通过对现有多桩型组合桩复合地基承载力计算方法进行分析,建立了多桩型组合桩复合地基极限承载力可靠度概率分析模型。用JC法进行可靠度计算。通过刚柔组合桩复合地基实例,分析了随机变量的变异性对可靠性指标影响。