软土地区预制桩单桩最终极限承载力估算方法

软土地区预制桩施工具有较强的挤土效应,通常表现为桩周一定范围内土体受到侧向挤压,土体孔隙比降低,抗剪强度增加.目前估算预制桩单桩极限承载力通常选用沉桩前土体参数,这和桩体最终受力状态相比有一定的差异,计算结果通常偏于保守.应用圆柱形小孔扩张理论分析了沉桩的挤土机理,并根据土体抗剪强度与土体密度的唯一性关系,建立了沉桩休止期后桩周土体抗剪强度增量的理论计算公式.应用该公式可估算出预制桩单桩最终极限承载力.经与工程实测结果相比,两者比较接近,说明这种计算方法有一定的工程应用价值.     

估算软土地区预制桩最终极限承载力的修正方法

目的 为了定量分析预制桩承载力的时间效应，从而有效地发挥预制桩承载力的潜能，减少建筑物的建造成本．方法 笔者应用圆柱形小孔扩张理论分析了预制桩施工的挤土机理，并提出了一种根据常见土体参数估算桩周土体密度的方法．在此基础之上又根据土体抗剪强度与土体密度的惟一性关系，最终建立了沉桩休止期后桩周土体抗剪强度增量的理论计算公式．结果 根据沉桩休止期后桩周土体抗剪强度增量的理论计算公式，可以得到估算软土地区预制桩最终极限承载力的修正方法，从而能定量估算出预制桩的最终极限承载力．结论 将笔者提出的修正方法应用于工程实践，其结果与工程实测结果相比，两者较接近，说明该修正计算方法有一定的工程应用价值．     

水平荷载作用下斜坡刚性桩非线性分析

在综合分析现有水平荷载作用下桩基分析方法的基础上,建立了考虑桩侧土体受力状态的斜坡刚性桩力学模型;根据极限平衡原理,建立横向荷载作用下斜坡刚性桩弯矩和应力平衡方程;引入考虑斜坡影响的p-y曲线方法,提出了综合考虑桩侧土体极限承载力与水平抗力系数沿深度呈线性增加的侧向极限承载力与土体抗力承载力系数计算方法,同时,将该方法应用于计算实例,通过与已有有限元和理论计算方法对比分析,计算结果验证了本文方法的合理性与可行性;并利用该方法,分析了斜坡坡角、桩土接触面系数以及地基水平抗力系数对斜坡刚性桩承载特性的影响因素。分析表明:斜坡的坡角、桩土接触面系数对侧向荷载作用下斜坡刚性桩的荷载位移曲线影响明显,而桩侧土的抗力系数对侧向荷载作用下斜坡刚性桩的荷载位移曲线影响不明显。     

桩土摩阻力室内大型直剪试验研究

桩间土的法向应力、相对位移等相互作用关系均会对单桩承载力产生影响。现为研究桩土相互作用对于桩侧摩阻力的影响,采用室内大型直剪仪进行混凝土与土体的剪切试验,研究二者之间的剪力传递形状。研究结果表明:土体与混凝土进行接触面剪切时,剪应力τ与剪切位移s之间满足双曲线τ=s/a+bs的关系,其中的参数1/a与1/b分别代表"初始剪切刚度"和"极限抗剪强度";法向应力、剪应力、剪切位移三者之间的关系可以用双曲线函数τ/σ=μ=s/c+ds进行拟合,其中参数c与法向应力有关,可将c近似表示为法向应力的线性函数。     

温度影响下能量桩-土接触面剪切特性试验研究

能量桩工作过程中,桩体受温度变化影响会产生热变形,进而引起桩周土体的循环剪切作用,弱化地基承载力,给桩基的正常使用带来风险。由于传统直剪仪无法模拟能量桩工作过程中的温度变化,因此对桩-土接触面力学特性受温度影响的变化规律研究较少。对传统直剪仪进行改造,使其可以改变剪切试样温度;所用土体从重庆某施工现场取样,开展不同温度变化下桩-土接触面的室内土工直剪试验,分析单次温度变化和循环温度变化对桩-土接触面力学性能的影响,并对温度影响下桩-土接触面力学特性与土体力学特性的差异进行比较。结果表明,能量桩-土接触面的抗剪强度受温度影响较大;随着温度的升高,能量桩-土界面摩擦角和黏聚力先减小后增大;低法向应力下温度循环对桩-土接触面力学特性影响较大,而高法向应力下温度循环对桩-土接触面力学特性影响不显著;土体的抗剪强度、黏聚力和摩擦角随温度变化规律与桩-土界面类似。     

竖向荷载下膨胀土中桩侧摩阻力室内模型试验分析

为研究含水率和围压对膨胀土中桩侧摩阻力的影响，在经过改造的三轴仪上对膨胀土中的桩进行竖向极限承载力试验，测得桩侧摩阻力随含水率和围压的变化情况。试验结果表明：当沉降在2～3 mm范围内时，桩顶荷载达到极限承载力，之后承载力缓慢下降，最后趋于稳定；在相同含水率条件下，桩侧极限摩阻力随着围压的增大而增大；在相同的围压条件下随着含水率的增大，桩侧极限摩阻力表现为先增大后减小的变化趋势。通过试验结果对比发现，土体在最优含水率18%条件下的桩侧摩阻力最大，直剪试验表明桩侧摩阻力与土体的粘聚力有一定的关系，所以在含水率18%条件下桩-土界面的摩擦力要优于其他2组含水率的土体。     

竖向受荷PCC桩承载机制颗粒流数值模拟

采用颗粒流数值仿真技术,从细观力学角度对砂土中竖向受荷现浇混凝土薄壁管桩(简称PCC桩)与土相互作用过程中的传力机理、桩内外侧土体位移场分布特征及细观结构参数变化规律进行研究。结果表明:PCC桩侧阻力及端阻力在加载初期同步发挥,桩外侧摩阻力始终明显高于桩内侧,桩芯土体承载力发挥不充分,PCC桩承载力主要由桩外侧摩阻力控制;桩外侧摩阻力在桩身中部及靠近端部发挥较为充分,在0.65 L入土深度处外侧摩阻力明显弱化;桩内侧土体在桩身上段范围内位移矢量较小,桩端以上3 d1范围内土颗粒由于土塞效应的存在随桩身一起发生刺入变形,桩外侧土体在桩身中部位移影响范围达到2 d,整个桩外侧位移影响区呈弧形分布;桩周土体接触力链及孔隙率变化与PCC桩宏观力学表现保持一致。研究成果对于进一步明确PCC桩与土相互作用的内在机理具有意义。     

考虑剪切变形影响的桩基m法计算理论

考虑桩基的剪切变形影响,利用单广义位移深梁理论,建立了桩基m法的计算方法,导出了水平位移、转角、弯矩和剪力的初参数表达式和无量纲参数函数的统一表达式,根据桩底边界条件建立了初参数解的计算公式;给出了无量纲参数函数随换算深度和弯剪刚度比的变化图形。研究表明,换算深度小于3.0时,弯剪刚度比对无量纲参数函数影响较小,换算深度大于4.0时,弯剪刚度比对无量纲参数函数影响的趋势非常明显,桩基剪切变形的影响程度与桩的边界条件有关。算例结果表明,桩身的剪切变形有增大桩顶水平位移、提高弯矩零点位置、改变弯矩分布特征、扩大桩侧土压力大小等影响。     

挤扩支盘桩抗拔承载特性的模型试验研究

基于模型试验分析了上拔力作用下挤扩支盘桩的荷载-位移曲线特征、轴力分布特点和抗拔承载力的构成,研究盘径对承载特性的影响规律。结果表明：挤扩支盘桩比直孔桩具有更高的抗拔承载力和抗拔刚度,其拔出破坏具有脆性破坏的特征,同时盘径对挤扩支盘桩Q-s曲线的影响主要在加载后期体现;挤扩支盘桩发生脆性拔出破坏的原因是承力盘引起的土体突发剪切失效,而挤扩支盘桩的抗拔极限承载力主要由挤扩盘压力引起的土体滑移面强度和盘上直孔段的桩土接触面强度决定;上拔力作用下挤扩支盘桩的抗拔承载过程由盘上土体挤密阶段、弹性锚固阶段、塑性锚固阶段构成;盘阻在挤扩支盘桩抗拔承载力中的占比随着盘径的增大而增大,加载后期的盘阻贡献率相对于加载初期可以提升6%～8%。     

钢框架短肢组合钢板剪力墙力学模型

以钢框架短肢组合钢板剪力墙结构该结构形式为研究对象,基于薄板理论及经典结构力学原理,建立了整体力学模型。理论模型中考虑了梁、柱抗侧刚度,梁柱节点、组合钢板剪力墙抗剪刚度及钢板与边缘框架间的等效摩擦阻尼。根据结构变形特点及计算假定建立了结构抗侧刚度、弹性极限抗剪承载力、结构体系极限抗剪承载力及结构体系能量耗散4个理论计算模型。通过与实际结构模型试验结果比较,该整体力学模型计算精度能够满足理论分析要求。文章最后对理论计算值与试验结果的差异进行了分析。     

考虑桩-土相互作用的粘弹性土中管桩的纵向动力阻抗分析

在考虑三维波动的条件下,利用分离变量法求解了管桩桩周和桩芯粘弹性土层的竖向振动,对粘弹性土层中弹性端承摩擦管桩与土层的耦合振动问题进行了研究,得到了粘弹性土层中管桩的复刚度和桩顶导纳.讨论了桩周土和桩芯土剪切模量比、粘滞阻尼系数比和管桩内外半径比对管桩竖向动力阻抗的影响.     

竖向受荷桩的桩-土接触面简化模型

将桩-土接触面由一个理想弹塑性的切向弹簧简化为一层薄壁单元,通过理论分析的方法,在Desai薄层单元法的基础上进行改进,考虑桩径与薄壁单元厚度对单元参数的影响,给出一种弹簧切向刚度与薄壁单元剪切刚度的换算式.数值模拟结果表明,该模型在薄壁单元厚度和桩径在一定范围内变化时模拟结果稳定,其竖向位移分布规律与接触面弹簧模拟结果非常相似;通过改变薄壁单元的强度参数,可以模拟桩-土接触面的强度性质,从而能够较合理地预测桩-土接触面在竖向荷载作用下的变形性状.     

Numerical analysis of pile lateral behavior of pile supported embankment

A finite difference numerical method was adopted to evaluate the pile lateral behavior of pile supported embankment. A published case history was used to verify the proposed methodology. By simulating the case history, the determination of parameters needed were verified. Then three embankments constructed on different ground conditions with different soil-pile relative stiffnesses were analyzed to study pile lateral behaviors including pile deflection and bending moment. The results show that pile deflecti...     

竖向荷载作用下单桩工作性能模拟分析

为了分析单桩的工作性能，采用非线性水平有限层单元模拟桩周围土体，假定其竖向变形沿径向按指数函数变化，考虑沿径向的剪切作用及在竖向的压缩作用建立其刚度矩阵，以非线性的接触面单元模拟桩土界面的力学性能，以修正桩底土刚度的办法模拟极端阻力的非线性性能，这样建立的模拟分析方法能够较真实地反映单桩－土体系的工作性能，按此模拟分析方法模拟某工程大直径桩原型试验获得令人满意的结果。     

考虑尺寸效应的桩侧摩阻力修正计算方法

为研究砂颗粒尺寸效应对桩侧摩阻力的影响, 开展理论分析和室内模型试验研究桩侧摩阻力随桩径、桩表面粗糙度和砂土中值粒径的变化规律, 建立考虑尺寸效应的桩侧摩阻力修正计算方法。考虑尺寸效应后, 通过拟合试验数据得到桩-土界面极限摩擦角与相对粗糙度的关系。为反映尺寸效应对桩侧法向应力增量的影响, 将桩-土界面剪切带视作弹性空心圆柱, 基于小孔扩张理论建立桩侧法向应力增量的改进计算方法, 并通过与模型试验结果对比验证该方法的可靠性。研究表明, 在一定范围内桩侧摩阻力主要受桩-土界面相对粗糙度和桩基与砂土中值粒径的比值两个参数影响, 其中界面相对粗糙度和桩基与砂土中值粒径比值分别通过影响桩-土界面极限摩擦角和法向应力增量进而影响桩侧摩阻力。研究结果可为微型桩等小直径桩基承载力设计提供相应的理论依据。     

Longitudinal vibration of pile in layered soil based on Rayleigh-Love rod theory and fictitious soil-pile model

The dynamic response of pile in layered soil is theoretically investigated when considering the transverse inertia effect.Firstly, the fictitious soil-pile model is employed to simulate the dynamic interaction between the pile and the soil layers beneath pile toe. The dynamic interactions of adjacent soil layers along the vertical direction are simplified as distributed Voigt models.Meanwhile, the pile and fictitious soil-pile are assumed to be viscoelastic Rayleigh-Love rods, and both the radial and vertical displacement continuity conditions at the soil-pile interface are taken into consideration. On this basis, the analytical solution for dynamic response at the pile head is derived in the frequency domain and the corresponding quasi-analytical solution in the time domain is then obtained by means of the convolution theorem. Following this, the accuracy and parameter value of the hypothetical boundaries for soil-layer interfaces are discussed. Comparisons with published solution and measured data are carried out to verify the rationality of the present solution. Parametric analyses are further conducted by using the present solution to investigate the relationships between the transverse inertia effects and soil-pile parameters.     

Nonlinear analysis of pile load-settlement behavior in layered soil

A simplified approach is presented to analyze the single pile settlement in multilayered soil. First, a fictitious soil-pile model is employed to consider the effect of layered soil beneath pile toe on pile settlement behavior. Two approximation methods are proposed to simplify the nonlinear load transfer function and simulate the nonlinear compression of fictitious soil-pile, respectively. On this basis, an efficient program is developed. The procedures for determining the main parameters of mathematical model are discussed. Comparisons with two well-documented field experimental pile loading tests are conducted to verify the rationality of the present method. Further studies are also made to evaluate the practicability of the proposed approach when a soft substratum exists, and the results suggest that the proposed method can provide a constructive means for assessing the settlement of a single pile for use in engineering design.     

层状地基中考虑桩端应力扩散的单桩沉降计算

针对现行单桩沉降计算方法没有考虑桩端应力扩散效应的问题,基于虚土桩模型,提出一种考虑桩端应力扩散效应时层状地基中的单桩沉降计算方法.在土层处于弹性状态下,桩侧土采用双折线模型,桩端土采用虚土桩模型并考虑应力扩散效应,利用荷载传递法,推导出层状地基中考虑桩端应力扩散效应时的单桩沉降计算公式.进一步讨论了该方法中弹性极限位移、弹性抗剪切刚度系数、桩端土厚度和应力扩散角等参数对单桩沉降的影响.结合工程实测数据,对比了该方法计算的荷载-沉降曲线、由规范方法得到的荷载-沉降曲线和实测曲线,结果表明:考虑桩端应力扩散效应时单桩沉降计算方法计算得到的桩顶沉降值与实测值较为吻合,实际工程应用优于规范法.     

Simulation analysis for O-cell test of pile and the interaction of upper pile and lower pile

In this paper,the soil-pile system of O-cell test of pile is simplified as an axi-symmetric problem.By using aggregation of quadrilateral isoparametric elements to simulate pile and soil,setting Goodman’s elements between pile and soils,a method of numerical simulation analysis on O-cell test of pile is presented with the consideration of nonlinear mechanical behavior of soils and pile-soil interface.The method is applied to the analysis of a case of O-cell test of pile.The load-displacement curves and axial force curves of upper pile and lower pile obtained from the O-cell test of pile are fitted,and parameters of the mechanical model of soils and interface are determined.Analysis results validate that the numerical simulation analysis method put forward in this paper is applicable.Furthermore,the interaction and influence of upper pile and lower pile in the O-cell test are also studied with the method.The result shows that if load box is located in a soil layer with fine mechanical behavior,the interaction of upper pile and lower pile in O-cell test can be ignored generally.