考虑群桩效应的液化场地桩-土动力p-y曲线研究

为了研究液化场地单桩-土动力p-y曲线对群桩基础的适用性,本文基于OpenSees有限元计算平台,建立了液化场地群桩-土耦合体系地震反应数值模型,并通过离心机试验结果对模型的可靠性进行了验证;基于此数值模型探讨了"p乘因子法"中p-y曲线在液化场地群桩-土动力相互作用分析中的可靠性;通过反复地数值模拟与分析,以桩间距为控制指标,对现有"p乘因子法"中的p-y曲线进行了修正,构建了考虑桩间距效应的液化场地群桩-土动力相互作用p-y曲线,并通过离心机试验结果对其正确性进行了检验。     

水平承载桩的有限元分析

用线性插值函数来逼近土对桩的各种约束反力沿桩入土深度的分布,采用有限元方法和p-y 曲线对水平承载桩进行了桩－土共同作用的非线性分析研究,得出一个新的桩－土相互作用的单元计算模型．推导了桩－土相互作用的非线性单元刚度矩阵,并编写了相应的有限元程序．     

砂土地基中基于径向土压力模型的p-y曲线法（英文）

随着城市建筑的高质量发展,对桩基的水平承载能力提出了更高的要求。因此,更准确地预测水平受荷桩在允许位移范围内的横向响应是重要的。然而,现有p-y曲线法不能充分考虑桩土相互作用,导致预测的桩基水平响应差异较大。本文提出了一种新的理论p-y曲线法,该方法可以考虑桩土界面脱开效应和环向摩擦系数。在此基础上,根据有限差分模型建立了桩身横向响应分析方法。将径向土压力视为初始径向土压力和径向土压力增量两部分,得到了径向土压力的解析表达式。另外,还建立了桩侧径向土压力与桩身水平位移的关系。通过4个算例验证了所提方法的正确性。在此基础上,对内摩擦角、桩长和桩的弹性模量等的变化引起的桩身横向响应进行了参数分析。     

单桩水平动力阻抗计算模型研究

运用土动力学和结构动力学原理,同时考虑地基土的成层非均质性、桩土界面的相对脱离效应和桩侧土的弱化效应,采用数理方程方法分别求解桩与土的振动方程,建立了水平荷载作用下单桩动力阻抗函数的计算方法,同时提出了一种改进的非线性动力W inkler计算模型,确定了模型中各物理元件的参数,通过对比分析验证了计算模型的合理性,从而为桩-土-上部结构耦合系统的非线性分析奠定了基础.     

桩与桩侧土之间的非线性滑移破坏的数值分析

根据桩与桩侧土的非线性剪切特征，采用接触单元来模拟桩与桩侧土之间的非线性滑移破坏，运用虚位移原理推导了桩-土三维等厚度接触元的单元刚度矩阵，较好地模拟桩与桩侧土之间的非线性滑移破坏。既考虑了剪力的传递，又考虑了相对位移，同时也研究了桩长、桩体弹性模量和桩径对桩轴力分布的变化规律的影响。通过实例计算，分析得到一些有益的结果：增加桩长可减少桩的端阻力；对于短桩，提高桩体弹模，虽然能提高桩体刚度，但对提高桩端阻力的影响较小；而对于超长桩，增大桩体弹性模量能增大桩轴力；不管短桩还是长桩，随着桩径的增加，桩轴力都在减少．实例表明，采用适当的桩长、桩径可充分发挥桩的作用。同时也表明了该方法的有效性和正确性。     

(第六届水利岩土学术讨论会推荐稿)水平受荷大尺寸钢管桩离心数值试验研究

大尺寸钢管桩是近海风电场建设中最常用的单桩基础之一。基于水平受荷钢管桩离心物理试验成果,以三维有限差分方法为技术手段开展离心数值试验,深入揭示桩-土相互作用关系。研究结果表明：水平受荷下钢管桩侧向变形显著受控于土层弹性模量,通过对计算参数的反演,在验证各级水平荷载条件下离心数值试验桩顶变形、桩身挠度及弯矩分布等与离心物理试验基本吻合的前提下,提取水平受荷条件下钢管桩不同埋深截面区间的荷载-位移（p-y）关系,对不同层位地基土所提供的水平抗力及其分布规律有了系统认识。物理试验和数值试验相结合的研究方法有效克服了物理试验中监测数据有限、监测工具布设困难等缺点;同时,本研究中基于数值试验获取水平受荷桩p-y曲线关系的方法具有普遍适用性,可供实际工程中桩基水平承载力设计参考。     

考虑温度和冻融循环的基桩水平承载特性研究

温度和冻融循环作用对冻土基桩水平承载机理的影响尚未明确,其受力与变形计算方法有待深入研究。在已有试验研究的基础上,建立了考虑温度变化和冻融循环作用的基桩p-y曲线模型,推导了水平荷载作用下基桩桩身内力与位移计算的有限差分解答,并将其与试验结果进行对比,验证了理论模型及求解方法的可行性。影响因素分析发现：考虑温度变化和冻融循环作用的p-y曲线,更能反映基桩的实际受力与变形性状。冻结温度T越低,桩身水平位移及弯矩越小,当T＞-5℃时,桩身内力与位移受冻结温度的影响较大;而当冻结温度T≤-5℃后,基桩桩身内力与位移受冻结温度的影响越来越小。当冻融循环次数小于7次时,基桩水平位移和桩身弯矩均随冻融循环次数增加而呈非线性关系增大。桩周土体经历7次冻融循环后,桩顶水平位移和桩身最大弯矩分别增加51.7%和16.1%。当冻融循环次数大于7后,桩身水平位移与弯矩受冻融循环次数的影响已不明显。     

桩承式加筋路堤三维动力流固耦合分析

为了研究交通荷载作用下桩承式加筋路堤的动力特性,采用FLAC 3D软件建立了路堤的三维动力流固耦合分析模型,对无筋无桩、有筋无桩、无筋有桩、有筋有桩4种情况的路堤在动荷载作用下的竖向位移、水平位移、桩土应力比、超孔隙水压力、加速度等进行了计算分析,对比研究了4种情况下各自的特点,揭示了桩承式加筋路堤的作用机制。数值分析结果表明：交通荷载作用下,桩承式加筋路堤通过桩体土拱效应和格栅加筋效应的联合作用,其路面竖向位移、差异沉降及路堤堤址的水平位移都比其它几种情况明显减小;桩土应力比在刚开始加载时最大,随后逐渐减小并趋于稳定;软土地基中的加速度幅值及加速度趋于稳定的时间都明显减小;软土地基中的超孔隙水压力值也远小于无筋无桩时的值。     

桩侧摩阻力-桩土相对位移试验曲线及其拟合分析

为研究单桩不同加载方式对桩侧摩阻力-桩土相对位移规律的影响,通过粉土中桩底无土顶压桩、桩底有土顶压桩、底托桩、自平衡桩等的室内模型试验,得出不同加载方式下的桩侧摩阻力-桩土相对位移曲线(τ-s曲线)。对τ-s曲线的分析结果表明:桩侧平均摩阻力呈阶段性变化;桩底有土顶压桩达到极限摩阻力需要的桩土相对位移大于桩底无土顶压桩及底托桩;不同加载方式的单桩荷载传递均较好地遵循双曲线函数传递规律,通过两种方法拟合实测单桩桩侧摩阻力-桩土相对位移曲线,所得拟合τ-s曲线的拟合度大于0.98。此外,采用变形的双曲线函数进行线性函数拟合,比采用双曲线函数模型对τ-s曲线直接拟合得到的拟合度更高。     

全直桩高桩码头结构的地震易损性分析

为研究全直桩高桩码头的地震易损性问题,以某全直桩高桩码头为工程背景,考虑场地和地震动特性的不确定性影响,借助岩土有限元软件Midas GTS NX,建立全直桩高桩码头-地基土相互作用非线性数值模型.将地基土内最大桩基应变作为破坏损伤指标,基于增量动力分析法对所选地震动进行调幅,并逐一进行数值计算,得到全直桩高桩码头的地震易损性曲线,分析了全直桩高桩码头在不同强度地震动作用下不同破坏状态的超越概率.研究结果表明,当地面峰值加速度<0.80g时,全直桩高桩码头结构的破坏状态主要为轻度损伤以及中度损伤;当地面峰值加速度≥0.80g时,发生严重损伤的概率基本超过了50%,码头结构丧失运营能力.以地基土内桩基损伤为指标的易损性分析,描述了地震对全直桩高桩码头结构造成的影响,可为高桩码头的抗震设计和防灾预测提供参考.     

运营荷载和地震联合作用下跨海桥梁的冲刷效应（英文）

基础冲刷是引起跨海桥梁结构破坏的重要因素。通常,跨海桥梁在恶劣的自然环境下运营,其中日常风、波浪和车辆荷载较大,地震、飓风、船舶碰撞等极端荷载更为频繁。由于基础冲刷的作用,桥梁结构在不同运营和极端荷载作用下的动力特性会进一步加剧。本文研究了运营风、波浪、车辆荷载与地震联合作用下跨海桥梁的冲刷效应。通过考虑系统内的相互作用建立了动力耦合的地震-风-浪-车-桥梁(EWWVB)动力耦合系统,并利用p-y曲线法计算不同冲刷水平下桩土的荷载-位移关系。在此基础上,对某基础冲刷作用下的斜拉桥进行了研究。结果表明,考虑桥梁冲刷后,桥梁结构的动力特性将发生变化,运营荷载和地震联合作用下的桥梁和车辆的动力行为也将受到不同程度的影响。     

土-桩-框架结构动力相互作用非线性有限元模拟

目的 用有限元方法研究土-桩-框架结构动力相互作用动力反应效应.方法 以AN-SYS程序为工具和平台,选用符合实际工作机理的Davidenkov地基模型并定义其参数,利用ANSYS的重启动分析方法、采用APDL参数设计语言编制程序来实现对土体材料的非线性及动力本构模型的模拟;同时利用ANSYS中Combin14单元模拟黏弹性边界,以此建立人工边界来模拟辐射阻尼效应;并提出集成阻尼矩阵的方法,解决结构和地基土阻尼不同而导致的阻尼耦合的问题.结果 通过算例对土-桩-框架结构进行ANSYS分析,考虑土的非线性、接触边界非线性以及阻尼的耦合问题,研究了不同性质地基土的非线性以及不同上部结构对整个体系动力特性的影响.并与已有实验研究结果进行对比分析.结论 结果表明提出的有限元方法能很好的模拟整个相互作用体系的非线性效应,为工程实践与设计提供重要的理论依据.     

考虑时效和土拱效应桩 锚基坑土压力计算方法

根据横向受荷桩的p-y曲线方程,引入时间效应因子,考虑到土拱效应对桩-锚支护结构土压力的影响,提出了一种新的土压力计算方法.该方法既考虑了支护结构位移非线性的影响,又包含了时间效应和土拱效应对土压力的贡献.算例表明,该方法与实测结果比较相符.对墙土摩擦角部分发挥和全部发挥对土压力的影响进行了探讨.结果表明,墙土摩擦角的发挥程度对锚杆处的土压力有一定的影响.为安全起见,建议在涉及土拱效应的工程计算中,按墙土摩擦角充分发挥进行计算.     

竖向地震影响高铁桥梁-桩基系统地震响应分析

为研究竖向地震效应对铁路桥梁地震响应的影响,本文利用p-y曲线、t-z曲线和q-z曲线建立土—桩基非线性模型,采用双线性模型模拟桥墩及桩基础的滞回特性,建立高速铁路桥梁-土-桩基多跨简支梁桥体系模型,计算其弹塑性地震响应,分析竖向地震对桥梁的弹塑性地震响应的影响。研究结果表明:相比水平地震,竖向地震在更高的频段上影响桥梁地震响应,高阶振型对竖向振动影响较大;近断层地震较大的竖向分量相比远场地震造成更大的滞回变形,并通过其频谱特性影响桥梁地震响应。     

竖向地震动对地表最大剪应变的影响

提出以土剪应变幅值增量的变化作为基本指标来反映竖向地震动对土动力特性影响的分析方法,通过数值计算,在对不同地震波平均后,建立考虑竖向地震动与地表最大剪应变幅值相对增量之间的简化计算公式.简化公式中包含了场地类别、竖向和水平峰值加速度比、输入水平加速度峰值和土层厚度等主要影响因素,便于工程应用.同时,依据公式的参数分析表明,地表最大剪应变相对增量与输入水平加速度峰值成指数递增关系,与土层厚度成线性递增关系,与竖向和水平峰值加速度比成抛物线递增关系.     

不同场地类别对基础隔震结构地震反应的影响

土-结构动力相互作用(SSI)会对结构的地震反应产生不可忽视的影响,不同场地条件下结构的地震反应也不同。基于有限元方法,建立了土-隔震结构动力相互作用的整体有限元分析模型,针对不同场地类别,分析SSI效应影响下的基础隔震结构地震反应规律及隔震效果。研究表明,随着地震动峰值加速度的增大,基础隔震结构层间位移、隔震层位移、基础转动角度及加速度反应呈现增大趋势。随着场地条件变差,隔震结构的地震反应也随之加大,隔震层的隔震效率明显较低,尤其是在Ⅳ类场地条件下影响更为明显。在场地条件差、基岩输入峰值加速度大的情况下,土体SSI效应对隔震结构地震反应的不利影响更为明显。     

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。     

海洋平台结构连续倒塌非线性动力响应分析

目前,对突发性极端荷载作用下海洋平台结构整体倒塌的非线性动力过程研究较少.基于海洋平台结构非线性动力时程分析,研究平台结构由于初始破坏引起的动力放大效应,建立海洋平台局部桩柱失效的等效静力模型,采用瞬时加载法,对局部失效的平台模型进行非线性动力响应分析.分析结果表明:随着DCR(需求能力比)值的增加,失效点的竖向位移增加明显,当DCR值很大时,极端荷载可能造成失效结构响应特性发生改变;失效桩柱节点动力放大系数远大于非失效桩柱节点动力放大系数,当DCR=0.9时桩柱失效动力放大系数最大为2.156;随着DCR值的增加,失效节点动力放大系数增加明显,而非失效桩柱结构的动力放大系数基本上保持不变.     

桩-黄土-结构体系地震动力相互作用的数值分析

引入饱和黄土的结构性动力本构模型,结合通用有限元程序建立了桩-土-结构体系的有限元-无限元耦合模型,分别考察了水平地震作用下土体结构性和超孔隙水压力对桩身截面剪应力、水平位移、水平加速度分布的影响。研究表明:结构性、超孔压没有改变桩身各曲线的分布形态,但对其大小有一定的影响。具体表现为:随着土体结构性系数的增大,桩身截面剪应力及桩顶水平位移均先增后降,存在一个峰值点;考虑超孔压时,桩身水平位移最大值、桩截面剪应力最大值和桩身水平加速度最大值都有所增大,其中后两者的分布具有反相关性;不考虑超孔压力的影响总体上是偏于不安全的。     

地震作用下土钉支护高速公路边坡动力参数分析

结合土钉支护高速公路边坡工程实例,在地震作用下采用大型非线性有限元分析软件ADINA对边坡的变形、加速度、土钉轴力及土压力进行了计算和参数分析.考虑土体和支护结构相互作用及其协同工作建立三维有限元模型.应用了非线性静动力性能的弹塑性模型模拟土体;采用了可以描述土钉在进入塑性阶段强化性质的双线形弹塑性模型模拟土钉;土与支护结构相互作用由接触单元模拟.主要研究了地震烈度、土钉长度、土钉间距以及土参数对边坡位移峰值、加速度峰值、土钉轴力最大值以及土压力峰值的地震响应影响.结果表明随着烈度的增大,边坡位移峰值、加速度峰值、土钉轴力最大值以及土压力峰值也都增大,其形状相似;随着土钉长度的增加,边坡位移峰值、加速度峰值、土钉轴力最大值以及土压力峰值将减小,在土钉支护的范围内边坡位移峰值和加速度峰值影响较大,坡底以下土体位移峰值和加速度峰值影响很小;边坡位移峰值、加速度峰值、土钉轴力最大值以及土压力峰值随着间距的减小而减小;土体参数c,φ增大时,边坡位移峰值和加速度峰值将减小,而土钉轴力最大值和土压力峰值将增大.