竖向荷载下斜桩承载变形性状及荷载传递机理试验研究

通过模型试验研究了竖向荷载作用下长径比为25时,不同倾角的斜桩的承载变形及荷载传递性状,并与竖向荷载作用下的直桩的承载变形及荷载传递性状进行了比较。试验结果表明:斜桩的桩顶沉降大于直桩的桩顶沉降,斜桩桩身倾角越大,斜桩的桩顶沉降超过直桩的桩顶沉降越多;斜桩桩身轴力均小于直桩桩身轴力,斜桩桩身倾角越大,桩身轴力沿深度衰减得越快;斜桩桩身弯矩主要发生在桩体上部1/2桩长范围内,且随着桩身倾角的增大而增大,桩身最大弯矩出现的位置与桩身倾角无关。斜桩桩侧平均摩阻力的分布与桩身倾角密切相关;斜桩最大桩侧平均摩阻力出现在桩顶下约1/5桩长处。     

同场地扩底桩和直桩的对比研究

研究了4个场地的4组扩底桩与直桩的竖向静荷载对比试验。结果表明,场地1中桩身直径、桩长相同,桩顶沉降30mm时,扩底桩的桩顶荷载为直桩的5.5倍,桩顶荷载都为2700kN时,扩底桩顶沉降仅为直桩的1/22,扩底桩每多用1m3混凝土,极限承载力就提高1746kN;场地2中(短直桩桩长和扩底桩相当,长直桩比扩底桩长1.65m),桩顶沉降10mm时,扩底桩的桩顶荷载为短直桩的3.58倍,为直桩的1.70倍(虽然长直桩所处的持力层土性较强);场地3中各桩桩长相当,直桩直径较大,虽然直桩的混凝土用量为扩底桩的2.09倍,且刚开始加荷时直桩桩顶沉降比扩底桩大,但总的来说,扩底桩比直桩的承载力大,沉降小;场地4中如要充分发挥2桩桩长、直径相当,扩底桩底有0.2m厚的沉渣,两桩的荷载–沉降曲线很靠近,单桩承载力几乎相同,因此,扩底桩的高承载力就必须减小桩底沉渣。     

长桩对复合地基特性的影响数值分析

利用有限元分析软件ANSYS建立长短桩复合地基模型,分析了长桩桩体模量与桩长变化对长短桩复合地基中长桩与短桩中角桩、边桩和中桩的沉降和应力特性的影响,为复合地基长桩桩体模量与桩长选择提供了依据,有利于复合地基的优化设计。分析结果表明:在长短桩复合地基中,长桩桩身应力最大应力点在桩顶下的某一深度处,在这个深度以上,桩身应力沿深度逐渐增大,在这个深度以下,桩身应力逐渐减小。短桩桩身最大应力点出现在桩顶处,桩身应力从桩顶沿深度减小。随着长桩桩体模量和桩长的增加,长桩、短桩的沉降也相应减小。长桩各桩体的应力随之增加,短桩各桩体的应力变化规律不规则。     

深基坑开挖对扩底抗拔桩承载性能的影响

有限元数值模拟研究表明,基坑开挖土体回弹在扩底桩桩身引起较大的轴力,桩身的中性点位置靠近扩底端。在考虑基坑开挖影响时,桩身的真实轴力远较未考虑基坑开挖影响时大,且轴力的最大点并非在桩顶加载部位,在设计时应充分注意到这一特点给予桩身足够的配筋量。与轴力相应,在基坑开挖后,桩侧表面即存在较大的摩阻力;若忽略该部分摩阻力的存在,将导致对上拔荷载作用下桩侧摩阻力估计的较大偏差。承受上拔荷载后,扩底桩桩端阻力承担了37%左右各级荷载的增量,体现了扩底端在抗拔荷载作用下的有效性。     

黄土地区长短桩基桩竖向承载特性研究

文中利用有限元模型,开展桩长比、长桩模量、端间土模量比以及加载量对桩基承载性能的影响研究。结果表明,桩长比与桩身沉降呈先快速下降、后缓慢下降关系,合理的桩长比为2.17;长桩模量与桩身沉降呈负相关关系,合理的长桩模量为1 500 kPa;端间土模量比与桩身沉降呈负相关关系,端间土模量比为3时最为合理;不同桩长比、长桩模量、端间土模量比条件下,长桩桩身轴力与深度呈负相关关系;不同加载量条件下,长桩的桩身轴力与深度呈先缓慢增加、后缓慢降低的负相关关系,该现象随着加载量的增加而不断显著。随着桩长比、长桩模量、端间土模量比以及加载量的增加,长桩的桩身轴力不断增加。     

砂土中抗拔斜桩模型试验研究

通过模型试验研究了竖向上拔荷载作用下长径比为30时斜桩的承载变形和荷载传递性状,并与同条件直桩的性状进行了比较。结果表明,在相等桩顶竖向上拔荷载作用下,斜桩竖向上拔量大于直桩竖向上拔量;斜桩桩顶竖向上拔量随桩身倾角的增大而增加。在桩顶竖向上拔荷载作用下,抗拔直桩与抗拔斜桩桩身轴力上拔量分布具有一定的相似性。斜桩桩身弯矩主要分布在1/2桩长范围内,且随着桩身倾角的增大而增大;而最大弯矩所处的深度与桩身倾角无关。抗拔直桩与抗拔斜桩的平均侧摩阻力都是从上部开始发挥并往下传递;随着上拔荷载的增加,桩身上部平均侧摩阻力的数值变化很小,而桩身中下部平均侧摩阻力迅速增长。抗拔直桩与抗拔斜桩端部平均侧摩阻力都表现出弱化现象。     

砂土中抗拔斜桩模型试验研究北大核心CSCD

通过模型试验研究了竖向上拔荷载作用下长径比为30时斜桩的承载变形和荷载传递性状,并与同条件直桩的性状进行了比较。结果表明,在相等桩顶竖向上拔荷载作用下,斜桩竖向上拔量大于直桩竖向上拔量;斜桩桩顶竖向上拔量随桩身倾角的增大而增加。在桩顶竖向上拔荷载作用下,抗拔直桩与抗拔斜桩桩身轴力上拔量分布具有一定的相似性。斜桩桩身弯矩主要分布在1/2桩长范围内,且随着桩身倾角的增大而增大;而最大弯矩所处的深度与桩身倾角无关。抗拔直桩与抗拔斜桩的平均侧摩阻力都是从上部开始发挥并往下传递;随着上拔荷载的增加,桩身上部平均侧摩阻力的数值变化很小,而桩身中下部平均侧摩阻力迅速增长。抗拔直桩与抗拔斜桩端部平均侧摩阻力都表现出弱化现象。     

基于改进虚土桩法的扩底桩沉降计算方法

基于佐藤·悟的荷载传递模型,考虑桩身自重及桩侧土深度效应对虚土桩法进行改进,并以扩散角的形式来考虑桩端的应力扩散效应,推导层状地基中扩底桩的沉降计算方法;提出改进的虚土桩计算流程,无需针对虚土桩长进行试算,减少计算成本;将改进虚土桩法计算得到的荷载 沉降曲线与实测数据及现有扩底桩沉降计算方法进行对比,并分析桩身直径、扩大段直径以及桩长等因素对扩底桩沉降和承载力的影响规律。结果表明：在考虑土体自重、深度效应等因素作用下计算所得到的桩顶荷载 沉降曲线与实测曲线吻合更好,能更加准确反映扩底桩的沉降规律。     

欠固结土中单桩负摩擦效应研究

本文针对桩土工后沉降引起的负摩擦效应,建立了桩和土体协同作用的三维计算模型,对桩土沉降过程进行了内力和变形计算,分析了不同欠固结土厚度和桩顶荷载对负摩擦效应的影响。计算结果表明在欠固结土厚度为定值时,桩侧负摩阻力随桩顶荷载的增大而减小,桩顶荷载越大,"中性点"位置越靠近地面(即上移),欠固结土厚度越大,"中性点"位置越远离地面(即下移);桩体轴力分布沿桩身呈现先增大后减小的趋势,轴力最大值对应桩侧摩阻力为零的位置,即桩体中性点位置;在桩端部位存在摩阻力的增强效应,受桩顶荷载大小的影响,轴力在桩端部位的变化幅度较大。随着欠固结土厚度的增大,土体的沉降量也逐渐增大;随着桩顶荷载的增大,土体的沉降量也逐渐增大,但欠固结厚度对于沉降量的影响大于桩顶荷载对于沉降量的影响。     

大直径超长桩承载特性有限元分析

以贵州晴兴线朵冲特大桥100m深的钻孔灌注嵌岩桩为依托,利用Abaqus有限元数值分析,研究了大直径超长嵌岩桩的承载力变化规律.通过有限元模拟分析发现,大直径超长嵌岩桩荷载-沉降曲线为缓变型,其极限承载力应按桩顶沉降值控制,且桩身轴力曲线图显示桩身轴力自上而下逐渐减小,80m以下桩身轴力几乎为零,嵌岩段不受力.因此,大直径超长灌注桩在设计时宜按摩擦桩设计,不一定非要嵌岩.     

复合支护下深基坑的变形破坏和支护结构

以某深基坑工程为研究对象,利用岩土数值分析FLAC 3D软件,建立三维数值分析模型,模拟开挖和支护实际工况,分析了双排微型桩复合土钉支护下基坑开挖过程中的变形破坏和支护结构受力演化特征。结果表明:坑壁水平位移总体上呈现基坑顶部小、基坑中下部大的形式,位移等值线呈鼓肚状;基坑基底隆起量较大,随着距基坑壁距离的减小而减小;基坑边坡竖向沉降较小,最大沉降量出现在支护结构之后;土钉轴力分布呈中间大、两端小的形式,离基坑底部越近,土钉的最大轴力点越靠近基坑开挖面,且随着开挖深度增加,土钉轴力初始增长迅速而后发展较为缓慢;前排微型桩弯矩大于后排,微型桩最大弯矩随着开挖深度的增加不断增大且不断下移,开挖完成后弯矩最大值位于基坑底部以下2 m深度处;基坑开挖及支护过程中监测点的位移时程曲线和塑性区分布区域说明基坑整体稳定性较好,但在坡顶后缘出现拉张塑性区,基坑壁浅表层和基坑底角部位出现剪切破坏区,在施工中应对其采取针对性措施进行保护;该研究成果对深基坑开挖过程中动态演化过程认识和变形破坏防治具有一定参考意义。     

地基固结特性对堆载被动桩影响的数值分析

通过建立三维数值模型,对堆载-被动桩-地基的共同作用进行了分析,得出了桩侧堆载完成后软土在固结过程中桩身的内力和变形特征。结果表明:堆载完成后随着软土地层不断排水固结,桩基水平位移逐渐增大,其变形曲线沿深度呈直线减小的趋势,桩身沉降也随着固结时间的推移不断增加,桩基轴力逐渐增大而弯矩值有所减小。因此,在软土地面堆载过程中要充分考虑地基固结的时间效应。     

静压敞口预应力高强混凝土管桩界面剪切性状试验研究

桩土界面剪切行为对静压敞口预应力高强混凝土(PHC)管桩沉贯性状及长期承载力特性具有至关重要的作用。通过成层土地基中桩身预埋光纤光栅(FBG)传感器的静压桩足尺试验,分别对敞口PHC管桩贯入及静载荷试验中的桩土界面剪切行为进行研究。结果表明：在贯入阶段,桩身轴力及侧摩阻力沿桩的深度方向逐渐传递,传力幅值与桩周土体性状密切相关,土层界面处轴力传递效率依次为98.2%、92.2%、96.3%、83.8%、80.5%。随着压桩循环次数的增加,同一深度土层摩阻力呈逐渐减小趋势。经历5个压桩循环后,深度6 m处的砂质粉土层摩阻力减小幅度约为46.25%,深度10m处的粉质黏土层经历3个压桩循环后摩阻力减小幅度约为12.1%;载荷试验过程中,桩侧摩阻力随着桩顶荷载施加自上而下逐步发挥。摩阻力完全发挥所需的桩土相对位移,粉质黏土层的最大,约为6.96~7.46mm,淤泥质黏土层的次之,约为6.05mm,砂质粉土层的最小,约为4.23mm;与原状土相比,重塑区土体含水量、孔隙比参数指标降低,重度、黏聚力及内摩擦角增大。桩周重塑区土体物理力学指标变化是贯入及载荷试验阶段桩土界面剪切行为不同的重要原因。     

考虑堆载和桩载施加顺序的单桩负摩阻力模型试验研究

通过室内模型试验,研究堆载和桩载施加顺序对单桩负摩阻力的影响。试验结果表明:先堆载后桩载工况下,堆载完成后,中性点位置离桩顶最远,随桩载增加,中性点位置逐渐上移,最终中性点位置在桩顶以下0.5l附近,桩身轴力呈先增加后减小的趋势,单桩承载力发挥系数为0.69。先桩载后堆载工况下,先施加桩载时,桩身轴力沿深度逐渐减小,无中性点,施加堆载时,轴力呈先增加后减小趋势,中性点出现并逐渐下移,最终中性点位置在0.41l附近,单桩承载力发挥系数为0.86。先桩载后堆载较先堆载后桩载桩基承载力发挥系数大,即桩基承载力安全储备小。以上分析表明,荷载施加顺序对基桩的负摩阻力分布有很大的影响,建议在实际工程中综合分析地质条件、桩基的受力特点及承载要求,选取合适的加载顺序来减小桩身负摩阻力。     

长江漫滩高承压水地基地连墙承载特性现场试验研究

 针对长江漫滩高承压水地基,以南京青奥轴线-梅子洲过江通道基坑为依托工程,开展格栅地连墙和普通地连墙承载特性的现场试验研究,分别测试研究其墙顶水平位移、墙体深层水平位移、地表沉降、支撑轴力等随基坑开挖及时间的变化规律。主要结论如下：(1) 墙顶水平位移在支撑设置后均有回弹变形趋势,变形受支撑架设、预加轴力及拆除影响较大;(2) 2种墙体深层水平位移随深度均呈“胀肚型”变化趋势,两者最大侧移均发生在埋深中上部区域;(3) 格栅地连墙在基坑开挖初期,地表先小幅隆起,普通地连墙无隆起现象,且沉降明显偏大,两者随距墙体距离增大沉降逐步变小,且不同距离处差异沉降在基坑开挖后期均有增大趋势。     

考虑冲刷深度变化的桩基小型振动台试验研究

岷江3号桥遭遇2008年“5.12”8级强烈地震,又面临令人震撼的严重冲刷。为了弄清楚该桥实际工况,按照实际桥梁墩桩的1:20模型,采用小型振动台试验的方法,分析在不同冲刷深度、不同地震波作用下桥梁墩桩的抗震性能。试验结果表明:模型桩基冲刷深度在15 cm(相当于桩长1/8)左右时,桩顶弯矩、轴力达到最大值;随着冲刷深度的加大桩身弯矩也随之增大,桩身最大弯矩位置(即最不利位置)随之下移,墩顶弯矩不变而墩底弯矩逐渐减小。岷江3号桥存在继续加剧冲刷的趋势,桩基承载力将继续下降,抗震性能将逐渐降低,需要进行墩桩加固。研究可为强震区受严重冲刷桥梁的抗震设计与加固提供参考依据,对类似工程有较强的借鉴意义。     

既有地下室增层开挖引起的桩基侧摩阻力损失分析

既有高层建筑地下增层开挖,不可避免地引起地基应力场改变,导致桩土接触面和桩端土层应力变化,从而降低原基础底板下桩基承载力。由于实际工程情况限制,增层开挖后桩基的承载力无法通过现场试验获得,因而采用理论分析和有限元模拟增层开挖后桩基承载力就显得尤为重要。采用经典桩侧摩阻力计算公式,简单地考虑上覆土压变化以及应用Mindlin应力解考虑开挖引起的附加应力,分别计算桩侧极限摩阻力,然后利用有限元法计算桩侧摩阻力并和前述计算结果相对比,最后分析了增层开挖条件下桩侧极限摩阻力损失比随不同增层开挖宽度和深度的变化规律,结果表明：损失比随增层开挖宽度的增大而增大,开始呈线性增大然后趋于稳定;损失比随增层开挖深度的增大而增大,大致呈线性趋势;损失比沿桩身由上往下逐渐减小。     

斜坡基桩的斜坡空间效应及其水平承载特性研究

为研究水平荷载作用下斜坡基桩的斜坡空间效应对其承载特性的影响,设计并完成了不同坡度及水平荷载作用角度下斜坡基桩室内模型试验,测得了桩顶荷载位移曲线及桩身弯矩分布。结果分析表明：水平荷载相同时,桩顶水平位移及桩身最大弯矩均随坡度增加呈非线性增大,随水平荷载作用角度增加而呈线性减小;基桩水平极限承载力却随坡度增加而减小,随水平荷载作用角度增加而增大。坡度每增加30°,桩顶水平位移约增大1.3~1.9倍,桩身最大弯矩增大约17%~30%;水平荷载作用角度每增加30°,桩顶水平变形减小约25%~30%,桩身最大弯矩减小约6%~11%。斜坡基桩的桩身最大弯矩位于地面以下3~6倍桩径范围内,坡度越大桩身最大弯矩位置越深。分析得到了基桩水平极限承载力拟合公式,可以为斜坡基桩设计提供参考。     

高陡横坡段桩柱式桥梁双桩基础现场试验研究

为分析高陡横坡段桩柱式桥梁双桩基础承载特性及荷载传递机理,依托湖南省张花(张家界—花垣)高速公路泗溪河一桥#6桩开展了现场试验研究。通过采集施工过程中不同工况条件下桩身应力数据,分析了桩身轴力,桩侧摩阻力以及桩身弯矩分布规律。试验结果表明:试桩桩身所受轴向荷载全部由桩侧摩阻力承担,荷载较小时基本由上部土层承担;坡面以下2~5倍桩径范围内桩土极限摩阻力较小,土层与岩层所提供摩阻力之比随荷载增大而降低;桩顶存在负弯矩,前、后桩与横系梁为受力整体。基于有限杆单元方法建立了双桩结构整体分析模型,并通过反算拟合确定了前、后桩土压力分布规律及大小,计算结果与实测值吻合良好,可为同类工程提供参考。     

粉质黏土深基坑土钉墙支护作用机理模型试验研究

以相似理论为基础,确定模型试验的相似比,然后按照相似比的要求选定相似材料,建立试验所需的土钉墙物理模型。设计合理的测试系统、加载系统模拟基坑开挖、土钉墙支护及降雨过程。测试整个试验过程中的土钉墙的墙顶水平位移、土钉内力、土压力等。试验结果表明,基坑开挖引起土体应力重新分布是影响土钉墙墙顶水平位移变化的主要因素,且每步开挖均都会引起墙顶水平位移呈台阶式增大,在土钉墙的施工阶段墙顶最终水平位移达基坑开挖深度的2.3‰;在墙顶的均布荷载不是很大的情况下,墙顶水平位移会随荷载的增大近似呈线性增大,且降雨是引起粉质黏土基坑位移的重要因素;基坑开挖过程中,墙侧土压力呈现先增大后减小再逐渐增加的变化规律;随基坑开挖深度增加,土钉受力逐渐由尾部向内部发展。