基于平面应变模型的岩溶区嵌岩桩桩端极限承载力计算

为了给出嵌岩桩作用在含不同溶洞地层上的桩端极限承载力计算方法,首先,根据岩溶区桩基承载特性建立了简化计算模型;其次,分析了岩溶区嵌岩桩桩端承载机理,并提出了岩溶区嵌岩桩桩端极限承载力计算模型;再次,利用复变函数的方法对岩溶区嵌岩桩桩端平均约束应力进行求解,进而求得岩溶区嵌岩桩桩端极限承载力;然后,对岩溶区嵌岩桩桩端极限承载力的影响因素进行了参数分析,结果表明：①溶洞半径越大,对桩端极限承载力的影响越大。②桩端到溶洞中心的距离越大,对桩端极限承载力的影响越小。③溶洞埋深越大,对桩端极限承载力的影响越大。最后,工程算例对比分析表明该方法能满足工程要求,能为岩溶区嵌岩桩工程实践提供一些参考价值。值得注意的是,由于假定条件的限制,本文计算结果仅适用于溶洞洞边与桩端距离大于3倍桩径时的情形。     

岩溶区嵌岩桩承载力及其下伏溶洞顶板安全厚度的研究

根据岩溶区嵌岩桩的工程特点,建立了符合其工程特点的岩溶区嵌岩桩的固支梁力学模型,基于突变理论导出了岩溶区嵌岩桩的能量势函数和分叉集方程,建立了岩溶区嵌岩桩承载力及其下伏溶洞顶板安全厚度确定的尖点突变模型。根据岩溶区嵌岩桩下伏溶洞顶板失稳破坏条件,提出了岩溶区嵌岩桩承载力及其下伏溶洞顶板安全厚度的确定方法。工程实例分析表明该方法能满足工程要求,具有一定的理论与工程实用价值。     

岩溶区嵌岩桩的试验研究与分析

基于室内模型试验,对岩溶区嵌岩桩的承载能力与破坏模式进行了研究。试验表明,随顶板厚度与溶洞位置偏移距离的增大,极限承载力逐渐增大,随溶洞直径、赤道半径与极半径的增大,极限承载力逐渐减小;破坏核体在竖直方向上基本未超过3d,在水平方向上基本未超过4d;嵌岩桩与基岩相互作用系统的破坏模式主要有冲切破坏、冒落区塌落、扇形塑性区破坏和"撕裂"破坏,破坏模式主要受顶板厚度、溶洞赤道半径b以及c/b的影响;嵌岩桩承载能力还与溶洞形状有关,建议引进形状系数ζ。结合不同条件下岩溶区嵌岩桩的破坏模式,提出一系列安全可靠、便于工程应用的计算公式。     

岩溶地区桩基础竖向承载力及岩溶顶板安全厚度计算方法

由于岩溶地质条件十分复杂,给桩基础的设计和施工带来很多隐患.不同的溶洞顶板厚度将会对基桩桩端极限承载力产生很大的影响,所以岩溶地区嵌岩桩的极限承载力以及岩溶顶板安全厚度的问题是目前亟待解决的关键技术问题.首先针对嵌岩桩承载机理提出一种嵌岩桩竖向承载力的计算方法,并运用至岩溶地区.针对岩溶区嵌岩桩"见洞就穿"的处理方法,...     

基桩下伏矩形溶洞稳定性分析

为给出桩端荷载作用下矩形溶洞稳定性分析方法,首先,提出了符合岩溶区桩基承载特性的简化计算模型;其次,基于复变函数理论,给出了任意矩形溶洞映射函数的确定方法,并求得了任意矩形溶洞在重力作用下的地层应力,同时依据Mindlin解答求得了桩端荷载作用下的地层应力;然后,将矩形溶洞在重力作用下的应力场与桩端荷载作用下的应力场进行叠加,得到了桩端荷载作用在含矩形溶洞地层中的应力场,在此基础上,以Hoek-Brown破坏准则为判别依据,对桩端荷载作用下矩形溶洞稳定性进行分析;最后,通过数值方法及工程实例对本文计算方法进行验算。结果表明:理论计算结果与数值结果、工程实际情况均吻合良好,对岩溶区嵌岩桩的设计计算有一定的参考价值。     

嵌岩桩破坏模式有限元极限分析

以某嵌岩桩现场静荷载试验为背景,基于有限元分析软件ANSYS这一平台,利用有限元极限分析法中的荷载增量法,探讨了不同情况下的嵌岩桩破坏模式。由数值模拟的分析结果可看出,当桩身承载力比基岩承载力低时,破坏一般发生在桩体;当桩身承载力比基岩承载力高时,破坏多发生在桩底基岩及桩与周围岩土界面上;当基岩中存在结构面时,尤其是软弱结构面,破坏多发生在桩周基岩与软弱结构面上。基岩中倾斜的软弱结构面对嵌岩桩的极限承载力影响较大,建立无结构面情况下嵌岩桩桩基模型进行对比,可以看出无结构面情况下的嵌岩桩桩基承载力是有结构面的嵌岩桩桩基承载力的4倍,当软弱结构面与嵌岩桩的距离较近时,嵌岩桩的承载力会急剧降低。     

岩溶区嵌岩桩的破坏模式与工程设计探讨

基于室内模型试验,对不同影响因素下岩溶区嵌岩桩的破坏模式进行研究,将其总结归纳为4类：冲切破坏、冒落区塌落破坏、扇形塑性区破坏和撕裂破坏,破坏模式主要与顶板厚度、溶洞赤道半径 b 以及 c/b 有关。通过对比各规范对岩溶区嵌岩桩设计的相关规定,结合模型试验结果,对溶洞顶板安全厚度的探讨进行延伸,并提出一系列安全可靠、便于岩溶区嵌岩桩设计的公式,并在工程实例中得到验证。     

岩溶区嵌岩桩桩端持力层的有限元分析

用Marc有限元方法对岩溶区嵌岩桩桩端持力层进行了分析,数值模拟了岩层顶板的破坏过程及破坏形态,总结了三类破坏,并且对影响溶洞顶板稳定性的两种主要因素进行了深入分析,获得了一些定性的结论,可供工程人员参考。     

岩溶地区桥梁嵌岩桩基承载力探究

通过大型岩土有限元分析软件Midas/GTS NX,对岩溶地区桥梁嵌岩桩基进行承载力数值仿真模拟,分析了不同顶板厚度对岩溶地区桩基极限承载力的影响。结果显示:桩基极限承载力随溶洞顶板厚度的增加而增加,但几何尺寸大于2.5倍桩径后影响不明显。在保证必要的嵌岩深度的条件下,岩溶地区桥梁桩基嵌岩深度应遵循"宜浅不宜深"的设计原则。工程实例分析中,通过有限元数值仿真模拟,确定了岩溶地区桥梁桩基设计深度和岩溶顶板厚度,具有一定的理论与工程实用价值。     

基于岩溶三维地质模型的桩基承载力特性研究

本文依托中铁十九局集团有限公司岑大公路YTHJ4标桥梁桩基项目,通过Civil 3D软件建立了三维地质模型;并介绍了桩基作用下溶洞两种不同的破坏模式;然后采用基于FLAC 3D数值分析软件的单因子变量法分析了不同溶洞顶板厚度、顶板跨度、洞高、溶洞中心偏离桩轴线距离等对嵌岩桩承载力特性(极限承载力、极限侧摩阻力、桩土相对滑移距离等)的影响。研究结果表明：溶洞顶板是影响桩基极限承载力的主要因素;溶洞极限状态下的破坏模式强烈依赖于溶洞顶板厚度、顶板跨度和岩体力学性质;当溶洞顶板厚度达到三倍的桩径时,桩侧摩阻力可完全发挥;溶洞顶板跨度和偏心距离对桩基承载力特性的影响存在一个稳定点。这些研究结论为岩溶地区的嵌岩桩设计提供了一定的参考依据,进一步丰富了岩溶地区桩基设计理念。     

下伏空洞岩石地基极限承载力计算方法研究

针对岩溶区下伏空洞嵌岩桩桩端岩石地基极限承载力问题,进行了下伏空洞桩端岩石地基的破坏模式分析。基于Hoek-Brown强度准则剪应力形式,理论推导出不同顶板厚度下下伏空洞岩石地基及完整岩石地基极限承载力计算方法。当顶板厚度为1~3倍桩径时,采用极限分析上限原理推导了冲切破坏模式下泛函形式的下伏空洞岩石地基极限承载力表达式。运用变分原理得到冲切破坏线方程,进一步利用偏导求得了下伏空洞岩石地基极限承载力计算公式。当顶板厚度大于5倍桩径时,采用特征线法推导出塑性破坏模式下完整岩石地基极限承载力计算公式。当顶板厚度为4倍桩径时,利用完整岩石地基极限承载力与承载比理论,采用S型生长曲线拟合出冲切剪压复合破坏模式下的极限承载力值。通过与1~5倍厚径比条件下的下伏空洞岩石地基极限承载力室内模型试验结果对比,计算值与实验所得数据吻合良好。     

溶洞顶板破坏对穿越溶洞型基桩极限承载力的影响规律研究

当溶洞顶板的厚度不符合安全设计要求时,基桩需要穿越溶洞并嵌入溶洞底板一定深度以提高基桩的承载力。在桩顶竖向荷载作用下,溶洞顶板的岩体可能存在受拉状态,当张拉应力超过其抗拉强度时,则岩体将发生张拉破坏,使桩身侧摩阻力的受力面积降低,另外,张拉破坏区使溶洞顶板以上岩土体所受的支承作用进一步降低,不利于桩身侧摩阻力的发挥。因此,有必要系统研究溶洞顶板张拉破坏区域对穿越溶洞型基桩承载特性的影响规律。本文基于理论分析提出了穿越溶洞型基桩的失稳破坏模式,揭示了张拉破坏区域产生的力学机理以及对桩身侧摩阻力的影响规律,建立了顶板失稳破坏的简化力学分析模型,进而提出了穿越溶洞型基桩的极限承载力计算方法,为岩溶地区基桩设计和施工提供技术指导。     

嵌岩桩的承载特性与计算模式的认识

嵌岩桩是在端承桩的基础上发展起来的,在计算嵌岩桩承载力时,过去常忽略覆盖层的侧阻力,将嵌岩桩作为直接传递荷载给基岩的受压柱看待,荷载全部由桩端承担。本文通过对嵌岩桩的长径比大小、上覆土层特性、嵌岩段的岩性及成桩工艺(有无沉渣)等分析,得到嵌岩桩不一定是端承桩的概念,从而改变了人们对嵌岩桩承载特性的认识。即认为嵌岩桩的长度越长,长径比越大,上覆土层越硬、嵌岩深径比越大、嵌入岩体越深,嵌岩桩的承载性状越表现为摩擦型桩,而离端承桩也越来越远。并对现行的几种嵌岩桩承载力的计算模式进行了分析。     

Pile end bearing capacity in rock mass using cavity expansion theory

Much empiricism is involved in design of rock-socketed piles in rock masses. In light of this, an analytical solution based on the cavity expansion theory is proposed for calculating the ultimate bearing capacity at the tip of a pile embedded in rock masses obeying the Hoek-Brown failure criterion. The ultimate end bearing capacity is evaluated by assuming that the pressure exerted at the boundaries of a pressure bulb immediately beneath the pile tip is equal to the limit pressure required to expand a spherical cavity. In addition, a relationship is derived to predict the pile load-settlement response. To demonstrate the applicability of the presented solution, the results of this study were compared to those of 91 field tests from technical literature. Despite the limitations, it is found that the end bearing resistance computed by the present work is in good agreement with the field test results.     

嵌岩桩的若干问题探讨及工程实例分析

针对嵌岩桩设计中的承载力和嵌岩深度两大问题进行分析,着重探讨了嵌岩桩承载机理与单桩承载力计算模式、嵌岩深度,以及考虑钢筋受压的桩身承载力,介绍了《建筑桩基技术规范》JGJ94-94最新修订情况,最后结合某工程实际介绍了嵌岩深度的选取方法。     

岩层设承力盘的嵌岩桩抗拔静载试验及计算方法研究

为提高东南沿海桩基础抗拔承载性能,开发应用了一种新型的、在桩身嵌岩段的上侧岩层中设置双向旋扩承力盘的抗拔嵌岩桩。结合广东佛山市某工程,进行单桩竖向抗拔承载特性静载试验。试验表明,该桩抗拔性能优越,抗拔承载力大大优于抗拔直孔桩及扩底桩。基于实测数据,建立适用于该桩的极限承载力双曲线理论模型。基于Hoek-Brown岩体破坏准则及嵌岩桩单桩抗拔承载机理,提出该桩型的抗拔破坏模式,并建立相应的单桩抗拔极限承载力计算方法。该计算方法可有效反映盘下嵌岩段的岩体性质、承力盘所处岩层的岩体性质、盘角及上覆土层厚度等因素对基桩抗拔极限承载力的影响。与规范方法、现场实测的抗拔承载力计算结果对比表明,该计算方法与现场测试结果吻合度高,具有很好的应用前景。     

软岩桩基承载性能试验研究

 地王商会中心和佳得鑫广场是南宁市两座相邻的高层建筑,其基础均采用人工挖孔扩底桩,桩端嵌入第三系泥岩。广西南宁盆地广泛分布的第三系泥岩是典型的软岩,通常被选择作为建筑物桩基的持力层。为掌握软岩桩基的工程性质,采用自平衡试桩法进行上述2个工程共8根嵌岩桩的承载性能试验。考虑到各试桩的嵌岩深度和尺寸不同,为获得较好的试验结果,桩身荷载箱的设置采用不同型式。通过试验解决大吨位软岩扩底桩承载力测试难题,为工程设计提供所需的重要参数。对试验数据进行对比分析结果表明,浸水对软岩桩基的承载性能有较大的削弱。根据试验研究结论,施工中采取有效措施防止泥岩浸水,为今后类似工程的建设积累了宝贵的经验。     

软土地基嵌岩桩的受力性状

结合现场嵌岩桩试桩资料,对嵌岩桩的竖向承载机理、嵌岩深度、端阻力、桩侧阻力等问题进行了深入的探讨,揭示嵌岩灌注桩的承载特性、荷载传递机理、不同桩长的桩在不同荷载水平下的受力性状及桩长压缩规律,得出对嵌岩灌注桩的设计、施工一些具有指导意义的结论。