考虑土体竖向波动效应的静钻根植竹节桩纵向振动阻抗研究

 针对静钻根植竹节桩这一新桩型特殊的桩身结构及桩土接触条件,基于考虑土体竖向波动效应的三维轴对称模型研究其纵向振动阻抗。首先,采用虚土桩模型模拟桩底土对桩端的支承作用,根据桩周土的成层性和桩身竹节的分布情况,将桩土体系沿纵向划分成有限个微元段,同时,将桩周土沿径向划分为有限个圈层以考虑其径向非均质性;然后,利用Laplace变换和阻抗函数递推方法,得到桩顶频域响应解析解;在此基础上,将退化解与已有文献的解进行对比,证明退化解的合理性;最后,在桩基设计中比较关心的低频范围内分析桩身竹节、桩周水泥土及桩底土参数对静钻根植竹节桩桩顶纵向振动阻抗的影响。     

不同桩体刚度对复合地基的影响

结合两例不同桩体刚度的工程实例———石灰搅拌桩和CFG桩复合地基 ,进行了室内试验、现场载荷试验及非线性有限元分析 ,探讨了柔性桩复合地基和半刚性桩复合地基受力、变形性能的不同所在 ,指出桩体刚度的变化是影响复合地基承载特性的重要因素 ,进而提出了区分这两类复合地基的大致界限范围。同时 ,通过现场载荷试验 ,验证了数值分析方法的可靠性和地基土本构模型选取的合理性     

考虑施工扰动效应时大直径扩底桩纵向振动阻抗研究EI北大核心CSCD

基于Rayleigh-Love杆模型研究考虑施工扰动效应时大直径扩底桩的纵向振动阻抗。首先,分别采用虚土桩模型和径向圈层间的剪切复刚度传递法考虑施工扰动造成的桩端以下土体的竖向非均质性和桩周土的径向非均质性;然后,求解桩–土界面的剪切复刚度,将其代入到桩的纵向振动控制方程中,通过Laplace变换和阻抗函数递推的方法,得到大直径扩底桩纵向振动频域响应解析解,在此基础上,通过与已有研究成果的对比,证明本文解的合理性;最后,通过参数分析的方法,在桩基动力设计中比较关心的低频范围内研究了桩的扩底参数以及施工扰动效应对大直径扩底桩纵向振动阻抗的影响,结果表明:(1)扩底半径对桩的动力特性的影响远大于扩底段长度的影响;(2)施工扰动效应对大直径扩底桩的动力特性影响显著,且桩周土扰动的影响要强于桩端以下土体扰动的影响。     

桩底沉渣对桩的纵向振动特性影响研究及应用

在桩底有限土层采用虚土桩模型情况下,对桩底沉渣对非均质土中桩的动力特性的影响进行了研究。首先,将桩端正下方土体模拟为与桩端完全接触的虚土桩模型;然后,对桩侧土采用多圈层平面应变模型,并考虑其径向非均匀性,利用剪切复刚度传递的方法,递推得到了桩侧土作用在桩身的剪切复刚度,结合得到的剪切复刚度,利用阻抗函数递推方法,递推得到虚土桩顶部纵向振动复刚度,将其作为实际桩底的支撑刚度,求解桩顶频域和时域动力响应函数表达式;分析了桩底沉渣特性对桩的纵向振动特性的影响,得到了桩底沉渣对桩基纵向振动响应影响的规律性。最后,利用本文解对工程桩低应变反射波法实测曲线进行了反演拟合分析。     

CFG桩中桩体模量对桩身应力和变形的影响

运用ANSYS分析了CFG桩中桩体模量大小对桩身竖向位移、桩身轴向应力、桩土应力比、桩土相对位移等的影响,通过变化模量大小,对计算结果进行综合比较,得到在实际工程应用中较为合理的桩体模量值。     

考虑横向惯性效应时楔形桩纵向振动阻抗研究

 基于Rayleigh-Love杆模型,研究考虑横向惯性效应时成层土中楔形桩的纵向振动问题。首先,根据桩周土的成层性并考虑楔形桩的变截面特性,将桩土系统沿纵向划分为有限个微元段。然后,运用Laplace变换技术和阻抗函数递推方法,在平面应变条件下推导得到成层土中楔形桩纵向振动时桩顶复阻抗的解析解。最后,采用参数研究方法,在低频范围内分析楔形桩设计参数对桩顶复阻抗的影响,并将同体积时的楔形桩与均匀截面桩的桩顶复阻抗进行对比。结果表明：(1) 楔形桩其他设计参数不变时,动阻尼随着楔角的增大而增大,动刚度也随着楔角的增大而增大,但增大的幅度会随着频率的增大而逐渐减小;(2) 楔形桩其他设计参数不变时,动刚度随着桩长的增大而减小,动阻尼随着桩长的增大而增大;(3) 对等体积的楔形桩与均匀截面桩,当桩长相同时,楔角越大,动刚度越小,动阻尼越大;当桩端截面积相同时,楔角越大,动刚度越大,动阻尼先增大再减小。     

桩土界面软化对桩体极限承载力的影响

变荷载作用下的基础承载性状不同于一般恒载作用的情况,在反复变化的荷载作用下,桩土界面会发生软化,从而降低基础承载力,带来安全隐患。本文利用数值计算方法对桩土界面软化影响桩体承载性状进行分析,考察了影响桩体极限承载力的桩土界面因素界面切向弹簧刚度、界面法向弹簧刚度、界面粘聚力和界面内摩擦角,为更深层次的研究循环荷载作用下的基础承载性状提供依据。     

成层土中粘弹性变截面桩纵向振动分析及应用

为了合理解释成层土中桩的完整性测试，建立了桩端为弹性阻尼支承、桩顶在任意荷载作用下粘弹性变截面桩与多层土共同作用的数学模型，并利用拉普拉斯变换和矩阵理论求得了该模型的振动半解析解，然后利用卷积定理和傅立叶逆变换求得瞬态半个正弦波作用下桩顶响应的振动半解析解。最后，采用数值模拟分析了桩周土层和桩身截面变化位置相同和不同两种情况下，桩周土参数的变化对桩顶速度响应的影响，同时还分析了桩身阻尼的变化对桩顶速度响应的影响。     

成层地基中斜桩弯曲性状及其竖向承载力分析

通过对成层地基中由于土体位移产生的斜桩的弯曲性状的研究 ,分析了斜桩承载力的影响因素。结果表明 :地基反力系数对斜桩承载力影响不大 ,而土体位移会大幅度降低斜桩的竖向承载能力。     

三维轴对称条件下基于虚土桩法的单桩纵向振动分析

虚土桩法是一种处理桩底支撑的新方法,该方法将桩体正下方投影到基岩的土体简化为虚土桩,求解时将其看作桩体。以桩轴心线为 Z 轴,建立轴对称坐标体系,通过虚土桩与土体的边界条件,求解得到虚土桩桩顶的复刚度。将该复刚度作为实体桩桩底的支撑刚度,结合实体桩与土体的边界条件,利用复阻抗传递法得到单桩桩顶的复刚度和速度响应函数。通过数值计算,分析了桩底土体的虚土桩长度、剪切波速及泊松比等参数对单桩动力响应的影响;对比了虚土桩法与其他不同桩底支承的异同,进一步评价了虚土桩法的优越性和合理性;结果表明,虚土桩法可以模拟弹（黏）性支撑和固定支撑,是一种较为严格的计算模型,具有进一步研究的价值。     

桩端刺入的离心机试验研究

采用可视化模型箱,进行桩端刺入离心模型试验。考虑纯砂土、分层介质两种土体情况,研究上覆软弱夹层对桩端刺入的桩侧摩阻力和桩端阻力的发挥性状及阻力随沉降的发展模式的影响。试验表明:分层介质中达到极限桩端阻力所需的桩端刺入量约为纯砂土中的一半,且当桩土相对位移很小时,桩端附近的土体的横向位移和沿深部方向的影响范围基本形成,桩端砂土有比较明显的椭球孔形扩张态势。     

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。     

对桩竖向弹性刚度的讨论

我国《动力机器基础设计规范》(GB50 0 4 0 96 )确定桩的竖向刚度时采用刚性桩的设计理论。对桩土体系采用多质点离散化模型对桩的刚度进行了分析 ,指出 ,按刚性桩的计算结果过于偏大 ,并指出桩侧刚度的不均匀分布对桩的竖向刚度亦有着明显的影响     

不同桩长对无持力层刺入工况下刚性网格–桩加固路基的影响

 根据刚性桩复合地基和桩承式路堤在有持力层刺入工况下的薄弱部位,分析刚性网格–桩复合地基中张拉网、刚性网格和附加桩对薄弱处的加固作用,研究有、无持力层刺入2种工况下刚性网格–桩复合地基受力和变形在不同桩长影响下的变化特征,对刚性网格–桩复合地基是否适用于无持力层工况进行可行性探讨。研究结果表明：在无持力层刺入工况下,刚性网格–桩复合地基大部分边桩弯矩和剪力较大,当桩长缩小,其分布区域向路堤中心方向扩散;当桩长增加,大部分桩桩体荷载比增大,边桩弯矩及剪力、路堤沉降和路堤外侧竖向变形减小;可通过增加桩长,利用PTC管桩放宽中桩截面,减小附加桩桩径,使刚性网格–桩复合地基实现优化并适用于无持力层刺入工况。     

预应力管桩侧摩阻力影响因素的研究

 桩侧摩阻力在各种情况的影响下变化较大,为能准确对其进行取值需对其影响因素进行研究。从侧摩阻力的机制分析推知,侧摩阻力的决定因素为桩土界面强度、土体的强度以及土体的应力状态。土体的应力状态是造成侧摩阻力变化的根本原因,它不仅会影响到桩土界面强度的取值,还会使土体在强度条件一定的情况下表现出不同的抗剪能力。介绍3根预应力管桩的内力测试成果,利用ADINA有限元软件对试验桩进行3个方面的分析：破坏可能发生位置、桩土界面参数的取值、桩侧土压力随土层深度及桩荷载的变化。通过分析发现,3根管桩的破坏均发生在界面处。对于淤泥土桩土界面力以黏着力为主;对砂质土或全风化岩桩土界面力以摩擦力为主,此时桩侧土压力的变化会对桩侧摩阻力极值有影响。     

基于三维离散–连续耦合方法的分层介质中桩端刺入数值模拟

使用离散–连续耦合的方法模拟分层介质中桩端的刺入过程,即在桩端刺入影响较大的区域采用离散元模拟,在离桩较远的区域采用连续单元模拟,开发FLAC3D和PFC3D的结合模块,通过交界处离散颗粒与连续单元的相互接触位移作用实现耦合。通过与有关的数值模拟和离心机试验比较可知,离散–连续耦合方法能高效且合理地模拟分层介质中桩端的刺入过程。研究表明分层介质中桩端刺入存在桩端阻力极限值,上覆软弱层对极限桩端阻的大小的影响效果不明显,但上覆软弱层的存在使得分层介质中桩端阻力达到极限值所需刺入深度远小于纯砂中。综合分析桩端土体宏细观参数的变化规律可得：(1) 与桩端接触的土体被逐渐压密,与桩端连成整体,颗粒基本不旋转,以竖向位移为主;(2) 与桩侧接触的土体颗粒,沿刺入方向发生滑动,颗粒基本不旋转,以竖向位移为主;(3) 稍远区域的颗粒受剪胀作用影响剧烈旋转,以斜向下挤扩运动为主。     

考虑地下水位影响时桩的纵向振动特性研究

基于Bishop有效应力公式、单相流固结理论以及阻抗函数递推方法,研究考虑地下水位影响时双层土中桩的纵向振动特性。利用拉氏变换,在频域中求得桩顶复刚度和导纳函数的解析解。利用傅里叶逆变换,得到瞬态半正弦脉冲荷载作用下桩顶速度时域响应的半解析解。通过数值计算,分析地下水位深度变化、上层非饱和土体饱和度变化对桩振动特性的影响。结果表明,地下水位埋深及上层非饱和土体饱和度对桩顶复刚度及导纳有一定的影响,而对延时较短的桩顶速度时域响应影响很小。因此,在桩的完整性测试中可以忽略地下水位的影响。     

考虑桩竖向支承刚度的桩-承台共同工作的优化设计

通过桩径或桩长的改变对桩竖向支承刚度的影响，建立了考虑桩竖向支承刚度的桩-承台共同工作分析模型。工程实践表明，这种优化设计思想可以使群桩中的每根基桩承载力得以充分发挥，达到了桩-承台共同工作的优化设计目的。     

桩–土动力相互作用问题中桩身刚度的影响效应研究

 通过开展2类刚度差异较大的桩基础的离心机动力模型试验,系统地讨论柔性桩和刚性桩的地震反应差异,以及周围土体对桩体的不同作用效应。对于柔性桩,周围土体的作用主要体现在对桩的约束效应上;然而对于刚性桩,土体更大程度上对桩体施加附加惯性力的作用,以致桩筏基础的周期明显高于无土时的周期;针对柔性桩和刚性桩显著的地震反应差异,巧妙地提出用桩筏结构自振频率 界定两者的行为,可为今后类似研究提供参考。