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。     

隧道施工条件下临近群桩水平力学反应分析方法

采用两阶段分析方法,提出隧道施工对群桩水平位移和内力影响的简化解析计算方法:第一阶段采用Loganathan解析解估算隧道开挖引起的土体水平自由位移场,第二阶段首先基于Winkler地基模型把桩视作弹性地基梁,将自由土体位移施加于桩并建立单桩水平位移控制方程,然后应用简化Mindlin方程,考虑被动群桩的桩-桩相互影响,计算被动群桩的遮拦效应,最后得到隧道开挖对被动群桩的影响,并与边界元法分析结果及工程实测数据进行对比,得到了较好的一致性。     

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。     

隧道开挖对群桩竖向位移和内力影响分析

采用两阶段分析方法,提出了隧道开挖对群桩竖向位移和内力影响的解析计算方法。第一阶段采用Loganathan解析解估算隧道开挖引起的土体自由位移场,第二阶段首先基于Winkler地基模型,将自由土体位移施加于桩体并建立单桩位移控制方程,然后应用剪切位移法,考虑被动群桩的桩–桩相互影响,计算被动群桩的遮拦效应,最后得到隧道开挖对被动群桩的影响。并与有限元法以及边界元法分析结果进行了对比,得到了较好的一致性。     

隧道开挖对群桩影响的简化分析方法

市区隧道开挖的一个关键问题是评估隧道施工对邻近桩基潜在影响。对隧道开挖引起的桩基础弯矩与轴力进行简单可靠的预测，对于隧道开挖安全性具有重要意义。本文提出一个简单的两阶段分析模型来确定隧道开挖引起的桩群变化。第一阶段，利用Loganathan和Poulos提出的解析解来评估隧道开挖引起的自由场内土体的竖向和侧向位移。第二阶段，假设桩土接触面没有侧移，首先在多层土体情况下结合有限差分法利用Winkler模型模拟桩土相互作用；然后，基于Randolph和wroth提出的垂向对数衰减作用和水平相应的明德林解，考虑两被动桩间的相互作用产生的遮拦效应；最后，由于隧道开挖引起的被动群桩响应通过叠加原理获得。隧道开挖引起土体位移进而影响单桩或群桩，通过这种分析方法得到的解与利用边界元软件GEPAN求得的解进行了比较，同时还与离心模型实验结果和实地观测数据进行比较。结果显示本方法基本可以较理想的预测隧道开挖对被动群桩影响。     

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。     

层状地基中桩基础的竖向荷载位移关系非线性分析方法

基于Winkler地基模型,推导了分层土中单桩处于线弹性和弹塑性状态的荷载传递矩阵,提出了单桩竖向位移内力非线性简化分析方法。考虑群桩中的"被动桩"与周围土体的相互"遮拦效应",对传统的桩–桩相互作用系数进行修正,并将其应用于刚性承台下受荷群桩和桩筏基础的非线性分析中。由于考虑了土体的成层性和桩土相互作用的非线性特性,计算模型更好地反映了土体的实际性状。计算结果与有限元计算值和试验结果进行对比分析,验证了本文方法的正确性,可应用于实际工程问题的分析。     

分层地基中隧道开挖对邻近刚性桩筏基础竖向影响分析

基于两阶段分析方法：第一阶段采用Loganathan方法计算隧道开挖引起的土体自由场位移,第二阶段采用层状地基中弹性理论法,计算桩和土,桩和桩之间的相互作用,并考虑刚性筏板对桩基的约束作用,提出了一套能够分析层状地基中隧道开挖对刚性筏板群桩基础竖向影响的解析方法。将计算结果与离心试验结果及现有方法计算结果进行对比,得到了较好的一致性,验证了其正确性。并首次对层状地基中桩筏基础承载特性进行了分析,讨论了桩基变形对遮拦效应的削减作用,结果表明此方法意义明确,层状地基模型更符合工程实际情况,适于推广使用。     

层状地基中群桩的水平振动特性

采用动力Winkler地基模型模拟桩土之间的动力相互作用,并运用传递矩阵法考虑地基土的分层特性,提出了计算层状地基中单桩和群桩动力阻抗函数的一种简化方法。在计算动力相互作用因子时考虑了“被动桩”与周围土体之间的相互作用。最后将相互作用因子和群桩阻抗的本文解与精确解进行了对比,同时与有关现场试验结果作了比较,验证了本文方法的有效性。     

竖向荷载作用下群桩非线性简化分析

采用桩土界面荷载传递双曲线模型,对分层土中单桩进行了分析,用有限差分法进行求解,提出了单桩竖向位移内力非线性简化分析方法.考虑了群桩中的"被动桩"与周围土体的相互"遮拦效应",并将其应用到刚性承台下受荷群桩的分析中.由于考虑了土体的成层性和桩土相互作用的非线性特性,计算模型更好地反映了土体的实际性状.计算结果与试验结果进行了对比分析,验证了本文方法的正确性,可应用于实际工程问题的分析.     

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。     

A simplified analysis method for the influence of tunneling on grouped piles

One of key issues of tunneling in urban areas is to assess the likely impact on adjacent piled buildings of tunnel construction. Simple and reliable predictions of tunneling-induced bending and axial stresses in pile foundations are important to the safety of tunneling. In this paper, a simple two-stage analysis method for determining the response of pile groups caused by tunneling was presented. At the first stage, an analytical solution proposed by Loganathan and Poulos [Loganathan, N., Poulos, H.G., 1998. Analytical prediction for tunneling-induced ground movement in clays. J. Geotech. Geoenviron. Eng., ASCE 124 (9), 846–856] is used to estimate the free-field vertical and lateral soil movements induced by tunneling. At the second stage, assuming no slippage at the soil-pile interface, the Winkler model is first adopted for simulating the pile-soil interaction, combined with finite difference method in the case of multi-layered soils. Then, shielding effect is considered for the interaction between two passive piles using a logarithmic attenuation function suggested by Randolph and Wroth [Randolph, M.F., Wroth, C.P., 1979. Analysis of the vertical deformation of pile groups. Géotechnique 29 (4), 423–439] for vertical response and Mindlin’s solution for lateral response. Finally, the response of a passive pile group due to tunneling is obtained by the superposition principle. Solutions obtained by the proposed approach for the analysis of single piles and piled groups subjected to ground movements induced by tunneling are compared with those using the boundary element program GEPAN. Comparisons are also made between the observed behavior of centrifuge model tests as well as field measurements and those computed by the proposed method. It is demonstrated that the present method can in general give a satisfactory prediction of the response of passive piles subjected to tunneling.     

被动桩土压力计算的被动拱-主动楔模型

针对在桥梁码头、工业厂房等工程中经常遇到的被动桩问题,从土体的运动和应力的传递方式入手,采用将被动桩分为被动侧成拱和主动侧形成应变楔分别计算土压力,实现从简单的一维弹性地基梁模型到复杂的三维桩土相互作用的拓展。考虑实际土体的成层性,被动侧土压力的计算考虑土体的成拱效应,传递到桩身上的应力以动态的应变楔向主动侧土体传递,建立桩土相互作用的整体平衡方程,并采用有限差分方法迭代求解。最后采用一工程实例对该模型进行验证。     

基坑开挖卸荷引起的公路桥梁桩基变形受力响应

采用两阶段分析法分析基坑开挖卸荷作用下公路桥梁的受力变形规律,首先基于明德林解析解,利用复合辛普森公式进行数值积分求解得出基坑侧壁卸荷与坑底卸荷同时作用下土体内桩体位置处的水平附加应力; 其次采用Kerr三参数地基模型建立公路桥梁桩基的挠曲微分方程,结合水平附加应力,利用有限差分数值计算方法得到桩基挠曲微分方程的数学解析矩阵表达式。利用所得计算公式对公路桥梁桩基附近有基坑开挖的工况进行计算,并通过与数值模拟计算结果的对比验证所提计算方法的有效性; 最后针对桩基轴向荷载大小、基坑与桩基距离及基坑三维尺寸进行了影响因素分析。结果表明:桩基轴向荷载的变化对桩基水平位移及桩身弯矩影响不明显; 随着桩基与基坑距离的加大,桩基水平位移及最大弯矩逐渐减小,并且在较大距离范围内桩基水平位移及弯矩变化愈发平缓; 开挖深度对桩基水平位移及弯矩的影响远大于开挖长度和开挖宽度,基坑开挖宽度对桩基的影响最小。     

被动状态下地埋管线的地基模量

 地下工程基坑、隧道开挖产生的自由土体位移场会引起周边地埋管线(如市政给排水管线、煤气管道等)产生附加变形并受力。基于Winkler地基模型的位移控制分析方法,将自由土体位移作为外部荷载即被动位移施加于管线上,管线与土体的相互作用采用Winkler地基弹簧模拟,弹簧常数一般根据Vesic公式得到。在基于弹性理论的推导中,Vesic公式的前提条件是弹性地基梁置于弹性半空间地表,竖向集中力或弯矩(主动荷载)置于梁的中心位置,这与地埋管线的一定埋深以及位移的施加情况是不一样的。为考虑上述2种因素对Winkler地基模量的影响,进行相应的理论探讨,提出考虑埋深影响的位移作用下地基模量的理论公式,并基于该地基模量进行隧道开挖对邻近地埋管线影响的位移控制理论分析。通过与弹性理论法、离心机试验以及实际工程观测结果的对比,验证该方法的合理性和正确性。     

Influence of deep excavation induced ground movements on adjacent piles

In urban areas, excavations for cut-and-cover tunnels and basement construction cause detrimental effects on adjacent existing piles. Hence quantifying the excavation induced lateral deformations and bending moments on piles are important to ensure the stability of structures. In this paper, behaviour of a single pile subjected to excavation induced ground movements is analysed using the finite element method, which has the ability to simulate the construction sequence comprising soil excavation, deformations due to dewatering within the excavation and installation of struts. A fully coupled analysis is carried out based on the effective stress principle. The numerical model was verified using the centrifuge test data found in the literature. A parametric study was carried out to establish the excavation induced pile behaviour varying the depth of the excavation, soil properties, wall support system, pile fixity conditions and pile location with respect to the excavation. Increasing axial load does not have a significant influence on the pile behaviour. However, pile head fixity condition, and stiffness and spacing of the wall support system have a significant influence on the pile behaviour adjacent to the excavation. Finally, based on the parametric study, a set of design charts are developed to predict the pile behaviour by taking into account the depth of excavation, undrained shear strength, width of the pile, spring stiffness, spacing of vertical supports, and unsupported depth of the excavation. The capability of the proposed design charts are demonstrated using a three-dimensional finite element analysis, a case study from the literature and a previously published simplified analysis procedure.     

被动受荷桩成拱效应及三维数值分析

采用三维有限差分法,分析了被动受荷桩的成拱效应。建立了三维数值分析模型,考虑不同桩间距,不同堆载大小和不同边界条件等情况下,被动受荷桩对土体侧向位移的遮拦效应。分析结果表明:土体的成拱效应和桩间距关系密切,在较小的桩间距条件下,土体成拱效应明显,桩的存在有效限制了土体的侧向变形;三维情况下被动受荷桩的成拱效应与二维情况下没有太大差别,但在其他条件相同时,二维情况下桩周土体的应力明显比三维大。     

基于p-y曲线分析隧道开挖对邻近单桩的影响

在分析隧道开挖对邻近单桩的影响时,基于Winkler地基梁模型的简化方法很难合理确定不同桩土刚度及地层位移条件下土体的等效参数。基于桩土界面非线性p–y曲线,提出了一种分析隧道开挖下邻近单桩响应的修正简化算法,结合有限差分原理,给出了非线性方程组的迭代法及增量法求解过程,同时将本文方法与既有研究成果进行了对比验证,并就相关问题进行了探讨。研究结果表明:在进行隧道开挖条件下邻近被动桩分析时,考虑桩土界面非线性特性是必要的,尤其是竖向;随着桩长增加,桩身在竖直方向上呈现出三种不同的受力性状;在cu/E p不变的情况下,桩身弯矩随着cu增加呈线性增长。     

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。