考虑桩基剪切效应的盾构开挖对邻近桩基水平向变形分析

盾构隧道开挖将引起土体卸荷,会对邻近既有桩基产生不利影响,为探究既有桩基在邻近盾构开挖下的水平向响应规律,针对已有研究的不足,提出了一种在邻近盾构开挖下能考虑桩基剪切效应的计算桩基水平向响应的简化算法。首先既有桩基被视为置于Pasternak双参数地基上的铁木辛柯梁,然后由两阶段法建立起考虑桩基剪切效应的桩基水平向变形控制微分方程,利用有限差分法解得附加荷载作用下的桩基水平向变形解析解。通过离心试验、监测数据的对比,验证了该方法的合理性。并在给定的桩土参数下,把同时考虑桩基剪切和弯曲变形的解析解与只考虑桩基弯曲变形的退化解进行对比,发现较之于欧拉–伯努利梁法,盾构对桩基扰动程度的影响,扰动越大,剪切效应体现越明显,由铁木辛柯梁法计算的位移值与弯矩值更接近实测数据。     

隧道开挖对桩基影响的室内模型试验研究

隧道开挖后,在水平方向和竖直方向均会产生土体位移,由于土体位移和桩的轴向荷载的作用,会使桩身位移和弯矩增大,因此在桩基设计中需要考虑土体位移与轴向荷载的共同作用。针对这一情况,设计桩顶竖向荷载与隧道开挖引起的土体位移共同作用下桩基的模型试验,根据隧道埋深的不同,选取不同的加载模块以模拟隧道开挖引起的土体水平和竖向位移模式。试验结果表明,随着土体位移和竖向荷载的增大,单桩和群桩的弯矩和位移均增大,单桩的弯矩和位移大于群桩中的前桩和后桩,前桩与后桩之间存在明显的遮挡与支撑作用,此外桩顶竖向荷载的影响是不可忽视的。     

基于HSS模型隧道近接群桩基础施工影响分析

依托盾构隧道近接侧穿群桩工程建立三维数值分析模型,土体采用小应变硬化(HSS)模型,参数取值借鉴已有研究成果并根据监测位移数据反演,同时考虑土体开挖、衬砌拼装以及盾尾同步注浆等一系列施工工艺措施,并将模拟结果与监测数据进行对比验证,研究了不同工况下地表沉降的形态分布、群桩桩基变形及基桩结构受力,同时考虑地表位移对等代层厚度的敏感性。结果表明:HSS模型能有效预测隧道近接侧穿高架桥桩引起的变形,模拟结果与监测值较吻合; 隧道开挖引起土相对桩产生了滑移,地表沉降及桩身竖向位移在中心线前后各1D(D为管片外径)范围内随推进步数的增加而不断增大,且增加幅度明显减小; 两线推进地表沉降具有叠加效应,最大沉降量增幅达76.8%; 隧道与基桩水平距离越近,引起基桩沉降变化越大,两线推进基桩桩顶沉降增幅达134%; 群桩中各排桩的水平位移变化趋势基本相同,且同排桩的水平位移值相差不大,由于群桩遮挡效应,水平位移值由大到小依次为前排桩、中排桩、后排桩; 桩身水平位移主要在盾构中轴线2.5D范围内,桩身最大水平位移均出现在隧道中轴线附近; 群桩中同排桩桩身附加弯矩及附加轴力沿桩身分布规律相同,桩身最终附加受力与其距离隧道远近有关; 随着注浆充率β的增大,等代层厚度及地表沉降呈线性减小; 穿越段采取的施工工艺方案是有效的,经估算附加弯矩及轴力对桩基承载力的影响在容许范围内。     

对“考虑桩侧土体三维效应和地基剪切变形的隧道开挖对邻近桩基影响分析”讨论的答复

正1对讨论稿问题的回复首先,感谢程康对"考虑桩侧土体三维效应和地基剪切变形的隧道开挖对邻近桩基影响分析"[1](以下简称"原文")的关注和讨论,下面简要叙述一下原文的研究思路,并针对程康提出的几个问题,逐点答复如下:原文从考虑土体剪切作用和三维作用效应两方面着手,重点分析了Pasternak地基下的考虑桩基侧向土体三维作用效应的隧道开挖引起邻近桩基的水平反应。原文提出的简化解析方法的优势在于以下两点:(1)Pasternak地基模型可以考虑地基的     

隧道开挖条件下被动群桩遮拦效应分析

隧道开挖不可避免地会引起周围土体位移,从而导致临近建筑物桩基础产生附加变形和内力,降低桩基承载力,引起上部结构失稳甚至破坏。如何分析隧道开挖对邻近群桩的影响成为岩土工程界所关心的问题,为此作者提出隧道开挖对群桩影响的两阶段分析方法:第一阶段采用Loganathan等(1998)提出的解析解计算隧道开挖引起的土体自由位移场;第二阶段基于Winkler地基模型将土体自由位移施加于桩分析桩基的力学反应,同时考虑桩基的遮拦效应分析隧道开挖对群桩的影响。采用三维整体数值分析方法分析隧道开挖对临近群桩的影响,并通过对比验证了简化解析方法的合理性,在此基础上分析隧道开挖条件下被动群桩的遮拦效应,分析表明:(1)群桩遮拦效应随桩间距增大而减小;(2)遮拦效应对前排桩影响小于对后排桩的影响,尤其是轴力;(3)遮拦效应对位移的影响远小于对内力的影响,其中对水平位移的影响很小,可以忽略不计。     

开挖条件下非均质地基中被动群桩水平反应分析

地下工程开挖包括基坑开挖、隧道开挖等,邻近建筑物的桩基因开挖引起的土体位移会产生弯矩和变形。基于两阶段分析方法,考虑土体的非线性,采用Winkler地基模型模拟被动单桩桩土之间的相互作用,运用有限差分法进行求解以考虑地基土的分层特性,并基于简化Mindlin方程考虑群桩的桩–桩相互影响,计算被动群桩的遮拦效应,从而得到开挖条件下被动群桩水平反应的简化分析方法。最后将基于两阶段分析方法的差分解法与边界元解、现场实测结果、离心机实验结果等进行对比,验证了该方法的合理性及实用性。     

土体侧移作用下既有轴向受荷桩性状的室内模型试验研究

堆载或开挖等引起的土体侧移对邻近轴向受荷桩的承载和变形性状可能会产生负面影响,对于这一问题目前尚缺乏充分的研究。采用室内模型试验研究轴向受荷桩在土体侧移作用下的承载和变形特性,重点分析了土体侧移、桩顶轴向荷载以及群桩效应等对桩基性状的影响。试验结果表明,桩顶轴向荷载和土体侧移的耦合作用使得桩身弯矩和位移均相应的增大;而两桩中的前桩对后桩具有遮拦效应,前桩的存在使得后桩的弯矩和变形明显变小。在工程实践中应充分重视土体侧移与轴向荷载的耦合效应对桩基性状的影响。     

基坑开挖引起的邻近建筑物桩基变形受力响应

基坑开挖时处于土体影响区域的邻近建筑物的桩基会受到影响,而产生附加的弯矩和变形。采用两阶段分析方法,将开挖产生的自由土体位移作为输入条件,基于Winkler地基模型以及桩土变形协调条件,建立单桩的水平位移控制方程。基于简化Mindlin方程考虑被动群桩的桩土相互影响得到群桩的遮拦效应,从而建立群桩控制微分方程,并采用有限差分法进行求解。通过与离心机试验结果的对比,验证了本文方法的合理性。     

被动单桩受轴向荷载作用耦合效应的初步分析

桩基受到基坑开挖、地面堆载等引起的土体水平位移作用,导致桩身产生附加弯矩和位移,可能威胁桩基础的安全,这已成为工程界关注的一个重要问题。文章阐释了被动桩基的主要分析方法,分别基于Winkler地基模型以及非线性的p-y曲线法对土体侧移作用下的邻近桩基相互作用进行分析。并对桩顶受轴力作用的被动单桩进行了算例计算,初步分析了轴向荷载与土体侧移的耦合作用效应,计算结果表明,P-△效应的存在对既有桩基存在一定程度的不利影响。     

应用两阶段分析法测定基础工程施工对邻近建筑桩基的影响

基坑开挖时,土体位移会对邻近桩基产生不利影响。采用两阶段分析法,将自由土体位移作为输入条件,基于Winkler地基模型以及桩土变形协调条件,建立单桩的水平位移控制方程,然后应用简化的Winkler方程,考虑被动群桩的桩土相互影响,计算群桩遮拦效应的影响,建立群桩控制微分方程组。考虑到地基土的分层特性,最后采用有限差分法进行可求解得出桩的水平向位移和内力。     

双层地基中倾斜偏心荷载下基桩非线性模型试验研究

引入初始地基比例系数、初始地基系数、水平位移特征值,导出一种新型双曲线型p-y曲线,并给出了参数经验选取参考值范围。在上层粘土下层砂土地基中进行了2组模型桩试验,含2根水平加载的钢桩和6根倾斜偏心荷载下的木桩。试验表明,水平荷载、竖向荷载和偏心弯矩荷载下柔性木质模型桩非线性特征显著。按双曲线型p-y曲线计算的模型桩地面处和桩顶水平位移与实测值吻合良好,验证了双曲线型p-y曲线。水平位移特征值增大时,桩身位移将减小,桩身最大剪力将增大,桩身最大弯矩将减小,桩侧最大土压力将增大。双层地基中,下层砂土位移特征值变化对试桩受力影响极小,从简化计算参数和应用角度出发,实际应用时可将下层砂土水平位移特征取值与上层粘土的相同。     

桩排距对双排抗滑桩内力的影响

双排桩结构具有复杂的受力特性。建立有限元模型,分析了不同桩排距条件下前后两排抗滑桩的受力状况。分析结果显示:桩排距越大,后排桩的弯矩和剪力也就越大,而前排桩的弯矩和剪力却越小。双排桩的前后两排桩不能同时发挥抗滑作用。随着桩排距增大,前排抗滑桩的抗滑效果越来越差;双排桩合并为单排桩,提高了抗滑桩的刚度,具有更强的抵抗滑坡体变形的能力,桩的受力也更加合理。当不得不采用双排桩时,应该选择适当的桩排距。另外,通过对浙江杭金衢高速公路K103滑坡双排桩应力与位移的监测分析发现,前排桩的应力与变形均小于后排桩,与有限元分析结果相吻合。     

基于土体的大变形分析钻井船插桩对邻近桩的影响

自升式钻井船插桩对邻近平台桩基础的影响主要体现为插桩导致的土体大变形会使邻近平台桩基础受到附加水平荷载。当钻井船插桩时的桩靴边缘与邻近平台桩外缘之间间距小于桩靴直径时,就需要定量评价钻井船插桩对邻近平台桩的影响程度。基于分析被动桩响应的两段法原理,通过开发ABAQUS中分析材料大变形的网格重新划分算法与相应的计算结果后处理方法,CEL计算结果的后处理方法,形成了求解钻井船在自由场地插桩时周围土体极大变形的有限元算法;进而,依据计算出的自由场地土体位移,采用增量有限差分方法求解非线性地基梁控制方程,即可获得钻井船插桩时的邻近桩桩身响应。以上形成了一种能够定量分析钻井船插桩对邻近桩影响的两段法。利用此方法预测已有的离心模型试验结果,获得了与实测结果基本吻合的预测结果。这表明建立的用于分析钻井船插桩对邻近桩影响的两段法是可行的。     

基于p-y曲线法分析隧道开挖条件下邻近桩基的水平反应

在分析隧道开挖条件下邻近桩基的水平反应时,基于考虑桩土界面非线性的p-y曲线,引入统一极限桩土相互作用力的概念,利用有限差分方法通过迭代求解给出隧道开挖与邻近单桩相互作用的弹塑性解答.在群桩计算中引入考虑群桩效应的p-因子(f_m),从而得到群桩中各单桩的p-y曲线,进而通过有限差分方法求得考虑轴力情况下群桩中各单桩的变形,转角,弯矩和剪力.同时通过已有试验和实测数据对本文方法进行验证分析,结果表明本文方法与试验与实测结果得到了较好的一致性;分析隧道开挖条件下邻近桩基的水平反应时,群桩中的第一排桩与同位置处的单桩性质相似,后排桩由于群桩效应的存在受到的影响将明显小于前排桩.     

基于CPTU测试太湖软土地层单桩水平承载实用分析及案例研究

太湖软土地层广泛分布有较厚的淤泥质粉质黏土层,该淤泥质软弱夹层含水率高、压缩性大,呈流塑态,工程性质极差。以毗邻太湖苏州文博中心桩基建设项目为依托,基于现场试桩试验和CPTU测试p–y曲线法,研究了太湖软土地层超长灌注桩的水平承载特性,明确了淤泥质软弱夹层厚度对单桩水平承载性状的影响规律。案例分析表明:基于CPTU测试单桩水平承载数值计算结果与试桩试验结果吻合较好,桩基承载性状匹配一致;受淤泥质软弱夹层的影响,太湖软土地层水平受荷桩荷载传递深度较深,桩顶水平荷载的影响深度超过20 m;淤泥质软弱夹层的厚度既改变了桩身截面最大弯矩值又影响了截面最大弯矩及弯矩零点的发生位置;在软弱夹层普遍分布厚度0.5~6.0 m范围内,随夹层厚度的增加,软弱夹层变化带来的桩顶水平变位及桩身弯矩递增效应逐渐降低。以上研究成果可为软土地层桩基水平承载设计实践提供技术支撑。     

水泥土搅拌桩剪应力微分方程的推导

为了能准确表征水泥土搅拌桩的荷载传递特性，选取了Cooke提出的剪切位移法的计算模型，最终导出水泥土搅拌桩的桩侧剪应力微分方程，使其在地基处理工程中得到广泛应用。     

基于桩侧广义剪切模型的大直径超长灌注桩承载变形计算方法

大直径超长灌注桩桩身变形较大,桩侧与土体易出现明显的界面滑移,传统剪切位移法难以适合其承载变形计算。基于大直径超长灌注桩桩–土剪切作用性状及桩侧摩阻力发挥特点,采用剪切位移和剪切滑移两阶段法描述其桩侧摩阻力发挥过程,形成桩侧广义剪切模型;在此基础上,采用传递矩阵增量方式建立大直径超长灌注桩承载变形计算方法,并给出计算参数的取值。该方法考虑了桩侧摩阻力发挥的非线性、桩端承载的非线性及桩身材料的非线性,并考虑了桩–土滑移后桩侧摩阻力软化特性及桩端后注浆对桩端承载性状的影响。工程实例计算结果与现场试桩实测值较为吻合,表明基于桩侧广义剪切模型建立的大直径超长灌注桩承载变形计算方法具有合理性与可行性。     

运用钻孔测斜仪监测滑坡抗滑桩 变形受力状态研究

 通过在大截面钢筋混凝土和钢轨抗滑桩身埋设钻孔测斜管,监测得二类抗滑桩的水平侧向位移。对于大截面钢筋混凝土抗滑桩,视为埋于土内的弹性地基梁,求得其弹性曲线微分方程,进而得出桩身转角、弯矩、剪力、桩前抗力等;对于钢轨抗滑桩,把测斜仪所测横向变形当作钢轨桩的弯曲变形,然后再反算出钢轨桩的弯矩、正应力和抗滑力。最后,将该方法应用于某高速公路韩家垭、0509工点滑坡的抗滑桩变形受力监测,效果良好。     

软黏土中导管架基础水平循环加载离心模型试验

为研究海上风机四腿导管架基础在风、浪等水平循环荷载作用下的受力及变形特性,开展了近海饱和软黏土地基四腿导管架基础水平循环加载离心模型试验。实测获得了水平循环荷载下导管架顶部的位移、基桩顶部的水平位移以及桩身弯矩,并利用实测桩身弯矩推导出桩身变形与桩周土反力。试验结果表明:水平循环荷载作用下导管架顶部的荷载–位移曲线表现出明显的非线性;后排桩的水平位移约为前排桩的80%,且均小于导管架顶部的水平位移,导管架发生了一定角度的倾斜;桩身最大弯矩值出现在泥面下约6D深度处。在此基础上,采用双曲正切型p–y曲线方法拟合试验结果并与API规范作对比,发现API规范p–y曲线的初始刚度和极限土反力均偏小。试验进一步揭示了泥面下5D深度范围内需考虑桩周土反力的弱化现象,且前排桩周土反力的弱化程度明显大于后排桩,在工程设计时应分开考虑下基桩桩周土的强度弱化情况。