大直径超长钢管桩溜桩机理及计算方法研究

海洋桩基平台经常采用大直径超长桩,因为桩和锤的重量很大,在沉桩过程中经常发生溜桩现象。为了便于打桩控制,判断溜桩的深度是非常必要的。该文结合实际工程对溜桩的过程和发生机理进行了探讨;提出了在溜桩状态下土阻力的计算方法:采用土的重塑指标计算桩侧摩阻力,采用别列柴策夫模式来计算砂土对桩端部环状基础的地基极限承载力;在此基础上,建立了判断溜桩范围的分析计算方法。针对南海某平台桩基沉桩过程中的溜桩问题进行了分析计算,验证了所提出的方法的合理性可供桩基设计以及沉桩施工参考。     

复杂地层中自升式平台插桩的数值模拟

以胜利9号平台在老174号井位插桩过程为例,基于RITSS大变形数值计算方法,建立了自升式平台桩靴贯入多层地基的有限元模型,研究该平台插桩过程中的土体变形以及地基承载力随深度的变化规律。与SNAME（美国造船与轮机工程师学会）规范推荐的桩靴插桩过程地基承载力公式的计算结果进行对比,规范结果与数值结果的规律较为一致,数值上相差10%,验证了RITSS方法研究桩靴在软硬相间地基上插桩的有效性。结果表明:RITSS数模方法可以有效地模拟自升式平台插桩过程中各个土层的变形、土体流动,并得到合理的地基承载力结果;对于砂土层下卧软土层地基,可以得到承载力峰值。     

考虑附加抗力影响的单桩水平受力分析方法

单桩基础受水平荷载作用时,桩身截面转动引起的竖向摩阻力形成土对桩的附加抗力矩,同时桩端土对桩也有一定的附加抗力效应。为了研究桩身和桩端附加抗力对单桩水平承载特性的影响,该文基于API规范推荐的砂土摩阻力模型,结合桩身径向土压力引起的极限摩阻力增强效应,推导出砂土中桩身抗力矩的离散数值解和简化公式解;采用API规范推荐的黏性土摩阻力模型,推导出黏性土中桩身抗力矩的离散数值解和简化公式解。基于双曲线桩端竖向应力-位移模型,在考虑桩端桩-土界面脱开效应的基础上,得到了桩端抗力矩的离散数值解和简化公式解,桩端水平剪力的离散数值解;进而提出基于Winkler地基梁模型的有限元计算方法,并编制了程序。通过对比试验数据,初步验证了该文方法的正确性,进行了水平承载力的参数分析,结果表明:随着长径比的增加,附加抗力在总水平承载力中的占比逐渐减小;而随着桩直径的增加,附加抗力在总水平承载力中的占比并未显著变化。     

成层饱和土中桩纵向振动特性研究及应用

采用Winkler地基模拟土层间的相互作用,建立了三维轴对称条件下饱和成层土中弹性支承桩纵向振动的简化模型,通过势函数分解和分离变量方法得到饱和土层的振动形式解,进而利用桩土完全接触条件求解出任一桩段的耦合振动解,根据复阻抗传递原理得出桩顶频域响应解析解和时域响应半解析解,在此基础上,分析了分层模型的合理性以及土层参数对桩顶动力响应的影响,最后结合工程实例对比了分层模型和单层模型,结果表明,采用分层模型可以取得更好的拟合效果。     

双层黏土中自升式平台桩靴极限承载力数值分析

海底层状地基极限承载力的预测是海上自升式钻井平台插桩作业设计的关键。目前,成层土地基极限承载能力的确定主要依靠经验公式,但其适用范围和限制条件并不明确。为了研究桩靴在硬软双层黏土地基中的极限承载力,将自升式平台的插桩过程视为桩靴在半无限弹塑性地基上逐渐贯入的准静态过程,将土体视为满足摩尔-库伦屈服准则的各向同性弹塑性体,桩土之间的接触定义为符合库伦摩擦定律的主从接触面接触,在ABAQUS平台上利用非线性有限元法对自升式钻井平台桩靴在硬软双层黏土地基中的极限承载力进行数值计算,分析上、下土层强度比和上层土相对厚度比对极限承载力的影响,并与现有经验公式的结果进行对比。结果表明,BrownMeyerhof公式和投影面积法只适用于硬软差别明显的双层土地基。当上层土相对厚度比H/B一定时,上、下层土强度比Sut/Sub越小,双层土地基的极限承载力越大。当H/B=1.0时,只有在Sut/Sub3.0的情况下才可用BrownMeyerhof公式计算其极限承载力,而投影面积法适用于4.0Sut/Sub6.0的情况。当上、下层土强度比一定时,上层土相对厚度比越大,下部软土层对双层地基极限承载力的影响越小。在Sut/Sub=3.0时,只有在H/B1.0的情况下,BrownMeyerhof公式和投影面积法计算的双层土地基的极限承载力才是合理的。上、下层土强度比越大,上层土相对厚度比越小,发生穿刺的可能性就越大。所得结论对于插桩作业的设计和施工具有一定的工程指导意义。     

PHC管桩在软基应用中的常见问题与对策

由于PHC预应力管桩属于挤土桩，挤土类桩在沉桩过程中，由于桩自身的体积“占用”了土体原有的空间，使桩周的土体向四周排开。在施工过程中措施不到位或挖土方法不当，常会发生桩体偏位、桩身断裂等事故，本文阐述了软土地基中静压PHC管桩施工常见的问题与防治方法。     

褥垫层对CFG桩复合地基承载力影响分析

褥垫层技术一直是复合地基的核心技术,复合地基的许多特性都与褥垫层有关。本文针对CFG桩复合地基,利用有限差分分析软件FLAC3D建立三维弹塑性模型,从褥垫层厚度和褥垫层刚度两个角度,分析褥垫层对CFG桩复合地基桩土应力的调节作用。为CFG桩复合地基的设计和施工提供了合理的参考依据。     

大直径扩底桩深度效应的数值解法

根据经典弹性力学理论分析了桩土的力学性质和荷载传递机理,用离散法计算多层地基上桩土的应力、应变及其分布规律,求得桩端阻力临界桩长、临界厚度数值解及其与土的性质和桩的几何尺寸之间的相互关系。     

瑞利波作用下成层地基中单桩横向振动分析

采用文克勒地基梁模型建立了成层地基中桩土相互作用的粘弹性模型,并利用现有的成层地基中的瑞利波弥散曲线解析解,通过解析法建立了瑞利波作用下多层介质中的桩体横向位移计算公式。在此基础上通过计算实例分析发现,无量纲频率α0、桩土相对刚度比Ep/Es、桩顶约束条件是影响桩体横向位移变化规律的主要因素,随着无量纲频率、桩土相对刚度比的增大,桩土分离的现象逐渐变得显著,桩顶约束的出现也会引起相同的结果。     

高层主裙楼变厚度桩筏基础数值试验

 提供了一种桩-土-筏相互作用的计算模型，将筏板下的桩、土看成弹簧作用在筏板上，简化得到了软弱地基群桩应力和沉降等效分析模型，提出了一种群桩中单桩沉降的计算方法，建立了群桩中单桩非线性刚度的计算模型，并采用三维退化层合单元法对高层建筑主裙楼桩筏基础进行分析．     

饱和粘土中挤土桩球形孔扩张的弹塑性分析

将桩体的贯入模拟为球形孔扩张过程,基于球形孔扩张理论,在大变形假定情况下,结合修正剑桥模型及水力压裂理论,由最小耗能原理从能量的角度推导出了饱和粘土中挤土按球形孔扩张后,土体整个范围内,包括弹性区、塑性区、破坏区内的应力、位移及超孔隙水压力分布的解析解,并分析了土的超固结比对结果的影响,和其他文献的比较结果证明了理论解析解的准确性。其结论可为饱和土地区的静压桩、打桩等岩土工程问题提供理论依据。     

轴向荷载作用下非均匀地基中单桩及群桩分析

该文发展了一种非均匀地基中单桩及群桩分析方法。该方法将桩身离散成若干圆柱形和圆形单元,相应地也将与桩接触的土体界面离散成同样类型和数量的单元,分别建立桩单元和土体界面单元的应力与位移方程。建立桩身单元的位移应力方程时,采用压缩杆理论;建立土体界面单元方程时,采用层状材料基本解。然后,采用桩和土体界面上位移相容条件建立整体方程,计算垂直荷载作用下单桩及群桩的荷载和位移,并且给出桩-基础滑移的计算方法。最后进行了算例分析。由于采用了层状材料的基本解,该数值方法能处理力学参数沿深度方向任意变化的地基。     

Some Observations on the Performance of the Signal Matching Technique in Assessment of Pile Integrity

The pulse-echo method is commonly used to assess pile integrity in a nondestructive way. One of the strategies for detecting relative variation in pile impedance is to analyze the wave reflections from the anomalies based on the 1-D stress wave theory. In current practice, however, several difficulties remain to be resolved in interpreting the wave patterns. Firstly, due to possible three-dimensional (3-D) behavior near the source and dispersion behavior far from the source, 1-D stress wave theory is not always applicable in analyzing the reflections from the anomalies. Secondly, reflections can be produced continuously along the shaft due to the pile-soil interaction, so that the reflection patterns are highly correlated to those from the pile body in complex layered soil profiles, and thus it is generally difficult to distinguish whether the reflections are produced by pile anomalies or by the changes in the soil profiles. In this paper, actual wave characteristics are analyzed based on numerical simulations and guided wave theory, the conditions for 1-D approximation are suggested, and the a method for uncoupling the soil resistance and the pile impedance effects is presented. The evaluation of pile integrity can be improved with help of the 1-D based signal matching technique. The technique is applied to experiments conducted on model piles, test piles for accreditation of pile inspectors, and routine in-situ piles. The results show that 1-D stress wave theory is approximately applicable in analyzing the reflections from deep anomalies under certain limited conditions, and the soil resistance and the pile impedance effects can be effectively uncoupled by relating the pile-soil interaction to the pile radius and the properties of the surrounding soils.     

Influence of pile shape and pile interaction on the crushable behavior of granular materials around driven piles: DEM analyses

This study presents an analysis and a visualization of the effect that the pile shape has on the penetration resistance of driven piles in crushable granular materials. Discrete Element Method (DEM) simulations of single piles with different shapes (flat tip, open pile, triangular tip) being driven into a previously compacted uniform crushable soil are presented. The results from the DEM simulations showed that the shape of the driven piles has a significant influence on the development of penetration resistance and particle crushing. This study also presents the penetration resistance and particle crushing results when a second flat tip pile was driven in a region near a pre-existing single flat tip pile. It was found that considerable high crushing was induced by the second pile. The second pile induced crushing not only on the particles surrounding itself but also on the particles surrounding the pre-existing pile, showing that particle crushing around a driven pile not only takes place when the pre-existing pile is being driven, but it also occurs during the installation of a second pile, in a region closely located to the first one.     

瑞利波作用下双层地基中群桩横向动力响应

采用文克勒地基染模型建立了桩－土－桩相互作用的粘弹性模型,在现有的成层地基中瑞皮弥散曲线解析解的基础,瑞利波作用下的双桩横向相互作用因子^↑α的计算公式。利用Poulos的“叠加原理”,在双桩的基础上得出了群桩桩顶横向位移及桩顶剪力计算公式,经过一系列的参数分析,得出了瑞利波引起的“群桩效应”对于桩顶固接情况可以忽略而对于桩顶自由情况不能忽略的结论。     

竖向受荷长短桩基础的侧端阻力分析方法

运用幂函数有限项级数的表达式表示群桩中单桩的桩侧摩阻力分布函数,并基于弹性理论中的变形协调关系、桩体物理方程和力的平衡关系,推导了长短桩群桩基础中联系桩顶荷载和桩顶位移之间的刚度矩阵。利用该矩阵可以分析长短桩桩基础中桩侧摩阻力和桩端阻力的分布情况。对于不同桩长的群桩基础的侧阻力、端阻力与Poulos方法、Chow混合方法和有限元分析结果进行了比较,证明该方法是可行的,精度也满足要求。     

分数导数描述的层状饱和土中考虑扰动效应的直桩垂直阻抗

为了计算考虑施工扰动效应的单桩垂直阻抗,基于饱和多孔介质理论及分数导数理论对地基的复刚度传递多圈层平面应变模型进行改进,计算了径向非均质的桩周饱和土对桩身的垂直动刚度。其次基于Rayleigh-Love杆模型建立了考虑桩段横向振动效应的轴向振动微分方程,并利用传递矩阵法求解得到了层状饱和土中考虑土体扰动效应的桩顶垂直阻抗的半解析解。对考虑桩周土扰动效应下桩顶垂直阻抗的影响因素进行了参数化分析,研究表明:①桩顶垂直阻抗的共振峰值会随着分数导数阶数的增大而减小,并且该效应会随着外荷载激振频率的增大而越发明显;②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桩顶垂直阻抗的影响;③与地基表层覆盖软土相比,表层覆盖硬土能在外激振荷载较低时提高桩顶的动刚度系数,在高频时降低系统的共振效应。     

消除负摩阻力扩体挤密桩的研制及力学特性分析

针对湿陷性黄土地区等不良土质地区的桩基负摩阻力问题,提出一种既可以消除负摩阻力,又能提高承载力的扩体挤密新型桩,对其结构构成和工作机理进行详细阐述.根据扩体挤密桩的结构特性,建立扩体装置扩张的菱形孔扩张模型,采用复变函数方法,求解了扩体装置扩张的弹塑性解及极限扩张角,推导出该新型桩的单桩极限承载力计算公式.结合算例采用...     

按桩顶沉降量控制超长灌注桩竖向承载力研究

采用桩端阻三折线、桩侧阻双折线荷载传递模型,对基桩竖向承载力进行深入分析,提出了按桩顶沉降量控制大直径超长灌注桩基桩竖向承载力的设想,并导得了多层地基中桩周桩端土层处于各种不同状态下的竖向承载力解析解。该解答不仅能考虑桩周土的分层,还能考虑桩端土体的非线性及沉渣的影响。最后,采用本文方法对两根试桩的实测荷载-沉降曲线进行了比较分析,结果表明二者基本吻合,计算方法可供工程实践参考。     

基于T-P模型的桩-桩水平振动相互作用研究

为精确揭示桩-土动力相互作用,弥补动力Winkler地基-Bernoulli-Euler梁模型(E-W模型)在桩-桩水平振动分析中的不足。考虑土体剪切效应和桩身剪切变形,建立Pasternak-Timoshenko模型(T-P模型)模拟桩-土动力相互作用,推导水平动力和竖向荷载共同作用下的主动桩水平振动解析解。在此基础上,根据桩-桩动力相互作用原理,建立被动桩水平振动控制方程,运用传递矩阵法考虑土体分层特性,利用初参数法计算桩-桩动力相互作用因子;与已有文献进行对比,验证计算结果的正确性。通过参数分析表明：土体剪切效应对水平动力相互作用因子有增强效果;在给定桩土参数的情况下,主动桩和被动桩存在“有效桩长”(Ld=10d～15d);当桩身长径比在L/d=5～10范围内时,不宜忽略桩身剪切变形对动力相互作用因子的影响;竖向荷载对水平-摇摆耦合作用因子的影响最为显著。