组合荷载作用下桩基承载力试验及数值模拟研究

基于某桥梁桩基竖向承载力现场试验,在现场实测数据的基础上,借助ABAQUS数值计算平台拟合反演了土体参数。运用反演得到的土体参数对试桩水平承载特性进行精细化模拟和分析,得到水平设计荷载作用时的桩顶最大水平位移为75.36mm,泥面处桩身水平位移为14.70mm。在此基础上,对不同竖向荷载及不同荷载施加顺序对桩基水平承载力的影响进行了研究。     

考虑冲刷效应的黄土沟壑区桥梁桩基极限承载力 计算方法

针对黄土沟谷地形特点和依托工程桩型特征,建立了考虑边坡系数和临坡距以及冲刷深度的桥梁桩基竖向承载力计算模型,利用FLAC3D三维软件分析水流的冲刷深度、边坡土削切对桥梁桩基竖向极限承载能力产生的不良影响; 通过回归方程拟合,建立了考虑局部冲刷效应的黄土沟壑地区计算公式。结果表明:计算桩基承载力的边坡系数与对应坡距耦合关系显著,桥梁桩基侧向摩阻力与对应因素的关联性随其摩阻力降低而增强; 局部冲刷作用和陡坡地形对桥梁桩基端部摩阻力影响较为微弱,对侧摩阻力影响相对较大; 桩基的竖向极限承载力负相关于水流冲刷深度,水流冲刷深度越低,产生的影响越大; 桥梁桩基的竖向承载力公式计算结果与模型试验结果相比影响度偏差较小,该公式具有较好的准确性与实用性,可为同类桩基设计计算提供参考。     

桩基三维非对称局部冲刷坑条件下土体应力计算简化模型

桥梁桩基周围形成局部冲刷坑时会导致桩基有效埋深减小,增大工程结构的安全隐患。目前研究的冲刷坑模型多为对称形态,而工程实际中的冲刷坑多为非对称形态,桩基处于更不利状态。合理计算桩周形成非对称冲刷坑后土体的应力变化是评价桩基承载力的关键之一,但目前尚没有严格的理论计算方法。针对该问题,根据试验实测的非对称冲刷坑形态提出了三维非对称冲刷坑的简化模型。将冲刷坑最大深度以上土体重度看做荷载,并基于Boussinesq点荷载方程在半无限空间中的应用,推导得到非对称局部冲刷坑内土体垂直及水平有效应力。采用有限元中"生死单元法"模拟半无限空间地基中冲刷坑的形成,并将有限元计算结果与理论方法计算结果进行对比,验证了理论计算方法的正确性。基于理论计算方法,考虑了冲刷坑内桩基的影响,并与有限元计算结果进行对比,对比结果验证了理论计算方法的可行性。在此基础上,设计了一系列工况,对三维非对称冲刷坑简化模型中的参数进行敏感性分析,得到非对称冲刷坑条件下桩周土体的垂直及水平有效应力差的变化规律。     

长短桩组合桩基宏细观工作性状研究

利用基于数字图像的变形测量系统,结合室内模型试验,研究了长短桩组合桩基的荷载沉降特性、土体变形渐进发展规律;建立了长短桩组合桩基的颗粒流数值分析模型,对桩周土体细观结构变化情况进行了分析。研究结果表明:承台下土体在加载初期即有相当量的荷载分担,长桩的侧摩阻力在加载后期基本保持不变,而短桩的侧摩阻力仍有一定的增长,长桩和短桩的承载力有一定程度的削弱,尤以短桩削弱较多;长短桩组合桩基中土体竖向位移的影响区域扩展到长桩桩端附近,基础剪切滑动面位于承台边缘及桩端以下局部范围土体中;短桩桩端土体竖向应力较早达到极限,而长桩桩端土体竖向应力在加载后期超过短桩,长桩和短桩桩端土体竖向应力与孔隙率变化规律具有良好的一致性。研究结果为长短桩组合桩基础设计及其工程应用提供理论依据。     

基于修正侧阻抗力矩的刚性单桩水平承载力解析解EI北大核心CSCD

为了更准确地考虑竖向摩擦效应对刚性单桩水平承载力的影响,假定被动侧桩周径向土压力呈余弦函数分布,建立被动侧桩周最大径向土压力与总土抗力的关系。对径向土压力和竖向摩阻力模拟结果进行反演得到修正的桩–土界面竖向摩擦因数,推导侧阻抗力矩解析表达式。然后,假定极限土抗力、水平地基反力模量随深度线性增加,水平地基反力模量随地面处水平位移非线性减小,导得了桩侧土均未屈服、旋转点以上部分土体屈服、旋转点上下均有土体屈服三阶段下的水平力和力矩平衡方程。鉴于数值迭代程序的复杂性,采用位移加载方式,计算时将地面处水平位移y0视为已知量,旋转点深度a视为变量,通过变形得到水平承载力解析解。通过与有限元分析、模型试验和现场试验的结果进行比较,验证了该方法的正确性。最后,利用该方法分析桩径、内摩擦角以及水平力作用点高度对刚性单桩水平承载力、最大弯矩和旋转点深度的影响。结果表明:采用余弦函数可以很好地表征被动侧桩周径向土压力分布,根据修正的桩-土界面竖向摩擦因数计算的侧阻抗力矩更符合实际;忽略侧阻抗力矩作用会明显低估刚性单桩的水平承载力,低估程度随着桩径、内摩擦角以及水平力作用点高度的增大而增大。     

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。     

某超高层建筑扩底嵌岩桩竖向承载特性分析

基于淮南市某小区超高层建筑现场静载荷试验,运用有限元ABAQUS软件数值模拟现场实际工况,模拟结果与静载荷试验所得Q-S曲线吻合度较高,佐证了土层参数与数值模型建立的合理性。在此基础上分别研究不同桩长、桩径、扩底直径对桩基竖向抗压承载力的影响,研究结果表明:扩底嵌岩桩的桩基竖向抗压承载力随着桩长的增大而提高,桩长为10～14 m时,承载力增幅较为显著,桩长大于14 m时,承载力增幅变缓;桩径增大可以提高桩基竖向抗压承载力,桩长越长,桩径的增大对桩基承载力提高效果更为明显;扩底直径增加可以提高桩基竖向抗压承载力,但桩长较长时,扩底直径对桩基承载力的影响变缓。     

桩侧桩端后注浆桩竖向承载力增强效应特性研究

由于桩基施工过程中会对桩周土体产生扰动,在桩侧、桩端产生沉渣及泥皮,影响桩基质量,造成桩体竖向承载力大大降低。后注浆技术能固化桩侧及桩端土体,提高其刚度及强度。以福州市某高层住宅工程为背景,对一组钻孔灌注桩进行桩侧、桩端后注浆处理,研究后注浆桩竖向承载力增强效应特性。研究结果表明,桩基注浆后,对桩端土体产生预压作用,改变了桩土界面条件,使桩侧摩阻力显著提高,同时后压浆固化了桩底沉渣,加固了桩端土体,提高了持力层强度,使得桩端阻力提前发挥,从而在桩端位移较小的情况下,桩基发挥出了较大的桩端阻力,降低了桩基沉降量,增强了竖向承载力,提高了桩基承载性能。     

高压旋喷桩施工对相邻既有高速桩基的影响分析

高压旋喷桩是一种常见的地基处理方法,但会对周围土体和既有构筑物造成影响。文中以道路下穿高速公路桥梁段实际工程为例,采用圆孔加荷方法和土弹簧刚度m法分析了高压旋喷桩施工对桥梁桩基变形、内力的影响,并分析了施工对桩基承载力和沉降的影响,结果表明高压旋喷桩施工将导致桥梁桩基桩顶产生较大横向位移,超过高速桥梁的变形限值,同时高压旋喷桩施工将降低桥梁桩基竖向承载力,导致桩基沉降,影响桥梁上部结构。根据分析提出了针对桥梁的保护措施,为桥梁工程安全提供保障。     

开挖卸荷条件下单桩承载力特性的模型试验研究

基坑开挖卸荷会导致开挖段桩侧摩阻力缺失以及坑底桩周土围压减小,削弱桩基承载力。针对桩周土体开挖卸荷条件下的单桩承载力特性进行室内模型试验研究,通过模拟地面试桩和坑底试桩的竖向静载模型试验,分析单桩荷载传递过程,测试单桩极限承载力,研究桩周土体开挖卸荷对桩基承载力的影响。对比开挖卸荷前单桩的承载特性,开挖卸荷后桩顶及桩底沉降量均有增加,桩身轴力以及桩端阻力有所增大,模型单桩极限承载力下降。     

洞庭湖软土地区大直径超长灌注桩竖向承载力试验研究

以洞庭湖软土地区某特大拱桥主墩桩基础为工程依托 ,进行了一试桩竖向静载荷试验 ,并基于所获得的现场实测数据探讨了软土地区大直径超长灌注桩的荷载传递机理和竖向承载特性。结果表明 ,软土地区大直径超长桩为典型的摩擦桩 ,其竖向承载力主要由桩侧摩阻力提供 ,而桩端阻力往往难以发挥甚至趋于零 ,设计计算时尚应重视桩身压曲稳定分析和桩顶变形验算。同时 ,建议根据上部结构对基础沉降的要求按桩顶容许沉降量来控制超长桩的竖向承载力 ,并基于线弹性 -全塑性桩侧荷载传递模型给出了相应的计算公式 ,以此获得的桩顶荷载位移计算曲线与实测值吻合良好 ,证明了该思路与分析方法的可行性。     

南京三江口旋挖钻孔灌注桩承载特性试验研究

通过南京三江口旋挖钻孔灌注桩静载荷试验与轴力测试,分析了旋挖钻孔灌注桩的荷载传递机理和承载特性。研究结果表明,试桩为摩擦型桩,其竖向承载力主要由桩侧摩阻力提供,且侧摩阻力明显大于按桩基规范所确定的数值。同时,对试桩的抗拔力和水平承载能力进行了测试。     

超深开挖对抗拔桩承载力影响的离心机试验研究

深基坑开挖会改变桩周土的应力状态,影响抗拔桩的承载力。通过离心机模型试验,研究了超深开挖对抗拔桩承载力的影响。采用考虑基底土超固结效应影响的有限元数值模拟分析方法,对离心机试验进行了计算分析,研究超深开挖对抗拔桩承载力影响的内在机理。研究结果表明：坑内土体卸荷,桩侧土体有效应力降低,抗拔桩承载力下降;受基底土超固结效应的影响,桩侧土静止土压力系数要大于正常固结状态,桩侧极限摩阻力与抗拔桩承载力大于正常固结状态;不考虑基坑开挖对桩周土应力水平的影响,以覆土条件下的承载力做为设计取值,偏于不安全;考虑基坑开挖对桩周土应力水平的影响,但不考虑基底土的超固结特性,抗拔桩承载力的取值偏于保守。     

大直径灌注桩抗拔承载性状分析

根据5根大直径灌注桩现场抗拔静载试验和应力测试结果,分析了嵌岩桩荷载传递性状和嵌岩段摩阻力发挥过程一些特性,得到抗拔桩的桩周土层抗拔系数以及Q–s曲线呈缓变形的抗拔桩极限承载力取值方法。结果表明抗拔桩的曲线形状与持力层岩石风化程度和桩的嵌岩深度有关。同时根据嵌岩段摩阻力发挥过程特点,进一步探讨了影响嵌岩段摩阻力发挥值主要因素。     

黄土地基中超长钻孔灌注桩承载性状试验研究

为了研究黄土地基中超长钻孔灌注桩的承载性能、桩身轴力传递规律、桩侧阻力和端阻力的发挥性状,对西安地区6根超长钻孔灌注桩进行单桩静载荷试验,采用滑动测微计测试每米范围内桩身轴力的变化。可以发现,黄土地基中超长钻孔灌注桩的Q-S曲线呈缓变型,在最大荷载时都未达到破坏状态;桩身轴力传递规律和桩侧阻力的发挥与成孔工艺、桩长、桩周土层性质密切相关。由于黄土地基中的粉质黏土和粉土具有强结构性,测试得到的极限侧阻力远比规范值要大,使得黄土地基中超长钻孔灌注桩具有较大的承载能力,但桩端阻力和桩侧阻力并非同时发挥,建议在设计时考虑端阻力的发挥度,桩侧摩阻力和桩端阻力采用不同的分项系数。     

浅层土体加固对倾斜桩竖向承载力影响研究

桩身倾斜可能导致在小于对应于相同条件下竖直桩的极限承载力的荷载下提前发生弯曲破坏,并可在弯曲破坏前产生较大的桩顶水平位移和桩身挠曲。根据某工程现场载荷试验结果,对倾斜桩桩周土体进行浅层加固数值模拟,以研究其改善倾斜桩竖向承载性状的机理。分析结果表明：加固体深度、加固体面积及加固体尺寸均可对加固效果产生影响。加固体对竖向荷载作用下倾斜桩的承载性状的改善体现在对被动区土体强度和压缩性的改善以及约束桩身上部桩体转动和挠曲的作用。进一步研究了加固体压缩性的影响,结果表明：加固体弹性模量越大,加固效果越明显;但随着弹性模量的增大至一定值后,加固效果基本不再变化。     

按桩顶沉降控制嵌岩桩竖向承载力的方法

结合现场嵌岩桩试桩资料,深入分析了嵌岩桩的竖向承载机理,并提出了按桩顶沉降量控制嵌岩桩竖向承载力的设想及其相应的计算方法,该方法可充分考虑桩侧土(岩)阻力及桩端岩层阻力的发挥程度,尤其适用于超长嵌岩灌注桩竖向承载力的计算,最后结合某大桥嵌岩桩静载荷试验数据进行了分析,理论计算与实测结果吻合良好。     

湿陷性黄土场地PHC桩竖向承载性状试验研究

研发了一种PHC管桩内力测试方法,应用该方法对湿陷性黄土场地中PHC管桩分天然和浸水工况进行了载荷试验过程中的内力测试,研究了湿陷性黄土地基中PHC管桩的承载力性状和侧阻力分布规律。结果表明:干黄土中的多节PHC桩,浅部桩体的侧阻力存在发挥不佳的可能,该情况下土体浸水也不能有效提高侧摩阻力,同时桩周土自重湿陷沉降在桩侧产生的负摩阻力也较小;下部桩体侧阻力随深度的分布曲线呈单峰状,峰值深度随荷载增大逐渐向下移动;黄土与古土壤互层地层结构中的PHC管桩,在极限荷载作用下桩身压缩量是构成总沉降量的主要部分。     

嵌岩桩承载性状的有限元分析

在有限元分析的基础上 ,采用Duncan非线性弹性E -B模型对嵌岩桩垂直荷载作用下的承载性状作了较为全面的探讨。指出嵌岩桩确实存在着深度效应 ,当嵌岩达到一定深度后 ,继续增加嵌岩深度 ,对桩的承载能力的提高已不明显 ,甚至无助于承载能力的提高。并得出了嵌岩桩垂直承载力与基岩强度成指数关系的结论 ,强调桩底沉渣不仅增加嵌岩桩的平均侧阻力和桩身沉降 ,而且将显著提高桩侧岩层的局部应力。文中结论可为桩基工程的科研、设计和施工提供参考