冲切破坏模式下溶洞顶板极限承载力计算

基于溶洞顶板的冲切破坏模式,采用极限分析上限法建立冲切体的三维功能方程,推导泛函形式的溶洞顶板承载力表达式。运用变分原理得到冲切破坏线方程,进一步利用偏导求得冲切体的底部直径和三维溶洞顶板极限承载力显示计算公式。通过对比试验验证了理论方法的合理性,并重点分析岩体地质力学分类指标GSI对溶洞顶板极限承载力及冲切体底部直径的影响。结果表明:(1)顶板厚度h为1D~4D时,溶洞顶板极限承载力随着h的增加大致呈线性增长,h=5D时,极限承载力与基岩一致;(2)厚径比为定值时,顶板极限承载力随着GSI的增大呈非线性增长,当h=1D,GSI取44时溶洞顶板的承载力系数为0.73,GSI取100时其值为1.42,后者接近前者的2倍;(3)同一溶洞顶板厚度下,冲切体底部直径随着GSI的增大大致呈线性减小。当GSI取44,1D顶板厚度时冲切体底部直径为0.20 m,分别是GSI取65,85,100时的1.25,1.54,1.70倍,对于其他顶板厚度时也存在类似的关系。     

岩溶区嵌岩桩桩端承载性能研究

为考虑岩溶区基桩嵌岩段岩层与顶板的整体承载效应及溶洞形状对桩端极限承载力的影响,在嵌岩桩桩端极限破坏模式研究的基础上,首先根据桩端极限破坏线与溶洞的位置关系,确定了溶洞发生破坏时的临界状态;其次,结合桩端岩层极限状态下的传力机制,分析了岩溶区嵌岩桩桩端极限破坏模式。然后,通过建立极坐标系,给出了溶洞发生冲切破坏、冒顶破坏的限定条件,并推导了不同破坏模式下岩溶区嵌岩桩桩端极限承载力的计算公式。最后,用试验数据与工程实例对本文理论进行验算,验算结果表明:理论计算结果与试验现象及工程实例结果较为吻合,可为岩溶区嵌岩桩桩端极限承载力的计算提供一些参考。     

基于极限分析的桩端岩层冲切分析

 岩溶区桩基桩端岩层易发生冲切破坏。针对岩溶区岩体特点引进Hoek-Brown非线性岩石破坏强度准则,并推导得其剪应力的二次抛物线型表达式。基于极限分析上限法原理,确定冲切破坏体的功能方程,并通过变分求极值原理获得冲切破坏体的母线方程,进一步通过微分得到桩端岩层抗冲切安全厚度计算公式。结合岩溶区桩基实践,分析抗冲切安全厚度影响因素的取值范围并进行参数分析,结果表明：(1) 冲切破坏体上下直径比d1/d随岩体地质力学分类指标RMR值的增大呈非线性减小,说明岩体质量好的岩溶顶板其冲切所形成的锥形旋转体底部直径小,反之,旋转体底部直径大;(2) 根据不同的d1/d及RMR值,初始冲切角 为24°～42°;(3) 厚径比h/d随RMR的增大呈非线性减小,表明岩体质量越好,所需安全厚度也越小;在岩体质量较好(RMR＞65)的情况下,h/d基本在2.5以下。     

下伏溶洞对桥梁桩基极限承载力的影响分析

为研究串珠状岩溶区桥梁桩基下伏溶洞对桩基极限承载力的影响因素,基于某高速公路桥梁桩基础工程,运用有限元方法建立溶洞区桩土一体化仿真模型,分析串珠状岩溶区下伏溶洞数量、下伏溶洞尺寸、持力岩层风化程度等因素对桩基极限承载力的影响规律。结果表明,下伏溶洞数量及下伏溶洞高度的变化对于桩基极限承载力影响较小;离桩基最近的下伏溶洞半径对桩基承载力的影响较大,其半径增大会引起桩基极限承载力的减小,半径从8 m增大至12 m时,桩基极限承载力降低1 587.08 kN,下降了25.2%;持力岩层风化程度越弱,桩基极限承载力越大,未风化岩层工况下桩基极限承载力为12 569.51 kN,而高度风化岩层工况下极限承载力为4 717.48 kN,仅为未风化岩层的37.5%。若下伏溶洞顶板厚度大于3倍桩径、溶洞半径较小、且溶洞顶板风化程度较弱时,可考虑将溶洞顶板作为桩基持力层。     

基于岩溶三维地质模型的桩基承载力特性研究

本文依托中铁十九局集团有限公司岑大公路YTHJ4标桥梁桩基项目,通过Civil 3D软件建立了三维地质模型;并介绍了桩基作用下溶洞两种不同的破坏模式;然后采用基于FLAC 3D数值分析软件的单因子变量法分析了不同溶洞顶板厚度、顶板跨度、洞高、溶洞中心偏离桩轴线距离等对嵌岩桩承载力特性(极限承载力、极限侧摩阻力、桩土相对滑移距离等)的影响。研究结果表明：溶洞顶板是影响桩基极限承载力的主要因素;溶洞极限状态下的破坏模式强烈依赖于溶洞顶板厚度、顶板跨度和岩体力学性质;当溶洞顶板厚度达到三倍的桩径时,桩侧摩阻力可完全发挥;溶洞顶板跨度和偏心距离对桩基承载力特性的影响存在一个稳定点。这些研究结论为岩溶地区的嵌岩桩设计提供了一定的参考依据,进一步丰富了岩溶地区桩基设计理念。     

土质层状地基与相应桩端持力层极限承载力差异性研究

本文研究与比较了土质地基中地基极限承载力和相应桩端持力层极限承载力两者在概念、破坏模式、假设条件等方面的不同,并基于Meyerhof极限承载力破坏模式,讨论并提出了土质层状地基极限承载力与相应桩端持力层极限承载力破坏模式;指出了两者的本质差异,并对影响极限端承力发挥的若干情况进行了讨论,得出若干结论,对具体工程勘察设计具借鉴意义。     

岩溶区嵌岩桩的试验研究与分析

基于室内模型试验,对岩溶区嵌岩桩的承载能力与破坏模式进行了研究。试验表明,随顶板厚度与溶洞位置偏移距离的增大,极限承载力逐渐增大,随溶洞直径、赤道半径与极半径的增大,极限承载力逐渐减小;破坏核体在竖直方向上基本未超过3d,在水平方向上基本未超过4d;嵌岩桩与基岩相互作用系统的破坏模式主要有冲切破坏、冒落区塌落、扇形塑性区破坏和"撕裂"破坏,破坏模式主要受顶板厚度、溶洞赤道半径b以及c/b的影响;嵌岩桩承载能力还与溶洞形状有关,建议引进形状系数ζ。结合不同条件下岩溶区嵌岩桩的破坏模式,提出一系列安全可靠、便于工程应用的计算公式。     

极限荷载条件下螺旋桩的螺距设计与承载力计算

螺旋桩基础在工程中有一定应用。但目前对于极限荷载条件下螺旋桩基础的地基破坏模式、桩型设计、单桩和群桩极限承载力的计算,以及合理的螺距(叶片间距)与叶片直径比等问题的研究尚少,有待进一步完善。经分析,螺旋桩的桩型设计核心问题是螺距设计,在极限荷载条件下,建立其地基的破坏模式,推导出了螺距(叶片间距)与叶片直径的比例关系,即最小螺距和控制螺距,并得出了不同的螺距情况下的单桩和群桩极限承载力计算方法。通过同群桩基础的静载试验结果对比,桩基础极限承载力估算值与试验结果拟合较好,说明本文提出的螺旋桩地基破坏模式接近于实际破坏情况,其极限承载力计算方法可用于工程设计中。     

钢筋混凝土无梁楼盖的极限承载力分析

无梁楼盖的极限承载力分析是根据无梁楼盖的破坏形态和塑性铰线理论,将破坏模式分为区格形、条带形及局部弯曲形,利用极限平衡原理及虚功原理推导出其极限荷载计算公式。本文的计算公式概念清楚,其计算值与试验值吻合良好。分析表明,无梁楼盖的中区格极限承载力最大,无边梁的角区格其极限承载力最小。当边梁抗弯刚度较弱时,边梁弯坏与板面破坏同时发生,当边梁抗弯刚度较强而抗扭刚度较弱时,边梁扭坏与板面破坏同时发生,当边梁抗弯及抗扭刚度都较强时,则只发生板面破坏。     

土质层状地基与相应桩端持力层极限承载力差异分析

分析与比较了土质地基中地基极限承载力和相应桩端持力层极限承载力两者在概念、破坏模式、假设条件等方面的不同，并基于Meyerhof极限承载力破坏模式，讨论并提出了土质层状地基极限承载力与相应桩端持力层极限承载力破坏模式，指出了两者的本质差异，并对影响极限端承力发挥的若干情况进行了讨论，得出若干结论，对具体工程勘察设计具借鉴意义。     

岩溶地区桥梁嵌岩桩基承载力探究

通过大型岩土有限元分析软件Midas/GTS NX,对岩溶地区桥梁嵌岩桩基进行承载力数值仿真模拟,分析了不同顶板厚度对岩溶地区桩基极限承载力的影响。结果显示:桩基极限承载力随溶洞顶板厚度的增加而增加,但几何尺寸大于2.5倍桩径后影响不明显。在保证必要的嵌岩深度的条件下,岩溶地区桥梁桩基嵌岩深度应遵循"宜浅不宜深"的设计原则。工程实例分析中,通过有限元数值仿真模拟,确定了岩溶地区桥梁桩基设计深度和岩溶顶板厚度,具有一定的理论与工程实用价值。     

基于太沙基极限平衡理论的螺纹桩承载力计算

基于太沙基极限平衡理论,对螺纹桩极限承载力进行理论推导,提出螺纹桩两种破坏模式下临界螺距的确定方法和螺纹桩极限承载力计算方法,分析了不同参数对螺纹桩承载力的贡献。研究结果表明:螺纹桩破坏模式由临界螺距H_cr决定,螺距大于临界螺距时为螺牙独立破坏模式,小于临界螺距时为圆柱剪切形破坏模式;螺纹桩螺牙改变了桩体的承载方式,对比同外径圆桩承载力约提高40%,在达到极限荷载时,螺牙提供的承载力约为总承载力的85%;影响螺纹桩螺牙承载力的主要土体指标为黏聚力c、摩擦角φ以及埋深,而滑动区土体自重因素对螺牙承载力的贡献并不明显;当考虑抗剪强度提供的竖向力时,螺纹桩的极限承载力最大提高20%左右。     

岩层设承力盘的嵌岩桩抗拔静载试验及计算方法研究

为提高东南沿海桩基础抗拔承载性能,开发应用了一种新型的、在桩身嵌岩段的上侧岩层中设置双向旋扩承力盘的抗拔嵌岩桩。结合广东佛山市某工程,进行单桩竖向抗拔承载特性静载试验。试验表明,该桩抗拔性能优越,抗拔承载力大大优于抗拔直孔桩及扩底桩。基于实测数据,建立适用于该桩的极限承载力双曲线理论模型。基于Hoek-Brown岩体破坏准则及嵌岩桩单桩抗拔承载机理,提出该桩型的抗拔破坏模式,并建立相应的单桩抗拔极限承载力计算方法。该计算方法可有效反映盘下嵌岩段的岩体性质、承力盘所处岩层的岩体性质、盘角及上覆土层厚度等因素对基桩抗拔极限承载力的影响。与规范方法、现场实测的抗拔承载力计算结果对比表明,该计算方法与现场测试结果吻合度高,具有很好的应用前景。     

新型混凝土-碎石串联组合桩承载力计算

针对碎石桩容易在桩顶1～3倍桩径高度范围内发生鼓胀破坏现象,提出一种新型碎石桩复合地基:混凝土-碎石散体材料串联组合桩复合地基,并阐述了该新型复合地基的施工工艺。基于计算深基础承载力Meyerhof法,采用多滑块破坏模型,建立了混凝土-碎石散体材料串联组合桩深层鼓胀破坏计算模型,通过随机优化算法寻找临界滑动面,计算得到其单桩极限承载力。将该新型组合桩的承载力理论计算值与数值仿真计算结果、传统碎石桩承载力试验结果进行对比分析,结果表明:提出的多滑块解析计算方法准确性较好;新型桩的承载力比传统碎石桩承载力有了明显提高,相较于传统碎石桩,新型组合桩在混凝土桩段长度1 m时承载力计算值提高了32.76%,在混凝土桩段长度2 m时,承载力计算值提高了54.74%。     

持力层对大直径扩底灌注桩竖向承载性状的影响

大直径扩底灌注桩的沉降以桩端土层的竖向压缩变形为主,因此端承土层特性对大直径扩底桩的竖向承载性状有较大影响。利用有限差分程序建立三维非线性有限差分数值模型,研究了持力层性质对大直径扩底桩竖向承载性状的影响。结果表明,大直径扩底桩承载力随持力层厚度的增加而增大,且在持力层厚度较小时持力层厚度的变化对承载力和桩端阻力影响显著。桩侧土层模量与持力层模量比为0.2时,桩端入持力层深度的变化在持力层厚度较小时对大直径扩底桩的极限承载力影响较大。相同持力层厚度下,桩侧土层模量的变化对大直径扩底桩承载力的影响较大,模量越大承载力越高;下卧层模量的变化对大直径扩底桩承载力的影响较大。     

岩溶区含溶洞岩石地基稳定性分析

地质构造、结构面、岩层性质、溶洞洞体形态、地下水等,是定性评价溶洞地基稳定性的重要因素。利用弹性理论,推导了岩石地基中溶洞周围的应力状态,利用格里菲斯强度理论,对含溶洞岩石地基的稳定性进行了定量计算判别。并且发现基础底面尺寸、溶洞顶板厚度、溶洞跨度(直径)及溶洞的断面形状对地基稳定性的影响很大,而地下水产生的"真空吸蚀作用"对地基稳定性的影响很小,洞内充填物对地基稳定的作用不明显。     

溶洞上方圆形基础地基极限承载力有限元分析

针对 3 种典型围岩条件,采用有限元方法对岩溶地区圆形基础下溶洞顶板稳定性进行了分析计算,讨论岩石地基极限承载力的确定方法,得出不同围岩、溶洞顶板跨度、顶板厚度条件下地基的极限承载力,并分析极限承载力与各影响因素之间的关系。     

轴力和弯矩共同作用下铸钢空心球节点承载力的有限元分析

对铸钢空心球节点在不同的轴力和弯矩组合作用下的承载力进行了弹塑性有限元分析,得出了节点的塑性发展过程及极限承载力;并基于冲切面剪应力破坏模式推导了轴力和弯矩共同作用下的铸钢空心球节点承载力计算公式。