分层土中桩筏土共同作用近似三维分析

基于变分原理,利用Mindlin位移解,通过将桩沿桩与土接触面、筏板沿与土接触面进行三维剖分,建立了在分层土中能够考虑桩筏土相互作用的三维分析方法,利用该方法能够考虑筏板侧壁摩阻效应、分层土、长短桩、不等直径桩的影响。与现有的方法相比,该方法能够更好地模拟桩身摩阻力沿桩身横截面的分布,从而使筏板下群桩之间被夸大的效应减小,桩顶荷载的分布更趋于实际。通过对一组案例进行分析,结果表明:(1)筏板侧壁摩阻效应仅对筏板的板底边缘应力分布影响较大,中部影响较小,对沉降的影响却较小;(2)分层土的位置对桩筏承载的影响较大,尤其是筏板底和桩端所在土层的影响尤为明显。     

O-cell试桩法桩土共同作用的弹性理论分析

基于Poulos桩顶受荷的弹性理论解,对O-cell试桩法在桩端受荷条件下桩侧摩阻力和桩身位移的弹性理论公式进行推导。通过编制相应的计算程序,给出O-cell法试桩条件下桩侧摩阻力和位移沿桩身的分布,并对桩的长径比和桩土刚度比对侧阻与位移沿桩身分布的影响进行分析。     

边载作用下相对桩长对超长桩负摩阻力的影响

为了研究边载作用下相对桩长对超长桩负摩阻力的影响,建立了超长群桩与土体相互作用的非线性数值分析模型,分析考虑土体固结情况下桩侧负摩阻力随桩长和边载距离的变化规律。结果表明:在一定范围的边载作用下,桩长增加后,桩基正负摩阻力的分布范围增大,中性点位置降低,桩身的负摩阻力增大。所以,对于边载作用下的桩基,增加桩长并不能有效地提高桩基承载力。     

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

目前就隧道开挖对桩基变形影响的解析理论研究一般基于Winkler地基模型,较少考虑地基的剪切变形和桩侧土体三维作用效应。基于Pasternak地基模型,首先推导了隧道开挖与邻近桩基相互作用的简化理论解,该解反映了地基剪切变形但未考虑桩侧土体三维作用效应。在此基础上,为反映桩侧土体三维作用效应,将其等效成集中力通过剪切层传递到桩基两侧,推导了体现三维作用效应的群桩反应表达式。将考虑与不考虑桩侧土体三维作用效应的结果进行对比,发现考虑桩侧土体三维作用效应的桩基水平位移和弯矩值更接近监测数据和离心试验数据。此外,还针对群桩影响因素进行了分析。结果表明：土体剪切变形对桩基影响不容忽视,剪切层模量越大,隧道开挖引起的桩身水平位移越小;桩径越大,桩身水平位移越小,桩身弯矩越大;桩基与隧道距离越小,桩基最大水平位移和弯矩值越大。     

桩顶荷载对负摩阻力性状影响的三维数值分析

利用ADINA非线性有限元软件, 考虑桩土相互作用,建立了单桩三维数值模型,分析了桩侧堆载作用下负摩阻力的形成过程,研究了桩项荷载作用下桩身荷载传递、桩侧摩阻力分布、中性点位置、桩顶附加沉降的变化规律以及桩顶荷载和堆载的施加顺序对桩侧负摩阻力的影响。分析结果表明:随着桩顶荷载增大, 桩侧负摩阻力逐渐减小,中性点明显上移,由桩侧负摩阻力产生的下拽力增加的速率变小,而桩顶附加沉降速率呈现逐渐增长的趋势;桩侧负摩阻力的大小受桩顶荷载和堆载施加顺序的影响,桩顶荷载先于堆载施加则产生的负摩阻力最大,而采用相反的加载顺序,产生的负摩阻力最小,甚至消失。所得结论对工程设计过程中负摩阻力的计算提供参考。     

柔性群桩与地基相互作用的非线性分析

对桩侧土采用非线性荷载传递函数 ,桩端土采用线性荷载传递函数 ,同时考虑桩周土所分担的荷载对桩基荷载传递规律的影响 ,首次将增量荷载传递矩阵法与微分方程的近似解法———子域法相结合 ,推出了刚性承台下柔性群桩与地基非线性相互作用的系列近似解析算式。得出了如下结论 :刚性承台下 ,中桩、承台边缘桩及角桩的桩侧摩阻力沿深度的分布规律不完全相同 ,且各桩侧摩阻力发挥的程度也不一样 ,角桩侧摩阻力发挥最大 ,边中桩次之 ,中桩侧摩阻力发挥最小。     

不同直径单桩静压贯入力学特性模型试验研究

为探讨不同桩径静力压入单桩的贯入力学特性,设计了不同桩径的模型桩,基于光纤光栅(Fiber Bragg Grating,简称FBG)传感技术,开展了黏性土中静压贯入两种不同直径单桩的模型试验研究。结果表明:试桩的压桩力基本呈线性增加趋势,桩径越大,压桩力越大;桩径不同会影响单桩的荷载传递性能,由于桩径越大挤土效应越明显,沿深度方向的桩身轴力传递性能优于小桩径桩;桩身单位侧摩阻力随深度增大而增大,桩径越大,对土体的侧向挤压力越大,桩身单位侧摩阻力越大;同一深度,两种不同直径单桩桩身单位侧摩阻力都出现"侧阻退化"现象,"侧阻退化"现象随着贯入深度的增加越明显,且桩径越大,桩身单位侧摩阻力退化越显著;均质黏性土地层静压沉桩阻力主要为桩端阻力,沉桩结束时,试桩桩端阻力占沉桩阻力的比例分别为59.5%和66.2%,不同的桩身直径既影响桩端阻力,又影响桩侧阻力。确定静压贯入沉桩阻力时,考虑基于黏性土的侧阻退化后实际值更为合理。     

成都软质岩灌注桩竖向承载性能现场试验与分析

为获得成都地区软质岩灌注桩的竖向承载性能与特征,基于该地区两根软质岩灌注桩的单桩竖向静载荷试验,采用分布式光纤设备开展桩身应力监测,并结合两根试桩的数值模拟分析,综合确定出桩身轴力、桩侧摩阻力、桩端阻力的大小及分布规律,得到桩身侧摩阻力沿深度呈增大变化特征,且在地层分界处,侧摩阻力曲线发生明显突变;随着桩顶荷载增大,桩端阻力逐渐增强,桩端附近的侧摩阻力也逐渐增大,且这种侧摩阻力强化效应主要集中在桩端以上1m以内。     

基于桩-土界面脱开效应及摩阻力增强效应影响的水平荷载作用下桩受力机理研究

为研究桩侧摩阻力和桩端阻力对水平受荷桩承载性能的影响,在考虑桩侧变法向土抗力作用的基础上分别提出桩-土界面的摩阻力增强效应模型与脱开效应模型。以此为基础,分别推导得出桩竖向侧摩阻力作用下单位长度桩身抗力矩的数值解与简化公式;在双曲线型的桩端阻力-位移模型及摩阻力增强效应基础上,进一步推导得到基底水平阻力与基底抗力矩的数值解和简化公式。并将单位长度桩身抗力矩、基底抗力矩以及基底水平阻力分别代入四弹簧Winkler地基梁模型,采用传递矩阵法得到桩身响应解。通过多组算例对比分析,不但验证了所建议的理论公式正确性,也证明了简化公式的适用性。参数影响分析结果表明：桩顶水平变形降低幅度随着柔性系数的增加、长径比的减小而提高;同时,随着柔性系数的减小,基底抗力矩和水平阻力对基桩水平承载特性的影响逐渐减弱,当为柔性桩时可忽略不计。     

一种基于Mindlin解的直桩沉降弹塑性分析方法

基于Mindlin位移解，假设桩身为完全弹性，外荷载作用下桩、士之间有相对位移，桩、土之间的摩阻力是相对位移的函数，以考虑桩周土体的塑性，建立了方程组，采用有限差分方法进行求解。计算了两个工程实例，并同实测结果进行了比较。计算结果表明，该方法同实测结果吻合得较好。该方法的突出优点是可以考虑群桩中桩、桩与桩、桩与土的相互作用关系。     

嵌岩桩与多层土质构造下摩擦桩的自平衡法测试

结合检测工况对测试数据的影响,对自平衡"精确转换法"进行改进,提出摩擦桩位移协调转换法和嵌岩桩的荷载协调转换法,实际应用结果说明两种转换方法合理。所得测试结果表明湄公河大桥桩基承载力符合设计要求;分析湄公河大桥试桩的侧摩阻力和端承力分布,嵌岩桩和摩擦桩纵向承载均以侧阻力为主。     

多元复合地基中柔性桩-土-垫层的相互作用

采用柔性桩与桩周土的相对位移表达式来表示多元复合地基中柔性桩桩侧摩阻力的分布规律,结合变形协调条件、物理方程和力的平衡方程,分析了刚性承台下柔性桩-土-垫层的相互作用,并将计算结果与模型试验结果进行了对比。结果表明:增加垫层厚度或提高垫层变形模量均能缓解桩顶应力集中,充分调动桩周土的承载能力;随着柔性桩的刚度提高,或垫层厚度增大,或垫层变形模量提高,柔性桩复合体的承载力均有不同程度的提高;最大桩侧摩阻力位于桩顶以下1/4~1/3桩长处;由于桩顶向垫层刺入使桩身存在负摩擦区,导致桩身最大轴力并不在桩顶,又因柔性桩的刚度不大,桩顶刺入作用较弱,负摩擦区段的长度短,故负摩擦不大。对比试验结果验证了所提出的方法具有可行性,对复合地基的设计计算具有指导意义。     

考虑时间效应的斜桩基负摩阻力室内模型试验研究

斜桩基是桥梁支墩、码头等工程中常用的桩基础形式,但是针对斜桩基础负摩阻力问题的研究却相对较少。进行了黏性土层中斜单桩及斜群桩在桩周土堆载固结条件下负摩阻力性状的室内模型试验研究,测得了桩侧负摩阻力、桩端阻力以及桩周土体分层沉降随固结时间的变化情况;并进行了同等条件下竖直单桩及竖直群桩试验作为比较分析。试验结果表明,斜桩和竖直桩桩侧负摩阻力引起的下拽力都存在明显的时间效应和群桩效应;在本文试验条件下,当桩–土相对位移达到2mm时,桩侧负摩阻力将达到其最大值的80%～90%左右。     

复杂荷载及边界条件下基桩有限杆单元方法研究

基于传统有限杆单元法并假定桩身位移为三次幂函数,结合倾斜偏心荷载下单桩受力微分方程确定的桩身弯矩、剪力与桩身水平位移关系,导得了具有简洁统一形式、计入P-Δ效应的杆单元刚度矩阵,由此得出成层地基中倾斜偏心荷载、桩自重、水平分布荷载、竖向分布荷载和竖向分散集中荷载综合作用下考虑桩身倾斜影响基桩内力位移分析的改进有限杆单元法。利用本文改进有限杆单元Matlab分析程序,结合某具体实例,对不同边界条件下基桩内力及位移进行了计算分析。结果表明:改进有限杆单元方法用于复杂荷载及各种边界条件下基桩计算分析是有效的,且桩顶边界条件对桩身内力位移影响显著,而桩端边界条件对桩身内力位移影响较小。     

考虑时间效应的群桩负摩阻力模型试验研究

基桩负摩阻力是桩基础设计中必须考虑的重要问题之一,但是针对考虑土体固结时间效应的群桩负摩阻力研究却相对较少。进行了在地面堆载固结条件下,黏性土层中3×3群桩负摩阻力性状的室内模型试验研究,测得了不同桩间距(3d,4d,6d)条件下各位置桩(角桩、边桩、中心桩)的桩侧负摩阻力、桩端阻力以及桩周土体分层沉降随固结时间的变化情况,分析了桩身下拽力和中性点位置随时间的变化规律;并进行了同等条件下单桩及2×2群桩(4d)试验作为比较分析。试验结果表明,群桩中桩侧负摩阻力引起的下拽力和中性点位置都存在明显的时间效应和群桩效应,其数值与基桩数、基桩的布置位置及桩间距等因素有关;在本文试验情况下,当桩–土相对位移达到2 mm时,桩侧负摩阻力将达到其最大值的80%～90%。     

竖向荷载下变刚度群桩变形性状研究

在试验室进行了一系列变刚度群桩和均布群桩基础的静载荷物理模型试验,并对试验结果进行了分析对比。结果表明,变刚度群桩的位移分布方式是边桩大于中心桩,正好和一般均匀布桩的沉降分布形式相反。其总沉降略有增加,但差异沉降显著减少。变桩长与均布群桩相比,增加中心桩桩长,还能提高桩基的极限承载力和承台下地基土的承载能力,说明均布群桩中边桩的承载能力还有富余。群桩中基桩的侧摩阻力表现与单桩不同,侧摩阻力的发挥是自桩身下部某点向上逐步发挥。桩距越小,这种趋向越明显。     

小变形下考虑摩擦效应的桩基水平承载分析方法

当前我国各类大型工程建设对桩基设计提出了更高的要求,桩基水平承载计算是一个突出问题。从传统水平受荷桩分析方法入手,推导考虑侧壁摩擦力的桩基水平承载挠曲微分方程,提出小变形下考虑摩擦效应的桩基水平承载计算方法(fm法)。编制相应的分析程序,通过算例验证方法的正确性和有效性。进一步比较传统m法与本文fm法的异同,并深入探讨尺寸效应对桩基水平承载的影响,可供工程参考。     

软土中群桩承载变形特性与减沉复合疏桩基础设计计算

根据大型现场模型试验,分析了软土中群桩承台、桩、土相互作用特性。试验表明:随桩距增大,承台土抗力和桩侧阻力增大,而端阻力减小;当桩距增至6d时,侧阻力趋近于单桩,端阻力仍高于单桩,承台土抗力发挥率(承台效应系数)仅为50%左右,明显小于其他类土;桩基沉降变形特征表现为桩端刺入和桩间土压缩为主导;不同于小桩距群桩的桩、土整体变形特征。根据软土中疏桩基础承载变形特征,提出减沉复合疏桩基础简化设计方法,以计算桩间土压缩及桩土相互作用效应确定桩基沉降,并以十余项实际工程进行了验证。     

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。