盾构施工对临近桩基影响的数值分析

基于GTS软件，建立盾构近距离穿越临近桥梁桩基影响的三维弹塑性模型，模拟实际施工过程，从整体上研究地基中承台-群桩-土-隧道四者间的作用特征。结果表明：盾构施工引起地层产生位移，隧道周围土体有变形趋势，使得桩体产生垂直于隧道的水平位移；桩土的变形和受力状态不仅与施工过程有关，而且与桩的位置、长度和数目紧密相关。     

软土中碎石桩模型试验的三维离散–连续介质耦合数值模拟

采用连续–非连续介质耦合数值模型对碎石桩单桩受荷室内模型试验的变形及破坏全过程进行模拟。其中碎石桩体采用考虑碎石真实形态的三维刚性多面体进行模拟,软土采用有限差分网格模拟。数值模拟获得的单桩荷载–沉降曲线以及鼓胀变形曲线与模型试验结果显示出较好的吻合程度。基于离散单元方法建立的碎石桩模型无需复杂的本构模型便能有效反映其变形和失稳特性,耦合连续介质模型进行模拟则更好地揭示了桩土相互作用机理。通过荷载–沉降曲线、土体应力应变场以及桩体碎石接触力链网络讨论了碎石桩单桩承载的破坏过程;并总结了碎石桩宏观变形失效与其细观颗粒受力运动的联系,碎石桩体承载和传力的机制能够通过其内部力链网络结构与形态得到较好解释。     

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。     

平行盾构隧道施工对不同位置桩基的影响研究

为研究平行盾构隧道施工对不同位置桩基的影响,建立了盾构穿越既有桩基的有限元三维数值模型。通过不同桩位和桩长的方案对比,模拟得到不同桩位和桩长的桩基在盾构施工穿越过程中所产生的变形和受力特点。     

深厚软土地基大型浅圆仓上部结构-桩基共同作用下的动态施工过程有限元模拟分析

采用大型有限元分析软件MIDAS—GTS建立反映浅圆仓上部结构动态施工过程的上部结构一桩基一地基共同作用的三维数值分析模型,对施工过程中整体结构及地基的受力变形情况进行动态模拟,通过三维数值分析,得到施工过程中管桩及桩间土的受力情况变化及变形情况,得到其随施工过程中的变化发展规律,为类似工程的设计及施工提供参考。     

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。     

顶管隧道施工对桥梁桩基的影响

文章以昆明4号线菊华站地铁车站过街通道矩形顶管近接高架桥施工为背景,通过数值模拟的方法,分析在采用桩侧土体注浆预加固及超灌触变泥浆两种措施下顶管隧道施工全过程中邻近桥梁桩基的安全性。结果表明:(1)顶管顶进施工对桥梁桩基的受力影响不大;(2)顶进完成后,桥梁桩基将产生指向顶管隧道的横向变形,较近侧桩基产生沿顶进方向的变形,且横向变形大于纵向变形,离顶管越近的桩基变形值也越大;(3)采用桩侧土体预加固结合超灌触变泥浆的方式能有效将桩基在顶管施工的全过程中的受力及变形控制在安全限值之内。     

高承台桩基竖向沉降及荷载传递研究

桩体竖向沉降是建筑物稳定的基础,为了研究高承台基础桩基的沉降特点和桩周土体固结对桩体产生的影响,采用模型试验和数值模拟的研究方法对高承台桩基的沉降及桩基荷载传递特点,桩周土体固结对桩基产生的力学响应进行了研究。研究表明增大承台荷载显著增加桩体沉降量,而且在排水固结的情况下周围土体产生的下拽力导致桩端变形增大。     

基于多目标模糊决策法的某赛车场桩基施工参数优化研究

依托武汉国际赛车场桩基施工项目,以Flac3D数值模拟为手段,利用多目标模糊决策法对桩基施工进行优化研究。主要分析了当时桩基施工参数下土体、桩体的受力及变形情况,并通过正交试验研究桩长、桩径以及桩间距对PHC管桩桩顶沉降、塑性区体积的影响,最后,利用多目标模糊决策法比选出最优组合方案。     

盾构隧道穿越桥桩加固方案影响性对比分析

对于盾构隧道侧穿桥梁桩基的情况,采取三种加固方案并和不加固开挖进行对比,运用三维数值模拟的方法对比分析在穿越过程中不同加固方案对于限制隧道和桥梁变形的效果,比选得出最理想的方案用于工程,根据结果得出:对于该工程,采用注浆加固隧道周围土体相比于对其他区域土体进行加固更为有效;在侧穿的隧道施工中,隧道开挖带来的土体扰动会使桥梁产生变形,产生负摩擦阻力,而通过在施工前进行加固可以有效的限制开挖对桩体的影响。     

考虑基坑开挖效应时隧道施工对桩受力特性影响

新建地铁隧道会对临近桩基础造成影响,而通常高层建筑是在地下室之下设置桩基础。受地下室基坑开挖影响的桩基础,其工作时的受力状态与桩顶直接加载工况不同,对隧道施工的响应也不同。文章基于弹性力学Mindlin解和显式算法,并引入了亚塑性桩-土接触面本构,建立考虑基坑开挖效应的桩在正常工作时的内力与摩阻力分布。进一步基于Loganathan-Poulos解,引入隧道开挖位移场,研究隧道开挖对工程桩的影响。结果表明,考虑基坑开挖影响时,桩工作荷载状态下侧穿和下穿隧道引起的桩身位移,明显大于不考虑基坑开挖影响时结果;摩阻力分布与不考虑基坑开挖条件下有明显的不同。     

近间距下穿高架群桩的基坑施工可行性

应用平面有限元软件对上海某地道下穿轨道交通11号线基坑施工进行了模拟分析。基坑开挖造成的土体侧向卸载,影响着临近群桩基础的安全。分析结果表明:临近桩基侧移与围护桩变形有一定的相关性,发生最大侧移的地方均位于基坑开挖面处,而围护桩弯矩的发展变化跟支撑位置和刚度有着直接关系;基坑开挖造成的侧向卸载作用对临近桩基的影响明显大于对承台的影响;不考虑桩基侧移的情况下,侧向卸载造成摩擦群桩承载力降低量可忽略;围护结构支护状态的有效性对减少临近桩基侧移和保持群桩承载力起到关键作用。     

基于HSS模型隧道近接群桩基础施工影响分析

依托盾构隧道近接侧穿群桩工程建立三维数值分析模型,土体采用小应变硬化(HSS)模型,参数取值借鉴已有研究成果并根据监测位移数据反演,同时考虑土体开挖、衬砌拼装以及盾尾同步注浆等一系列施工工艺措施,并将模拟结果与监测数据进行对比验证,研究了不同工况下地表沉降的形态分布、群桩桩基变形及基桩结构受力,同时考虑地表位移对等代层厚度的敏感性。结果表明:HSS模型能有效预测隧道近接侧穿高架桥桩引起的变形,模拟结果与监测值较吻合; 隧道开挖引起土相对桩产生了滑移,地表沉降及桩身竖向位移在中心线前后各1D(D为管片外径)范围内随推进步数的增加而不断增大,且增加幅度明显减小; 两线推进地表沉降具有叠加效应,最大沉降量增幅达76.8%; 隧道与基桩水平距离越近,引起基桩沉降变化越大,两线推进基桩桩顶沉降增幅达134%; 群桩中各排桩的水平位移变化趋势基本相同,且同排桩的水平位移值相差不大,由于群桩遮挡效应,水平位移值由大到小依次为前排桩、中排桩、后排桩; 桩身水平位移主要在盾构中轴线2.5D范围内,桩身最大水平位移均出现在隧道中轴线附近; 群桩中同排桩桩身附加弯矩及附加轴力沿桩身分布规律相同,桩身最终附加受力与其距离隧道远近有关; 随着注浆充率β的增大,等代层厚度及地表沉降呈线性减小; 穿越段采取的施工工艺方案是有效的,经估算附加弯矩及轴力对桩基承载力的影响在容许范围内。     

深圳地铁隧道邻接桩基施工力学行为研究

针对深圳地铁新建隧道邻接既有桩基的地铁工程 ,进行了三维有限元数值模拟的施工力学行为研究。研究结果表明 :与无桩情况相比较 ,邻接桩基施工将引起新建隧道自身结构 ,特别是与既有桩基邻接一侧边墙不利的受力状况和变形特征 ;并且 ,邻接施工还将引起既有桩基产生偏向隧道水平方向的“拉伸”变形情况。因此 ,需要采取加固措施 ,以确保隧道自身结构以及邻接地下“建筑物”的安全。此外 ,考察不同刚度折减系数时 ,发现桩基水平侧向变形几乎没有变化 ,这表明改变盾构管片的拼装方式 ,在整体上对邻接地下“建筑物”几乎无影响     

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。     

两个相邻高层建筑桩箱基础的共同作用分析

根据分层地基上相邻刚性基础共同作用的分析方法 ,进一步提出了相邻桩箱基础共同作用的分析方法。计算中可考虑荷载偏心、基础埋深以及建筑物荷载重心高度对桩箱基础倾斜的影响。着重对某工程两个相邻桩箱基础共同作用产生的整体对倾和周围地基土中的竖向附加应力分布特点进行了研究。根据对倾实测结果推算 ,密集群桩的影响范围大致相当于L +rg (L、rg 分别为桩长和群桩基础等效圆面积的半径 ) ;受主楼附加应力扩散作用的影响 ,主楼与裙房之间的沉降差较小。     

抗滑桩桩后土拱效应特征的三维数值研究

通过对抗滑桩桩后土拱效应的三维数值模拟分析,发现在抗滑桩桩后和桩间土体中存在两种不同作用机理的应力拱,抗滑桩桩后土拱效应随着深度的增加而增强,不同性质的土体土拱具有不同的形状。经过对抗滑桩桩后土拱效应影响因素的分析表明,抗滑桩桩后外载荷大小、桩间距、土体内摩擦角、黏聚力、土体与桩体的相对刚度的大小、土体的泊松比、桩土接触面性状等对土拱效应有不同程度的影响。     

邻近隧道的岩质深基坑开挖影响研究

目前基坑开挖对邻近隧道的影响研究主要集中于软土地层,在土岩组合地层当中研究较少。以重庆临江门开挖深度近30 m、邻近隧道的岩质深基坑工程为例,运用数值模拟方法与工程现场监测成果对基坑开挖所造成的影响进行分析研究。研究结果表明：岩质基坑变形总体较小,支护桩加分阶预留岩墙作为围护体系比较有效,支护结构变形主要集中于土层部分;有邻近隧道时,拱圈所对应支护桩弯矩比无隧道时要大,直墙段所对应支护桩弯矩比无隧道时要小;由于受连续介质及隧道几何形态的影响,隧道会改变位移场传递的方向,并且竖直方向改变大于水平方向,隧道主要表现为横向变形。衬砌拱顶、左拱脚、左墙中的弯矩明显增加,隧道具有明显的偏压效应。     

Centrifuge model test on dynamic behavior of group-pile foundation With inclined piles and its numerical simulation

In this paper, dynamic behavior of a grouppile foundation with inclined piles in loose sand has been investigated with centrifuge model tests. The test results are also simulated with elastoplastic dynamic finite element method, in which, not only sectional force of piles, stress of ground, but also deformation of piles are calculated using a three-dimensional elastoplastic dynamic finite element analysis (Code name: DGPILE-3D). The numerical analyses are conducted with a full system in which a superstructure, a pile foundation and surrounding ground are considered together so that interaction between pile foundation and soils can be properly simulated because the nonlinearities of both the pile and the ground are described with suitable constitutive models. Different types of piles, vertical pile or inclined pile, are considered in order to verify the different characteristics of a group pile foundation with inclined piles. The validity of the calculation is verified by the model tests.     

扩顶CFG桩复合地基加固效果数值模拟研究

扩顶CFG桩复合地基是在CFG桩复合地基基础上发展的一种地基处理方法,其借鉴桩-承台-土相互作用理论,充分利用扩顶"荷载收集"作用以及桩间土的承载和变形协调能力。以河南省某高速公路为工程背景,通过有限元数值方法对常规CFG桩和扩顶CFG桩复合地基进行模拟分析,讨论不同因素对扩顶CFG桩控沉效果的影响;分析桩帽下土体的竖向位移;研究桩身应力、桩帽下土体的应力等的变化规律,并结合现场监测结果比较分析,对扩顶CFG桩数值模拟给出若干结论。