桩土联合工作性状的研究——三维等厚度接触单元模型

根据桩侧土的剪切非线性性质,推导了桩 土三维等厚度接触单元的单元刚度矩阵,并以工程实际的层状地基为例,研究讨论了在竖向荷载作用下桩长、桩端土层压缩模量及桩体弹性模量等因素对此等厚度接触单元工作性状的影响.结果表明,所提出的接触单元能够很好地模拟在竖向荷载作用下桩与桩侧土体之间滑移破坏的发展情况.     

不同直径单桩静压贯入力学特性模型试验研究

为探讨不同桩径静力压入单桩的贯入力学特性，设计了不同桩径的模型桩，基于光纤光栅（Fiber Bragg Grating，简称FBG）传感技术，开展了黏性土中静压贯入两种不同直径单桩的模型试验研究。结果表明：试桩的压桩力基本呈线性增加趋势，桩径越大，压桩力越大；桩径不同会影响单桩的荷载传递性能，由于桩径越大挤土效应越明显，沿深度方向的桩身轴力传递性能优于小桩径桩；桩身单位侧摩阻力随深度增大而增大，桩径越大，对土体的侧向挤压力越大，桩身单位侧摩阻力越大；同一深度，两种不同直径单桩桩身单位侧摩阻力都出现“侧阻退化”现象，“侧阻退化”现象随着贯入深度的增加越明显，且桩径越大，桩身单位侧摩阻力退化越显著；均质黏性土地层静压沉桩阻力主要为桩端阻力，沉桩结束时，试桩桩端阻力占沉桩阻力的比例分别为59.5%和66.2%，不同的桩身直径既影响桩端阻力，又影响桩侧阻力。确定静压贯入沉桩阻力时，考虑基于黏性土的侧阻退化后实际值更为合理。     

抗拔桩的承载性能研究

针对抗拔桩的侧摩阻力很难准确计算的问题,采用弹性力学M ind lin解并结合非线性接触面单元建立了一个能考虑桩体泊松效应的桩土体系力学模型.通过对原型抗拔试验桩进行模拟验证了该模型的适用性.分析表明,抗拔桩属于“突进型破坏”,而抗压桩属于“缓进型破坏”.且在极限荷载作用下抗拔桩的变形较小,破坏前兆不易察觉.抗拔桩的桩侧阻力随桩长的增加近似按线性关系减少,随桩径的增加按非线性关系减少.     

夯实水泥土桩复合地基承载特性分析

基于夯实水泥土桩复合地基载荷试验的结果,分析了复合地基在竖向荷载作用下垫层、桩及桩间土的共同作用机理,假设桩侧摩阻力分布形状,建立夯实水泥土桩复合地基的分析模型,考虑复合地基中桩、土变形协调,提出了一种计算复合地基桩土应力比的方法.利用该方法对夯实水泥土桩复合地基在竖向荷载作用下的承载特性进行深入研究,重点分析了垫层模量、桩端持力层模量、桩土相对刚度比、桩长径比对桩土应力比的影响.结果表明:夯实水泥土桩复合地基中垫层的模量对桩土应力比的影响要远大于桩端土持力层的模量;桩长径比的增加会使桩土应力比趋于一定值,说明复合地基中临界桩长的存在;增大桩长并同时提高桩土相对刚度比能显著提高桩土应力比.     

多年冻土地区工程桩桩侧冻结力数值分析

依据侧向冻结力试验无厚度的非线性接触面单元模拟桩土界面,采用双曲线非线性模型冻土本构关系编制三维非线性有限元程序.数值分析得P-s曲线与现场静载试验P-s曲线吻合程度良好,结果表明:桩周冻土温度、桩径、桩长强烈影响着桩侧冻结力的分布状态,得到桩侧冻结力的分布影响规律;增大桩径是提高工程桩承载力、减小沉降量的有效措施;增大设计桩长对提高工程桩承载力贡献较小.     

柔性桩复合地基的沉降分析

为了分析柔性基础下柔性桩复合地基的沉降问题，提出了改进的单元体位移模型.通过假定的单元体竖向位移模式和纯摩擦桩桩侧摩阻力分布模式，利用桩土间无相对滑移、桩土界面处桩土压缩量相等和单元体边界处竖向切应力为零等边界条件，推导出复合地基纯摩擦桩桩侧摩阻力分布的具体表达式，以及加固区桩土压缩量的计算公式.随着荷载的增大，当桩体不再是纯摩擦桩时，计算方法同样适用于有桩端力或桩侧摩阻力达到极限值的情况.实例计算表明，理论公式计算结果与实测值比较接近.     

带承台单桩竖向承载变形特性数值分析

基于无厚度的接触面单元模拟桩-土之间的非线性接触特性,采用Mohr-Coulomb弹塑性本构模型描述土的非线性特征。桩取为弹性,对带承台单桩进行了三维弹塑性有限元分析,得到了桩顶沉降、桩身轴力、桩周侧摩阻力、桩土荷载分担比等变化情况,基本反映了桩-土的实际工作性状。     

桩周土开挖状态下桩基础荷载传递规律研究

桩周土的开挖和桩身的暴露会导致桩承载力和稳定性的降低,严重时会影响建筑物安全;揭示桩周土开挖时桩基础荷载传递规律,可以为既有建筑地下空间的开发和利用提供重要的理论和技术支持。文章采用ANSYS有限元程序对一座框架结构建筑物桩周土开挖过程中的桩身轴力、侧阻力和端阻力的分布和变化规律以及桩基础的沉降变化规律进行数值分析。结果表明:随着托换桩桩周土开挖深度的增大,建筑物荷载通过侧阻传入土体比例减小,端阻和侧阻力作用充分发挥,最终桩基承载力达到极限状态,桩基沉降量会增大;增大桩长、桩径、桩数量和桩土间摩擦系数等措施可以增加桩身承载力,也可减小桩基沉降,而且增大桩身长度对提高桩基承载力效果最好,增大桩径和桩数量对减小桩基沉降效果明显。     

膨胀土中桩的荷载传递模型试验研究

通过室内模型静载实验，研究和分析了不同荷载下的膨胀土地基中桩的荷载传递特点、桩侧摩阻力和桩端阻力的变化以及二者的荷载分担比例关系等。试验表明：膨胀土中桩的静载试验所得到的P-s曲线存在明显的拐点；桩身轴力随桩顶荷载的增加在桩身中部以上迅速递减，且桩身轴力增加与桩顶荷载增加几乎呈线性关系，桩中部以下几乎变化很小；该模型桩的荷栽传递是以侧摩阻力为主的；桩侧摩阻力和桩端阻力均随桩顶荷载的增加也呈近似线性关系，但桩侧摩阻力和端阻力在荷载分担比方面存在一个极值。     

采用三维罚单元对桩基沉降的研究

为了研究桩在荷载作用下的几何特性、物理特性和层状土及其物理特性对桩基沉降的影响,选用模拟承台与桩土连接条件的罚单元,考虑承台与桩土的特性,运用虚位移原理推导了承台与桩-土的罚单元刚度矩阵,利用编制的三维有限元程序,分析得出在竖向荷载作用下,承台与桩体、土体之间存在着变形协调条件,用三维罚单元可以模拟承台与桩土之间连接问题的情况;增加桩体弹模,可有效减少桩基的沉降;与桩长相比,桩径的变化对桩基的沉降影响更大,对于控制沉降更为有效;在考虑土的层状特性的基础上,土的压缩模量变化对桩基沉降有一定的影响,可降低桩与土体滑移破坏的突然性;与土的内聚力相比,内摩擦角对沉降有更大的影响.     

Displacement and deformation analysis for uplift piles

On the assumptions that the shear resistance increases linearly with increasing shear displacement between the uplift pile and surrounding soil, that the axis force is distributed as parabola along the pile length, that elastic distortion occurs when the pile is loaded, that the displacement of pile is in accord with that of the soil, and that the uplift pile failure is regarded as the soil failure, a rational calculation method was proposed for calculating the deformation, ultimate displacement and shear resistance of piles. The distributions of frictional resistance and the shear displacement along the pile length were obtained with the method. The comparisons were made between the measurement results and the present results. The present theoretical results agree well with the measurement results, with the average difference being less than 12% before failure. The comparisons show that the proposed method is reasonable for uplift design and engineering construction of piles.     

不同布桩形式群桩基础模型试验研究

变刚度调平设计是2008版《建筑桩基技术规范》的重要修订内容,群桩基础变桩长、变桩距是变刚度调平设计手段之一。为了减小等刚度布桩群桩基础的差异沉降及调整桩顶反力分布,通过4组改变桩长、桩距、桩数的模型试验,对等刚度和变刚度布桩的应力位移场进行研究。结果表明：等刚度布桩中各基桩桩顶反力不均匀,差异沉降较大。变刚度布桩能调整群桩整体场刚度效应,减小差异沉降,促使桩顶反力均匀及更好地发挥地基土的承载力。     

考虑剪切变形影响的桩基m法计算理论

考虑桩基的剪切变形影响,利用单广义位移深梁理论,建立了桩基m法的计算方法,导出了水平位移、转角、弯矩和剪力的初参数表达式和无量纲参数函数的统一表达式,根据桩底边界条件建立了初参数解的计算公式;给出了无量纲参数函数随换算深度和弯剪刚度比的变化图形。研究表明,换算深度小于3.0时,弯剪刚度比对无量纲参数函数影响较小,换算深度大于4.0时,弯剪刚度比对无量纲参数函数影响的趋势非常明显,桩基剪切变形的影响程度与桩的边界条件有关。算例结果表明,桩身的剪切变形有增大桩顶水平位移、提高弯矩零点位置、改变弯矩分布特征、扩大桩侧土压力大小等影响。     

大直径等截面桩与扩底桩的承载特性研究

基于荷载传递法和广义双曲线函数,建立了大直径扩底桩的单桩解析模型。利用ABAQUS软件建立等截面桩与扩底桩的有限元分析模型,土体用Mohr-Coulomb本构模型,桩体采用弹性模型,在桩土接触面间设立接触对。分析了桩底沉渣、扩底高度和扩底直径对大直径等截面桩与扩底桩承载特性的影响,得出桩身轴力、桩侧阻力和桩顶沉降等变化规律。结果表明,扩底桩可明显提高承载力并减小桩顶沉降;工程应用中应尽量减少桩底沉渣厚度。     

黄河中下游冲积平原深长桩桩侧极限摩阻力研究

对于黄河中下游冲积平原砂性土层深长桩桩侧极限摩阻力问题,根据该地区的地质特性、采用有限元软件ABAQUS对大量不同参数的深长桩进行了建模分析,结果表明:桩顶荷载与桩侧摩阻力近似呈线性关系,桩长、桩径、桩-土界面条件、桩周土的力学性质等对桩侧摩阻力影响程度不同.根据有限元计算结果推导出了砂性土层深长桩桩侧极限摩阻力的计算公式,用其对工程实例进行验算,并将计算结果与静载试验实测结果进行了对比,二者吻合较好,说明有限元建模方法、参数设置及结论可靠,计算公式较准确.该研究可为该地区深长桩的优化设计提供参考.     

长短桩复合地基受荷性状的影响因素分析

采用大型有限元软件ABAQUS,对不同褥垫层模量、厚度、短桩模量及基础上不同的荷载对刚柔性长短桩复合地基的长桩与土的应力比、短桩与土的应力比、长短桩应力比、基础沉降的影响及其规律进行了分析.数值分析表明:垫层的存在增大了地基的沉降,可调节复合地基中桩土应力的分配;随着垫层模量的增加,长桩桩身应力增加,短桩应力减小;增加短桩的刚度,复合地基的沉降减少;随着基础顶面荷载的增加,桩土应力比增大,位移差也增大.结合武汉某住宅小区的长短桩静载荷的现场监测数据,分析了工程中长桩与土、短桩与土、长短桩应力比的变化规律.数值分析和现场监测数据分析结果可为该类型地基的设计和施工提供依据.     

Capacity and failure mechanism of laterally loaded jet-grouting reinforced piles: Field and numerical investigation

This study presents the results of field and numerical investigations of lateral stiffness, capacity, and failure mechanisms for plain piles and reinforced concrete piles in soft clay. A plastic-damage model is used to simulate concrete piles and jet-grouting in the numerical analyses. The field study and numerical investigations show that by applying jet-grouting surrounding the upper 7.5D (D = pile diameter) of a pile, lateral stiffness and bearing capacity of the pile are increased by about 110% and 100%, respectively. This is partially because the jet-grouting increases the apparent diameter of the pile, so as to enlarge the extent of failure wedge and hence passive resistance in front of the reinforced pile. Moreover, the jet-grouting provides a circumferential confinement to the concrete pile, which suppresses development of tensile stress in the pile. Correspondingly, tension-induced plastic damage in the concrete pile is reduced, causing less degradation of stiffness and strength of the pile than that of a plain pile. Effectiveness of the circumferential confinement provided by the jet-grouting, however, diminishes once the grouting cracks because of the significant vertical and circumferential tensile stress near its mid-depth. The lateral capacity of the jet-grouting reinforced pile is, therefore, governed by mobilized passive resistance of soil and plastic damage of jet-grouting.     

特高压输电线路支盘桩群桩受力性能及经济性分析

通过有限元数值模拟,研究了支盘桩群桩在竖向荷载作用及竖向和水平荷载共同作用下基桩荷载-位移曲线、桩身应力分布、桩身轴力变化规律及桩间土体受力情况等,并结合具体工程,对支盘桩的技术经济性进行了分析.结果表明:支盘桩群桩在竖向和水平作用下的受力特点与单独承受竖向荷载作用时有所不同;同等条件下,相对于普通等径灌注桩,挤扩支盘桩群桩基础的设计尺寸、材料用量、施工造价及工期均有减少,具有较大的经济效益.