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。     

软土基坑开挖对邻近桩基影响的时效分析

由于软土具有较强的流变性,在分析开挖对邻近桩基的影响时应考虑时间效应。使用土体流变本构模型,利用有限元分析了受基坑开挖影响的邻近单桩的受力变形性状。计算结果表明:考虑土体蠕变特性后,桩基的侧移、弯矩均比不考虑土体蠕变时显著增大;基坑开挖结束后,邻近桩的受力变形仍会继续增大,表现出明显的时间效应。通过参数研究,分析了本构模型、应力历史、桩墙距离、开挖速度、降水等对桩基受力变形性状的影响。     

地面堆载作用下邻近桩基变形的三维数值分析

结合具体工程,采用三维有限元分析方法,对地面堆载作用下邻近桩基变形性状进行了模拟分析。分别研究了浅层土体弹性模量和桩身刚度对各排桩基侧向变形的影响,并将有限元计算结果与实测数据进行了比较。分析结果表明,浅层土体的弹性模量对被动桩基的变形影响更显著;被动桩能有效地控制堆载作用下邻近土体的变形,从而对附近建筑基础起到保护作用。分析结果能为类似工程的设计提供指导。     

邻近桩基受矩形土体位移作用的模型试验研究

地下工程开挖引起的土体侧移对邻近桩基的承载和变形性状可能会产生负面的影响,对于这一问题目前还缺乏充分的研究.文章采用室内模型试验进行分析,讨论土体侧移作用下单桩和群桩的承栽和变形特性,重点研究了在矩形土体侧移模式作用下单桩和群桩的承载和变形性状.试验结果初步分析表明,土体侧移大小对桩的受力特性具有较大的影响,在工程实践中应予以重视.     

开挖土体侧移作用下被动单桩能量变分分析方法

常规设计通常仅考虑桩基受主动荷载作用时的内力和变形,然而基坑开挖引起的土体侧移会使邻近桩基产生附加内力和变形,甚至可能引起桩的破坏。针对此类被动桩问题,基于假定的开挖土体自由场位移模式,采用Winkler地基模型,提出一种能量变分分析方法。该方法基于最小势能原理,通过能量方法建立变分控制方程,针对不同的桩顶约束条件,对被动桩问题进行分析。与经典解答和试验结果对比,验证了本文方法的正确性,该方法能够简便地分析土体侧移作用下被动单桩的性状。     

基坑开挖对邻近桥梁桩基的影响与加固分析

基坑开挖引起的环境效应越来越受到重视,特别是基坑开挖对邻近桥桩的影响。以厦门地区某水闸深基坑工程为背景,采用有限元软件建立三维数值分析模型,研究水闸深基开挖时邻近桥梁桩基的响应性状,对土体采用HS本构模型模拟,考虑桩土相互作用,桥桩采用Embedded桩单元模拟。分析了桩基两侧土体明显的位移,对比二维与三维得到的结果,验证了大间距桩基二维等效是合理可行,归纳总结二维简化分析注意的事项,提出了相应的加固措施,取得了基坑施工与邻近桩基相互影响的基本认识,可为数值模拟在基坑工程中的应用提供借鉴。     

群桩水平承载特性的现场试验研究及数值分析

本文设计了一套适用于现场试验的加载、测量和数据采集系统,分析水平荷载作用下群桩基础的受力情况以及周围土体的变形性状。同时,借助于PLAXIS 3D有限元分析软件对现场试验的群桩基础进行了数值模拟,将数值模拟结果与现场试验结果进行对比分析,验证了数值模拟结果的可靠性,并对水平受荷桩的承载性能做了进一步探讨。研究结果表明：在水平荷载作用下,桩身上部弯矩值较大且变化明显,对水平荷载作用较为敏感;桩身最大变形发生在桩顶,沿埋深增加其变形逐渐减小,桩周上部土体比下部土体较早进入塑性阶段;群桩基础中存在显著的群桩效应,各排桩受力不均匀,后排桩承担的荷载较大,前排桩承担的荷载较小;随荷载增加,群桩基础的影响范围越来越大,背荷面的影响范围远远大于受荷面的影响范围,加载方向的影响范围(5.9d～7.5d)明显大于正交于加载方向的影响范围(2.8d～3.9d),其中d为桩径。     

考虑土体冲刷应力历史的单桩承载性状分析

目前分析冲刷对桥梁桩基承载力的影响通常采用将冲刷土体直接移除的方法,近似认为冲刷使得桩基埋深减少,桩头出露高度增加。这种方法忽略了冲刷后土体应力历史变化对桩基承载性能的影响。笔者提出了一种能够考虑土体应力历史的简化方法,该方法适用于ABAQUS内置的Mohr-Coulomb模型,应用ABAQUS软件对竖向受荷单桩进行了数值模拟,与模型试验结果的对比,验证了该方法的可行性。通过参数分析,进一步考察了冲刷深度对桩基竖向承载力的影响。研究表明,冲刷将极大地降低摩擦桩的竖向承载能力,其极限承载力损失量随冲刷深度的增加呈线性增加趋势。因此,实际工程中必须重视冲刷对摩擦型桩基竖向承载力的影响。     

基坑开挖对邻近桩基的影响及数值分析

深基坑开挖时的土体侧向移动使邻近桩基产生侧向位移和附加应力及弯矩,甚至可能使上部建筑物功能失效,因此深基坑开挖时土体侧向移动对邻近桩基的不利影响分析是有必要的。本文采用有限元软件MIDAS/GTS建立基坑开挖三维实体模型,分析基坑开挖对邻近桥桩的影响;根据相关计算结果,采用MIDAS/CIVIL建模验算邻近桩基的极限承载力及桩身裂缝宽度。结合监测数据可知,数值模拟结果与实测结果相近且在安全控制范围,基坑开挖对邻近桩基的影响及数值分析对施工预测有一定的指导意义。     

水平荷载桩室内模型试验系统研究

水平荷载下桩周土体的变形特性直接影响桩基的整体水平向承载力特性,然而常规试验手段下,水平荷载下桩体变形特性可以获得,而桩周土体的变形特性很难获得。因此,设计一套基于透明土材料和PIV(particle image velocimetry)技术的水平加载系统及其光学量测系统(主要包括光学平台、CCD(charge-coupled device)相机和线性激光器等),对水平受荷桩在加载过程中桩周土体位移场的发展变化进行非插入式量测;同时通过多切面的土体位移场的测量,得到水平受荷桩桩周土体变形的三维位移场,并与数值模拟结果进行对比分析。试验结果表明,桩顶荷载–位移关系表现为陡降型关系曲线,与典型的密实砂土中水平受荷桩的承载特性类似;在试验条件下,桩体表现为刚性转动破坏,转动支点约在基桩埋深的78%处。     

水平荷载下桩侧土体位移分布的弹性解及其工程应用

首先基于桩土共同工作理论推导出水平荷载作用下桩侧土体内的位移与应力径向分布的弹性解析解;然后,根据变形模量与位移的近似关系确定桩侧地基土体内的变形模量分布,并通过一定范围内的加权平均获得地基土的加权模量,再由有限层法获得地基加权刚度,由此可近似考虑土体的分层与非线性特征。在此基础上,用VB6.0编制出改进的水平受荷桩有限元—有限层计算程序。最后,结合某工程实例,采用所编制的程序讨论了不同桩侧地基土体变形模量分布模式对桩身内力分布的影响规律,对比分析结果表明,基于地基加权刚度的有限元—有限层法能更合理地分析水平受荷桩。     

Centrifuge model tests on piled raft foundation in sand subjected to lateral and moment loads

Piled raft foundation has been widely recognized as a rational and economical foundation system with the combined effects of raft and piles. However, the behavior of laterally loaded piled raft foundation has not been well understood due to the complicated interaction of raft–ground–piles. A series of static horizontal loading tests were carried out on three types of foundation models, i.e., piled raft, pile group and raft alone models, on sand using a geotechnical centrifuge. In this paper, the influences of relatively large moment load and rotation on the overall performance of laterally loaded piled raft foundation were examined. From the centrifuge model tests, it is found that the vertical displacement due to horizontal loads is different between piled raft and pile group foundation, and this vertical displacement has significant influences on the performance of laterally loaded piled raft foundation. The horizontal resistance of the pile part in the piled raft foundation is higher than those observed in the pile group foundation due to raft base contact pressure. The vertical displacement of the foundation due to the horizontal loads affects the vertical resistances of piles, which results in the different mobilization of moment resistances between the piled raft and pile group foundations.     

双参数地基推力长桩的水平位移解析解

基于双参数地基理论,获得了双参数地基-桩系统的总势能泛函;采用能量变分原理推导了双参数地基推力长桩平衡微分方程及相应的边界条件;根据桩的抗弯刚度与地基参数相对大小的不同情况,求得了双参数地基推力长桩的水平位移解析解.结果表明:双参数地基模型可以模拟从离散介质到连续介质的各种地基土,性能优于传统单参数地基,考虑侧向连续性的双参数地基模型较好地模拟了桩周土体对推力长桩支承、约束及水平位移的影响;推力和弯矩对推力长桩水平位移的影响同等重要,在推力长桩受力分析中,桩端推力和弯矩应同时考虑.     

非均匀土中考虑桩端土体硬化效应的单桩解析算法

桩侧和桩端采用不同的荷载传递函数 ,并将桩侧土体沿深度变化的剪切模量和强度进行线性拟合 ,在此基础上提出了一种非均匀土中单桩沉降的解析算法 ,推导了一系列单桩沉降解析表达式 ,计算结果可直接用于单桩分析 ,同时讨论了参数的取值问题 ,给出了简单的参数取值方法 ,计算结果与实测结果基本一致 ,证明了此方法的可行性。     

基坑开挖对邻近桩基影响的两阶段分析方法

 城市建筑物密集区深基坑开挖必然引起周围土体侧向移动,使邻近桩基产生水平变形和附加应力及弯矩,最终可能使上部建筑物功能失效。针对该领域目前存在的三维数值法建模复杂及计算耗时的缺点,提出两阶段分析法,该方法首先根据影像源法计算由于基坑开挖地层损失引起的坑外土体位移场,然后基于Winkler地基模型建立基坑开挖与邻近桩基相互作用的弹性地基梁微分方程组,并推导基坑开挖对临近桩基侧向响应影响的数学解析解矩阵表达式。最后结合实例分析表明,该方法计算结果合理可行,能够有效地分析基坑开挖对邻近桩基的影响。     

受水平循环荷载影响的斜桩p-y曲线构建及应用

p-y曲线法是分析水平受荷桩基承载变形特性的主要方法,利用p-y曲线法的关键在于构建合理的p-y曲线。在砂土地基中开展了2组共10根水平受荷斜桩模型试验,其中2根斜桩仅分级施加了水平静力荷载,其余8根斜桩先施加了不同幅值的单向水平循环荷载,然后再分级施加水平静力荷载。试验测试了10根斜桩的砂面处桩身横向位移及桩身应变,根据桩身应变计算得到了桩身弯矩,在此基础上根据Euler-Bernoulli梁理论得到了桩侧土抗力及相应的桩身水平位移,构建了承受水平单向循环荷载后再承受水平静力荷载时斜桩的双曲线型p-y曲线,并给出了斜桩初始地基反力模量及桩侧极限土抗力的确定方法。用上述构建的双曲线型p-y曲线计算了本文模型试验及文献中模型试验斜桩的响应,发现利用所构建的p-y曲线得到的计算结果与实测结果整体上吻合较好,说明本文构建的双曲线型p-y曲线是合理可行的。最后利用p-y曲线计算了承受单向水平循环荷载后再承受水平静力荷载斜桩的桩身位移及桩身内力,计算结果表明:(1)相对于斜桩桩顶自由,桩顶固支能有效地减小斜桩的桩身横向位移、桩身弯矩及剪力;(2)在单向水平循环荷载作用下,正斜桩桩顶横向位移、 桩身最大弯矩及剪力均小于负斜桩;(3)无论是正斜桩还是负斜桩,桩顶横向位移、桩身剪力随着抗弯刚度增加而减小,而桩身最大弯矩随着抗弯刚度增加而增加。     

水平力作用下群桩性状的研究

本文在调查研究和模型试验的基础上,结合固定式海上平台规范中在水平力作用下群桩的研究课题,对群桩的工作性状与破坏机理,产生群桩效应的临界桩距,群桩的水平承载力及其主要影响因素,单桩与群桩情况下应力应变关系等方面进行了全面深入的研究。对群桩在水平力作用用方向(纵向)各桩受力分配的不均匀性及群桩情况下桩的p-y曲线的分析中发现了一些新的规律,并提出了经验公式和建议,以弥补目前国内外现行计算方法的缺陷和不足。研究成果可供在水平力作用下的桩基工程设计时参考。     

非均质地基中群桩竖向力学反应分析

首先基于Winkler地基模型,假设桩土不发生分离,不考虑承台以及地基土对荷载的分担作用,建立单桩竖向位移控制方程。然后采用剪切位移法确定土体竖向位移传递系数,将主动受荷桩引起的土体位移施加于群桩中的受影响桩,计算桩-桩相互影响。最后,采用有限差分法,建立非均质土体中竖向受荷群桩的计算方程,分析群桩竖向力学反应。最后对该方法与已有文献中单桩、群桩在均质、非均质地基中的算例进行对比,总体上取得了较好的一致性。     

无粘性土中水平荷载桩的地基土极限水平反力研究

本文针对前人推导的水平荷载桩地基土极限水平反力Pu的基本假设不尽合理和所得Pu过大、偏于不安全这一现象,对水平荷载桩地基土极限水平反力的形成特征和桩周土的应力状态进行了分析研究.并在此基础上按塑性理论推导获得了无粘性土中圆形截面水平荷载桩地基土极限水平反力Pu的滑移线理论解,其Pu值约为Broms建议值的一半或更小.经与试桩资料对比,本文解答求得的单桩极限水平承载力与实测值非常吻合.