考虑温度影响的能源桩桩–土界面荷载传递模型

为深入揭示温度对能源桩力学特性的影响,考虑能源桩桩–土界面法向温度应力增量对初始剪切刚度的影响,对传统桩–土界面荷载传递双曲线模型进行修正,并通过合理假设桩身及桩周土中温度场分布,计算得到桩–土界面法向温度应力,建立考虑温度影响的桩–土界面荷载传递模型。同时,选取宁波地区典型软黏土开展不同温度下能源桩承载力特性模型试验,将计算结果与模型试验结果进行对比,结果表明:升温有助于提高能源桩单桩的承载力;桩周土温度、Q-s曲线计算结果与实测值较为一致,验证了能源桩桩–土界面荷载传递模型的合理性;能源桩运行使得桩、土体温度升高,桩、土之间的法向应力增大,相同条件下能源桩上部(0.7 m以上)桩侧摩阻力随温度的升高(30℃→45℃→60℃)有一定的增大,发挥充分,下部反之。     

砂土中大直径单桩的长期水平循环加载累积变形

海上风电在风载、波浪荷载等长期水平循环荷载作用下的累积变形问题备受重视,因其过大会导致风机无法正常工作。考虑了桩周砂土的循环加载特性对海上风电大直径单桩基础的水平循环响应加以研究。首先采用R-O加载曲线和修正Masing准则构建砂土的加卸载应力应变曲线,基于砂土轴向累积应变显式公式推导了砂土加卸载割线刚度演化模型。其次在长期水平循环受荷桩的有限元数值模拟中对该演化模型加以实现,通过与文献的离心模型试验结果进行对比分析,验证了砂土加卸载刚度演化模型用于水平循环受荷单桩响应的合理性。进一步开展了单桩不同埋深的参数分析,探讨了埋深条件对桩顶累积转角发展的影响。研究表明,基于砂土加卸载割线刚度演化模型的有限元分析能够合理模拟砂土中水平循环加载条件下单桩桩顶累积转角的长期演化规律,为分析海上风电的长期循环响应提供了理论基础。     

摩擦型能源桩荷载–温度现场联合测试与承载性状分析

能源桩集地源热泵技术与建筑桩基于一体,桩基承载性状受荷载–温度耦合作用而不同于常规工程桩。开展了昆山某摩擦型能源桩工程的荷载–温度现场联合测试,测试了多级荷载水平与不同换热工况下桩身的温度、应力分布及桩顶位移变化,整理得到桩身的附加温度荷载、桩身轴力及桩侧摩阻力分布曲线,分析了摩擦型能源桩荷载–温度作用下的承载性状与荷载传递特征。测试结果表明:能源桩的温度变化将引起附加温度荷载,桩身轴力和附加温度荷载分布特征和桩顶荷载作用、桩端约束有关,承载性状不同于单一荷载作用下的工程桩。加热工况引起桩身上、中部多处出现负摩阻力,但荷载的增加有利于减小升温引起的负摩阻力效应;制冷工况下,桩端附近产生负摩阻力,能源桩荷载传递特征受荷载–温度耦合作用而改变。设计荷载作用下,能源桩顶加热时隆起而制冷时下沉,加热工况引起的桩顶位移在停止加热回温后可基本恢复,但制冷工况引起的桩顶位移在回温后会导致桩顶产生附加沉降,荷载–温度耦合作用也引起了能源桩沉降性状的变化。     

软土地基MPC劲性复合桩现场试验研究

水泥土与预制混凝土复合桩(MPC劲性复合桩)采用搅拌法先施工水泥土桩,在水泥土桩桩身达到适当强度之后压入预制混凝土桩.桩顶荷载先通过预制桩桩侧传递至桩周水泥土中,再通过水泥土搅拌桩传递至水泥土桩桩周土,形成MPC劲性复合桩的荷载传递规律.为了研究其荷载传递规律和承载特性,在昆明盆地软土分布区进行了MPC劲性复合桩现场载...     

单桩非线性分析的半解析半数值方法(英文)

桩的荷载沉降特性研究已受到工程界的普遍重视 ,研究认为桩土接触面处的非线性位移特性在荷载传递机理方面起着非常重要的作用 ,桩土接触面处的非线性位移特性可由沿桩身的摩阻力的发挥程度来反映 ,然而目前单桩的研究工作大部分是有关单桩的线弹性特性 ,进而得到单桩的荷载位移之间关系的数值解及计算表格。本文提出一个分析桩基沉降的计算模型 ,在该计算模型中 ,用荷载位移传递函数来描述桩身摩阻力和桩身位移的非线性关系 ,并用桩端位移法计算桩的荷载沉降。基于所提出的荷载位移传递函数 ,研究了多层土中单桩的荷载位移特性。     

软土软化对钢管桩承载力影响的模拟分析

考虑桩周土层的软化硬化特性,采用修正的指数曲线模型作为荷载传递函数,应用MATLAB语言编制矩阵位移法分析桩身荷载传递特性的程序,假定不同的桩、土参数和加载工况,模拟分析了上海地区软土软化对钢管桩荷载传递机理的影响,其结果显示当桩长超过一定限度后再增加桩长,桩的承载力增加不明显,对应的桩顶刚度还会有一定下降.     

考虑各向异性及循环效应的SIMSAND模型及应用

为了研究循环荷载作用下产生的砂土的动力响应问题,如液化,变形累积、刚度衰减等。基于一种简单的临界状态砂土模型(SIMSAND模型),引入剪应变反转技术,提出可模拟循环荷载效应的本构模型。再通过引入颗粒材料组构各向异性,实现材料在单剪状态下强度弱化等特性。进而通过模拟法国枫丹白露砂的三轴循环试验和单剪循环试验验证了所提的循环模型的有效性和可靠性。然后,针对ABAQUS动力模块进行了此改进本构的二次开发,通过法国国家路桥实验室的模型桩循环荷载试验,建立有限元模型并对比试验结果,研究桩在长期循环荷载作用下动力响应。研究结果表明改进的SIMSAND循环本构模型能较好地应用于有限元建模,并指导桩基在工程中的设计及应用。     

竖向下压循环荷载作用下单桩承载力及累积沉降特性模型试验研究

竖向循环荷载作用下,单桩的承载力及变形特性均不同于静荷载情况。利用浙江大学自行研制的大型地基与边坡工程模型试验系统开展了单桩基础竖向下压循环荷载作用下的大比例模型试验,获得了不同侧/端阻比下桩基的循环承载力及桩顶循环累积沉降。试验发现:存在一最小循环荷载比,当循环荷载比小于该值时,桩顶不会发生循环累积沉降;一定循环次数内桩顶循环累积沉降基本与循环次数成正比,且循环累积沉降与循环次数的比值近似与桩顶循环荷载比呈线性关系。通过给定单桩循环破坏标准,绘出了模型桩的循环承载力曲线,发现侧/端阻比较大的桩基更易发生桩顶循环累积沉降;通过拟合桩顶无量纲沉降,可预测桩基循环累积沉降的发展。最后提出了长期循环荷载作用下单桩基础的工程设计方法。     

改进的桩土界面荷载传递双曲线模型及其在单桩负摩阻力时间效应研究中的应用

桩土界面荷载传递模型对预测桩的承载变形性状有重要影响。本文在总结前人研究成果的基础上,改进了反应桩土界面荷载传递性状的双曲线模型。改进后的模型可以描述随着地基土的固结,桩侧土初始剪切刚度随时间增长及桩土界面的加载、卸载循环剪切特性。利用该模型分析了大面积堆载下,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施加桩顶荷载情况下,桩身摩阻力的发展变化规律。研究结果表明:随着地基土的固结,桩身中性点位置处于一个变化过程中,桩顶作用的荷载大小不同,桩身中性点位置也不同;地基土固结一段时间后再打桩能减小桩侧负摩阻力。     

摩擦型能源桩热–力耦合全过程承载性能分析

集地源热泵换热管路与建筑桩基为一体的能源桩长度越长,换热性能越好,但其热–力耦合承载性能却愈加复杂且少有关注。利用简化热–力耦合数值方法建立昆山某40m长摩擦型能源桩的数值模型,研究其全过程荷载–温度耦合作用下的荷载传递特征与桩顶位移变化。分析表明摩擦型能源桩在荷载–受热/受冷耦合作用下,桩顶荷载小于50%极限荷载P_u,即荷载水平较低(≤50%P_u)时,桩身轴力、桩侧摩阻力和桩顶沉降明显受温度变化的影响,桩身轴力变化最大达到3.1倍(25%P_u)和1.6倍(50%P_u),桩顶沉降变化幅度达到了66%(25%P_u)和25%(50%P_u)以上;当桩顶荷载水平较高(75%P_u)时,桩顶荷载对能源桩荷载传递特征起主导作用,受冷/受热作用下的温度变化引起的桩身轴力和桩侧摩阻力变化幅度逐渐减小,但受冷工况下桩顶沉降却会有明显增加,桩顶沉降的变化使其已不适合继续作为能源桩使用。因此,工程桩基作为能源桩使用应控制荷载小于75%P_u,且应关注热–力耦合效应对承载性能的影响。     

基于模型试验的柔性桩轴力分布函数修正

桩基计算中的弹性理论法、荷载传递分析法和剪切变形传递法都是从单桩分析开始,然后基于一定的假设或重复使用应用于群桩,由此可见对单桩进行研究的必要性。本文采用室内模型试验的方法,利用自行加工设计的模型箱,对柔性桩的轴力和桩侧摩阻力等特性进行了研究。结果表明:长径比L/D对桩身荷载传递影响很大;在此基础上通过引入桩端土与桩侧土刚度比,对现有的轴力分布函数进行了修正,并利用修正后的分布函数对模型桩的轴力进行了计算。计算结果与试验结果较为一致,表明修正后的轴力分布函数能够更为准确地反映出单桩的轴力变化规律。     

钻孔灌注桩桩基持力层研究

结合实际试验数据,通过布辛奈斯克模型对桩身荷载传递特性进行了研究,得出结论：当桩的长度与直径比达到一定数值后,即使桩端进入岩层数倍于桩径,其桩的荷载传递特性亦表现为摩擦桩,桩的极限承载力由桩身强度决定。     

黄土中服役期桥梁基桩承载特性模型试验研究

桥梁桩基长期受到恒定和循环载荷的影响,研究其服役期的沉降、承载性能与桩侧摩阻力、循环载荷与土层性质之间的关系,对桥梁的改扩建有重要的意义。采用钢管粘贴光纤光栅(串)的方式设计出了理想模型桩,用于加载试验系统。通过模型试验,对黄土地基中桩基在竖向循环荷载作用下承载特性进行研究,基于桩顶沉降、桩身轴力、桩侧摩阻力及桩周土体应力等数据分析,揭示试验加载次数与桩基承载特性间的关系,拟合了黄土中模型试验桩基在静载作用下桩基的承载力与桩顶沉降关系以及循环荷载作用下的桩顶沉降与循环次数间的变化关系。     

考虑负摩阻力作用的超长桩荷载传递计算

基于超长桩试验资料,采用考虑负摩阻力作用的广义双曲线荷载传递模型反映桩侧土弹塑性、软化与稳定三阶段工作特性,桩端采用双曲线荷载传递模型模拟土体的非线性变形特性,并且引入Mindlin解以考虑桩侧摩阻力在桩端处产生的桩端位移,从而建立了层状软土地基中超长桩荷载传递分析理论。该理论可用于计算多层地基中超长桩的桩侧阻力、沉降以及极限承载力,也可用于分析层状地基中超长桩的荷载传递规律。通过工程实例计算与实测对比分析,可知计算得到的荷载-沉降曲线与实测的曲线较为吻合,因此该理论可作为确定桩承载力的依据。该理论可靠、方法简单,且具有较好的适用性。     

土拱应力传递模型及其形态差异性对比

为研究土拱效应的演化过程以及土拱应力的传递规律，根据桩土静力平衡条件及抗剪强度准则建立土拱应力传递模型，并基于工程背景建立数值模型，通过控制等应力差方法比较三种应力云图中土拱的形态差异，并根据土拱应力传递模型对桩后荷载的传递规律进行分析。解析解表明：桩间竖向土拱和桩后水平土拱的法向应力均呈指数递减规律；不同应力云图中土拱形态不同，根据土拱效应随深度的演化过程，可分成四个区域进行研究；水平土拱效应随深度逐渐减弱，桩侧土拱及桩脚处应力随深度均增大并逐渐接近桩后应力；桩后土拱荷载传递系数随深度逐渐减小，桩侧土拱荷载传递系数随深度逐渐增大。     

荷载传递法研究单桩荷载-沉降关系进展综述

荷载传递法概念明确,能反映桩土体系的荷载-沉降主要工作机理,同时具有计算简单、实用性强的优点。根据桩侧和桩端土体的物理力学特性,利用荷载传递方法来确定桩的荷载-沉降关系,是近年来国内外学者广泛关注的问题,对工程界来说,研究这种方法也是很有必要的。分别从荷载传递函数类型、数值计算方法和参数选取及其优化等方面加以概括,总结了单桩荷载传递法近年来的最新进展。今后的工作中,应更加重视通过荷载传递机理分析和试验对比,得出较为实用的地区经验参数,指导设计和施工。     

基于非线性运动硬化模型的饱和黏土桩基础竖向循环弱化数值分析

针对饱和黏土的循环弱化特性,在商用有限元软件的基础上,建立了基于非线性运动硬化准则的饱和黏土循环弱化模型,在各向同性的硬化准则中引入了以等效塑性变形为变量的弱化规律,采用非线性运动硬化准则描述土体的循环滞回特性,同时考虑土体刚度的弱化。通过与饱和黏土单向循环三轴试验结果对比,验证了该模型的有效性。应用本模型,对竖向循环荷载作用下的单桩进行了二维有限元数值模拟,研究了不同循环荷载水平、不同循环次数、在不同土体刚度指数的地基中单桩竖向承载力的弱化情况。最后通过对有关文献模型试验的模拟对比验证了该数值方法的有效性。     

长期竖向循环荷载作用下黄土中单桩沉降特性模型试验研究

长期竖向循环荷载作用下单桩的沉降特性与静载情况下明显不同,通过黄土及饱和黄土中单桩的竖向循环荷载试验,分析了循环荷载作用下单桩的累积位移发展模式,研究了桩顶位移s及循环位移幅值c?随循环次数N的变化规律。试验发现:黄土饱和后单桩的承载力明显下降;饱和前后单桩循环荷载试验的s–N曲线都可采用幂函数进行描述;相同荷载大小时,饱和前单桩的循环荷载位移小于静载位移,循环位移比(循环荷载位移与静载位移的比值)介于0.6与0.8之间,而饱和后单桩的循环荷载位移明显大于静载位移,且循环位移比随循环荷载比线性增长;饱和前单桩的循环位移幅值明显大于饱和后的位移幅值,主要受循环荷载幅值及桩周土性质的影响。     

考虑时效性的静压桩荷载–沉降关系预测方法

考虑天然饱和黏土地层的原位力学特性,采用圆孔扩张模型考虑沉桩效应,结合太沙基一维径向固结理论推导了桩周土再固结过程中土体强度和剪切模量的解析解。在此基础上,根据桩基加载过程中桩侧土体的剪切变形特性,采用指数函数型荷载传递曲线分别建立了静压桩的桩侧和桩端荷载传递模型,提出了考虑时效性的静压桩荷载–沉降关系理论预测方法。通过现场试验对本文解答进行验证,研究了沉桩结束后静压桩荷载–沉降特性随时间的变化规律,分析了静压桩沉桩后不同历时的荷载传递特性。研究结果表明,沉桩结束后静压桩承载特性的变化主要是由于桩侧承载特性的提高;特定休止期后的静载试验结果与静压桩真实承载特性存在一定差异。因此,实际工程中应根据桩周土体力学特性的改变结合静载试验合理确定静压桩的承载特性。     

天然饱和黏土中新、旧桩荷载–沉降关系研究EI北大核心CSCD

天然饱和黏土中静压桩沉桩结束后其桩周土体逐渐固结,由于旧桩周围土体已完全固结,其桩周土体的力学特性与新桩有显著差异,承载特性亦有较大区别。针对新、旧桩单桩的荷载–沉降特性,在考虑土体初始各向异性、沉桩效应的基础上,基于柱孔不排水扩张后桩周土体应力与孔压基本解答,研究新、旧桩周土体力学特性的差异。在此基础上,根据新、旧桩周土体的力学特性和桩侧土体在加载过程中的力学特性,提出分别适用于新桩与旧桩的荷载传递模型,并通过与现场试验结果对比进行验证。研究结果表明,该荷载传递模型能较好地预测新、旧桩的荷载–沉降关系,对新、旧桩混合桩基承载机制的深化认识及其优化设计理论的完善都具有重要意义。