横向荷载作用下桩-土耦合系统的土弹簧刚度

为了较准确地计算横向荷载作用下桩-土耦合系统的土弹簧刚度,首先基于Mindlin公式得到了力与变形量之间的关系,导出了土弹簧刚度与深度以及土体参数之间的关系.由于公式较复杂,故采用Matlab软件编制程序,计算了各弹簧单元的刚度系数,最后使用ANSYS软件计算了在此弹簧刚度系数下桩的变形及各弹簧的压力.通过与常用的基于Boussinesq解导出弹簧刚度的计算结果比较,两种方法所求出的桩体位移吻合较好.结果表明:采用Mindlin导出的位移解能更准确地确定土弹簧刚度系数.     

水平受荷桩性能的有限元分析

为了进一步了解单桩在水平荷载作用下的工作性状,本文采用ANSYS有限元软件对水平荷载作用的单桩受力变形进行了三维模拟分析,引入了面-面接触单元,考察了桩、土的不同设计参数对单桩水平受力性能的影响,得到了水平荷载作用下桩身的内力分布和侧向位移分布规律.通过分析比较,为合理优化桩的桩径、桩长和桩身弹性模量等参数,达到降低工程造价提供依据,供工程应用参考.     

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。     

土自重及地基刚度矩阵对板土相互作用的影响

将地基取为有限分层弹性体，采用三种不同方法计算地基刚度矩阵，根据工程背景下板嵌埋于土中这一特点，考虑土自重应力对地基形变势能的影响，借助于能量变分原理获得了不同地基刚度矩阵时不同荷载作用下的两种不同抗弯刚度的矩形板内力、板底反力和板底位移的数值解答。着重对比分析了地基刚度矩阵的不同算法及土自重应力对板内力及位移计算结果的影响，指出用单位集中力计算地基刚度矩阵，易受Ｂｏｓｓｉｎｅｓｑ解答在集中力作用     

用修正的梁杆单元刚度阵考虑桩的尺寸效应

在梁变形的平面假设下阐述了桩-土数值模型中桩的尺寸效应。基于桩身截面上节点位移的协调条件以及平衡力系的静力等效原理,分别建立了相应的结构中面节点位移和集中力向单元出口位移和节点力的转换阵,并对Timoshenko梁杆单元刚度陈进行了增广修正,以考虑桩的横向尺寸影响桩周土体位移场分布的尺寸效应。算例的结果表明了本文方法的正确性及在桩基-土体FEM数值模型中恰当考虑桩尺寸效应的重要性。     

桩土软化作用特性的研究

根据静力学理论，研究了线性软化和非线性软化模式的桩土系统在外荷载作用下，桩身位移满足的微分方程解释解，提出了相应的桩土系统分布系数的反正演方法，已知桩土力学参数时，可计算不同桩顶沉降下对应的荷载，桩身内力和位移；也可以根据实测的静荷试桩数据，通过作理论计算与实测曲线拟合分析处理，确定桩土系统的力学参数。     

基于地基反力法的水平荷载单桩半解析解

为深入研究水平荷载作用下的单桩响应和桩土相互作用机理,引入了三参数法水平荷载桩的挠曲线微分方程;基于已有的地基反力系数为常数时桩的变形和内力的解析解,以及桩的响应的连续性,提出了半解析解.采用Fortran语言编制了计算程序,并通过特例情况下的解与已有解进行对比来验证所得解的可靠性.计算结果表明:桩长较大时,桩底的边界...     

护坡板桩内力计算方法的探讨

等值梁法、弹性线法和弹性支点法，是工程中目前最常用的支护结构内力计算方法，并被用来对护坡桩进行内力分析．三种方法的计算结果有时彼此差别很大，而计算结果的正确性正是实际工程经济和安全的关键．在对三种方法理论分析的基础上，对计算结果进行了分析比较，弹性线法和等值梁法无法考虑桩的刚度、支撑点位移及被动土的抗力参数对计算结果的影响，仅适合一定刚度范围内的护坡桩的内力计算。     

不同桩头约束下微倾单桩纵横向受荷响应计算的三参数法

为研究桩头转动约束及桩身初始微倾斜对纵横向组合荷载作用下桩身侧向响应的影响,基于三参数形式的地基水平抗力系数,通过矩阵运算提出了桩身变形和内力的半解析解,并与模型试验结果及已有解计算结果进行对比以验证其可靠性。计算结果表明：桩头转动刚度增加时,桩顶位移和地表以下桩身最大弯矩减小,桩顶弯矩和地表以下桩身最大弯矩距离桩顶的距离增大。桩身初始倾角增加时,桩身最大位移和最大弯矩均线性增大,且随纵向荷载的增加其变化速率逐渐增大;纵向荷载增加时,桩身最大位移和最大弯矩均增大,且随纵向荷载和桩身初始倾角的增加其变化速率逐渐增大,而地表以下桩身最大弯矩距离地表的距离呈线性减小。     

双排桩支护结构变形特点与土压力有限元分析

论述了双排桩支护结构设计的基奉理论、简化模型及内力计算方法;运用有限元建立平面应变模型分析双排桩支护结构,对双排桩支护结构所受土压力取值进行了分析与修正。研究表明,双排桩具有较大的侧向刚度,可有效限制围护结构的侧向变形,应将桩顶与连梁做成刚性连接,以保证有效发挥双排桩的支护效果。基坑开挖面以上桩身所受主动土压力与理论主动土压力值相近,开挖面以下桩身所受土压力介于理论主动土压力与静止土压力之间,并随着深度的增加,愈来愈接近静止土压力值。前、后排桩所受的被动土压力与理论被动土压力值相差较大,后排桩被动土压力值接近静止土压力。     

多层加筋垫层刚性桩网复合地基的承载特性

为研究多层加筋垫层刚性桩网复合地基的承载特性,将设置有多层土工格栅的加筋垫层视为大挠度薄板进行分析,运用层合板理论,模拟多层土工格栅与碎石垫层之间的相互作用,建立加筋垫层抗弯刚度矩阵的计算方法。考虑刚性桩网复合地基的三维应力和位移边界条件,根据静力平衡条件,建立加筋垫层应力函数和挠度微分控制方程,并利用伽辽金方法进行求解。在此基础上,利用Winkler地基梁理论和大挠度薄板理论对桩土应力比和格栅拉力进行计算。最后,运用实际工程对计算方法进行验证,并综合分析格栅总层数、铺设间隔和位置等因素对桩土应力比及格栅拉力的影响。研究结果表明：理论计算结果与实测结果较为吻合;随着格栅总层数的增大,桩土应力比增大而格栅拉力降低,铺设2~3层格栅效率最高;随着铺设格栅间隔和底层格栅距桩帽距离的增大,桩土应力比降低,而格栅拉力增大。     

复合地基与临近基坑支护结构之间距离影响规律

基于复合地基与支护结构紧邻情况的离心试验,使用PLAXIS软件,建立复合地基与支护结构之间有一定距离的基坑工程数值模型,研究土条宽度对复合地基与支护结构内力位移的影响规律。结果表明:距离规律可分三个区间:当土条宽度从0增加至6 m, CFG桩轴力与桩土应力比增大,遮拦效应明显,宜建立考虑侧向刚度和遮拦效应的侧压力计算方法主动控制位移;当土条宽度从6 m增加至至18 m, CFG桩轴力、桩土应力比稳定减少,可沿用现有设计算法;土条宽度增加至18 m及以上,新建基坑对既有复合地基不再产生影响。研究结果明确了不同土条宽度下基坑设计方向,以及同类基坑工程中安全防护重点,为进一步建立此类基坑的设计理论奠定了基础。     

复合地基与临近基坑支护结构之间距离影响规律

基于复合地基与支护结构紧邻情况的离心试验,使用PLAXIS软件,建立复合地基与支护结构之间有一定距离的基坑工程数值模型,研究土条宽度对复合地基与支护结构内力位移的影响规律。结果表明:距离规律可分三个区间:当土条宽度从0增加至6 m, CFG桩轴力与桩土应力比增大,遮拦效应明显,宜建立考虑侧向刚度和遮拦效应的侧压力计算方法主动控制位移;当土条宽度从6 m增加至至18 m, CFG桩轴力、桩土应力比稳定减少,可沿用现有设计算法;土条宽度增加至18 m及以上,新建基坑对既有复合地基不再产生影响。研究结果明确了不同土条宽度下基坑设计方向,以及同类基坑工程中安全防护重点,为进一步建立此类基坑的设计理论奠定了基础。     

边坡治理中h型支挡结构的应用与分析方法研究

边坡h型支挡结构桩土协同作用机理复杂,尚未形成一套科学合理的工程设计评价方法,基于刚性联系梁假定以及前、后桩与桩间土协同作用机理,建立了h型支挡结构受荷分析模型,根据Euler-Bernoulli梁理论结合桩周线性土弹簧提出了前、后桩全桩挠曲微分控制方程,保证了桩身变形在滑面处的变形协调关系,利用中心差分格式及矩阵运算方程组对h型结构全桩内力及变形进行了求解,最后基于克枯滑坡h型支挡结构工程设计案例,通过有限元模型与理论分析模型对比,发现二者计算的桩身最大弯矩与剪力误差在5%以内,验证了文中所提方法的可靠性,可满足h型支挡结构的工程设计需求。     

关于变形体虚力原理的表述及证明

本文继文献[6]后,讨论了与变形体虚位移原理相对偶的变形体力学另一基本原理——变形体虚力原理的表述及物理实质证明。与[6]类似,证明了当将变形体作不同分割方式时,由于虚功方程所表达的条件不同,导致充分性命题的结论也不相同。证明了对有限切割方式,虚功方程保证边界与界面处位移协调,而对无限分割方式,虚功方程保证变形体变形协调。     

明挖地铁车站围护结构受力变形监测与数值模拟分析

采用FLAC3D软件对明挖地铁车站围护结构受力变形进行模拟,并将计算结果与现场监测数据进行对比分析.采用所建立的数值模拟方法,对多种预加轴力加载方案中桩身水平变形进行对比分析;研究支撑刚度变化与围护结构变形的关系、围护桩刚度变化与围护结构变形的关系.主要结论有:1)钢支撑预加合理大小的轴力能防止和减少围护结构产生过大的变形,钢支撑预加轴力建议取设计值的80%;2)对变形要求严格的工程中,可加大钢支撑的刚度来减小基坑顶部的水平位移;3)随着围护桩桩径增加,桩身水平变形明显减小,但围护桩直径过大,桩径再增大,控制桩身变形的效果并不明显,设计中从控制基坑变形角度出发,兼顾降低工程造价,选取适当的桩径大小.     

水平受荷阶梯形变截面桩的内力及变形分析

基于线弹性地基反力法,提出水平荷载作用下阶梯形变截面桩内力及变形解析算法,该算法假定相同土层的地基反力模量为常数. 根据桩身的变截面特性以及桩周土体的分层情况将桩身进行分段,建立各段的微分控制方程. 考虑到桩顶、桩端边界条件以及相邻桩段间的协调变形条件,推导出符合桩段挠曲变形特征的迭代关系,得到任意边界条件下的桩身内力及变形算法. 通过将该算法的预测结果与有限元计算结果以及现场实测数据进行对比分析,验证了该方法的可行性. 分析桩身长径比、变径位置、桩径比对桩身内力及变形分布的影响规律. 减小长径比,将变径位置向桩底下移,均可以使得桩顶最大水平位移减小,最大弯矩增大,减小下部桩径有利于减小桩身弯矩峰值,更有效地协调桩身变形.     

堆煤荷载下软土-群桩-承台体系三维数值分析

为了探讨软土场地中堆煤荷载作用下邻近群桩承台体系受力变形特性,以马来西亚某大型储煤场为具体工程背景,基于大型有限元数值计算平台ABAQUS建立可考虑空间刚度效应的堆煤荷载作用下软土-群桩-承台体系三维非线性数值模型,对既定场地群桩承台基础方案进行受力变形分析和安全性评价.结果表明,在堆煤荷载作用下,靠近堆煤侧桩体侧向位移最大,在软弱夹层深度范围内桩体内力变化存在突变现象;在边承台桩身中部和底部,以及中承台桩顶与承台连接处存在拉应力集中区.     

深埋暗道CFG桩及碎石垫层复合地基变形特性

将CFG 桩复合地基技术应用于深埋暗道这类特种结构的地基处理问题,通过对具体试验工程进行现场测试以及不同厚度碎石垫层的室内模型试验研究,对深埋暗道CFG桩复合地基沉降变形进行了分析,指出褥垫层的压缩量是应该被考虑到的,沉降变形计算不能仅仅考虑针对复合地基的修正,并应同时考虑褥垫层变形的修正。利用ABAQUS有限单元法分析了不同厚度褥垫层对C FG桩复合地基桩土应力比、总沉降量、垫层压缩量和桩身轴向应力的影响规律。介绍了一种输煤暗道沉降变形监测方法,通过现场测试、室内模型试验以及有限元分析,确定了深埋暗道CFG 桩复合地基褥垫层的选用原则。