基于土压力的桩土相互作用分析方法

地面堆栽引起地基软土侧移,导致邻近建筑桩基产生变形.采用两阶段分析方法,提出了堆载与邻近桩基相互作用的弹塑性解.首先通过解析方法或实测数据求得堆载引起的作用于桩上的土压力,然后基于地基反力法,通过设置由弹簧和滑块组成的界面单元来模拟被动桩土之间的相互作用.用弹性模量模拟弹簧的作用,其值可根据p-y曲线确定,同时引入统一极限抗力来考虑滑块的作用.当土体处于弹性状态时,桩土变形协调,滑块不发生作用;当土体作用达到极限抗力时,土体发生塑性变形,滑块承受极限抗力并发生塑性滑动.将该计算结果与有限元解答和现场试验的结果进行对比,验证了该方法的合理性和实用性.     

基于黏结颗粒模型某滑坡土石混合体直剪试验数值模拟

 介绍基于数字图像处理建立数值模型的基本过程,实现由现场数字照片直接生成土石混合体的颗粒流模型。以溪洛渡水电站坝址附近某滑坡土石混合体为例,基于实拍照片建立其细观数值模型,利用PFC2D程序分析碎石和土体数值模型中微观力学参数的反算问题,分别为滑坡体中的碎石和土体选定与其宏观力学特征相一致的微观力学参数,进行直剪试验的数值模拟,并与均质土体的模拟结果相比较。结果显示：利用双轴试验反算的土体微观参数运用于直剪试验获得的宏观力学参数与实际一致;一定含量的碎石使土石混合体的初始剪切刚度较均质土有所增大,达到峰值抗剪强度所需的剪切位移减少;假定土石界面的黏结强度为土体内部的1/10时,土石混合体的内摩擦角明显增大,而黏聚力则稍有减少;与均质土体直剪形成的破裂面相比,土石混合体模型中的裂隙部分集中于剪切面呈宽带状,部分存在碎石与土体分界面,基于此可定性探讨一定碎石含量的土石混合体抗剪性能优于均质土体的原因。     

基于数字图像的土石混合体力学性质的颗粒流模拟

 介绍数字图像处理的基本过程,根据其技术原理编写程序,实现由实拍数字图像直接生成颗粒流模型,为土石混合体力学行为的颗粒流模拟提供新的建模方法。利用该方法,采用PFC2D程序对土石混合体(SRM)进行双轴压缩试验的数值模拟,并与均质土体的试验结果相比较。结果显示,一定碎石含量的土石混合体试样其应力–应变关系呈现出台阶状分布的特征,第一平台段所对应的主应力差基本反映土颗粒的屈服强度;之后强度的提高则与碎块石存在形成的应变硬化现象相关。数值模拟反映出的规律与现场试验结果一致。通过分析土石混合体试样的破坏形态,发现其破坏过程与形态要比均质土体复杂的多,由于碎块石的存在,破裂面往往不规则,不像均质土体那样呈明显的条带状破坏。     

成层地基–桩基–结构动力相互作用体系的计算分析

以一个1∶2大比例模型结构–地基的动力相互作用模型试验为基础,结合通用有限元程序MSC.Marc,对成层地基–桩基–结构动力相互作用体系进行了三维有限元分析。计算中采用考虑土非线性特征改进的黏弹性人工边界模拟外部土域,利用考虑动力相互作用中桩土分离、滑移以及桩基提离效应的接触模型反映桩土接触界面特性,并引入阻尼项表征桩土动力作用中的能量损耗,土体采用等效线性模型。通过计算分析与试验的比较研究,验证了计算模型和分析方法的合理性,进行了地震动输入下的地震反应分析,为地基–结构动力相互作用的进一步研究奠定了基础。     

整体桥扩孔桩-土相互作用有限元分析

为研究整体桥桥台扩孔桩-土相互作用,建立整体桥扩孔桩-土相互作用p-y曲线,以深圳某整体桥为原型,用有限元分析软件ABAQUS建立单桩有限元分析模型,并用试验结果验证分析模型的正确性,研究扩孔桩-土相互作用机理.分析结果表明:所建立的有限元分析模型能够很好地模拟扩桩-土相互作用,有限元分析结果与试验结果吻合较好,并根据...     

砂土中微型桩p-y曲线研究

本文通过砂土中微型桩侧向受荷室内足尺模型试验,获得了微型桩在侧向受荷时不同深度处桩身位移、弯矩和桩周土反力,研究了微型桩的变形和受力特性。在试验基础上,利用三维有限元方法建立了微型桩-土互相作用模型,针对桩径从0.1 m到0.2 m的微型桩p-y曲线进行分析,并与常用的Reese法和API法的进行比较,发现常用的Reese法和API规范的p-y曲线的初始刚度偏大及桩周土极限抗力偏小。最后,在试验及三维有限元模型的基础上研究了微型桩-土p-y曲线沿深度变化的分布特性,提出了适用于砂土中微型桩的双曲线型p-y曲线。     

考虑土体非线性时被动桩内力和变形特性计算

将位移法和p-y曲线法相结合以计算被动桩桩身内力和变形.将桩周土体水平位移与桩周软土层厚度、土体性质、堆载工况等因素联系起来,基于位移法计算邻近堆载对基桩产生的影响,并对比选用典型p-y曲线模型描述桩侧土抗力与桩身水平位移之间的关系.综合考虑桩顶荷载及桩周堆载的影响,建立了引入P-Δ效应的被动单桩桩身挠曲微分方程,采用...     

软基处理对桩基水平承载力提高的影响研究

工程实践证明软土地基加固处理后桩基水平承载力提高显著,但如何在工程前期合理预估其提高值仍需深入研究;基于此,文中参考港口工程桩基规范建立了简化p-y法模型,推导了桩侧土极限水平土抗力P_u=m(x+x₀)ⁿ幂函数关系曲线,建立了桩身平衡微分方程,并利用常微分方程的级数解理论建立了水平受荷桩解析解,解决了港口工程桩基规范中p-y法计算困难的问题,且便于工程师实际应用。最后通过依托工程现场试桩试验,利用新推求的桩基水平承载力计算公式,分别对软土地基真空预压处理前、后的桩基水平承载力对比分析,认为软土地基真空预压处理后桩基水平承载力由51.6 kN提高至121 kN,并通过现场桩基检测成果对比验证其合理性,为类似工程提供技术参考。     

黄河三角洲粉土中水平受力桩p-y曲线试验研究

p-y曲线法在国内外的桩基设计中广泛使用,但对于黄河三角洲新近沉积粉土的p-y曲线尚缺乏研究。通过室内模型试验,根据桩身弯矩、桩身水平位移与桩周土抗力三者之间的关系,得出黄河三角洲饱和粉土地基单桩p-y曲线,并与美国石油学会API推荐的p-y曲线以及现有的两种粉土p-y曲线进行比较。对比发现:API推荐的p-y曲线有偏大的初始土抗力及偏小的极限土抗力,而现有的两种粉土p-y曲线有偏大的极限土抗力。最后给出了在黄河三角洲粉土地区桩基设计的建议。     

软土地基桩侧负摩阻力三维非线性数值分析

考虑软土地基中桩土体接触面效应，建立了桩土体相互作用分析三维非线性有限元模型，并重点模拟分析了某典型软土地区桩土荷载传递性状以及桩体特性、土体特性、桩土接触面参数、土体结构性及堆载等因素对负摩阻力的影响规律。模拟结果可为类似条件下桩基础的设计及施工提供有益的参考。     

基于桩侧砂土圆锥型修正应变楔模型的p-y曲线

基于桩侧砂土三维圆锥型应变楔的变形特征,提出砂土中水平受荷桩的非线性p-y曲线。构建圆锥型楔形体前表面应力体系并引入土体应力-应变双曲线模型,进而考虑应变楔的水平受力平衡得到桩侧土反力的表达式。在此基础上,结合弹性地基梁有限差分数值分析,建立了水平受荷桩非线性p-y曲线的理论推导方法。将该理论用于钻孔桩和打入桩模型试验的算例分析,结果表明：相对于API规范的p-y曲线、双曲线型p-y曲线以及传统非圆锥型应变楔模型得到的p-y曲线,本文方法得到的非线性p-y曲线与模型试验结果更为接近。通过比较本文圆锥变形模式与传统非圆锥型应变楔模式的差异以及桩-土参数的影响分析,进一步论证了该方法的优点。     

桥梁桩基础抗冲刷能力评估

桥梁受到洪水等冲刷作用而损伤破坏的现象普遍,且桥梁冲刷现象复杂,影响因素众多。因此,评估桥梁的抗冲刷能力具有重要的工程意义。文章以某桥为研究对象,计算了土体不同深度的p-y曲线,并根据冲刷深度拟定多种冲刷状态,通过计算得出相应冲刷状态下的桥墩和桩的反应,讨论了其屈服、破坏时的情况。具体研究内容:利用流体力学理论对水流压力作用下的桥墩和桩建立冲刷力学模型;用Winkler地基梁模型模拟桩-土相互作用,并用满足非线性p-y曲线的土弹簧来代表土体的非线性行为,利用分布式塑性铰模型来模拟桩身可能发生的挠曲破坏;最后对桥墩和桩承载能力进行分析,进而对桩基础的抗冲刷能力进行评估。     

非线性条件下砂土地基中水平受荷长桩的性状分析

提出了水平荷载作用下,考虑土体非线性性质的砂土地基中长桩性状的分析方法。依据前人的研究成果,认为任一深度处水平土反力模量与地面处桩的位移存在一个衰减的指数函数关系。假定水平土反力模量和极限土反力均沿深度线性增长,认为随着桩位移增大,桩前土体由弹性逐渐达到塑性屈服,对于2种状态,分别建立桩的基本微分方程。分别采用Gleser有限差分结合迭代法和Reese-Matlock法给出了2组四阶变系数非线性微分方程的近似解答。现场试验和数值算例证明,该法较传统的m法计算结果更接近实测值,较p-y法方便可行,既适用于小位移的情况,也适用于桩顶出现较大位移的情况,因此,在缺乏试验参数的情况下,可以代替p-y曲线法用于工程计算。     

软土地基桩侧负摩阻力三维非线性数值分析

考虑软土地基中桩土体接触面效应,建立了桩土体相互作用分析三维非线性有限元模型,并重点模拟分析了某典型软土地区桩土荷载传递性状以及桩体特性、土体特性、桩土接触面参数、土体结构性及堆载等因素对负摩阻力的影响规律。模拟结果可为类似条件下桩基础的设计及施工提供有益的参考。     

海上风机加翼桩水平受荷简化分析模型研究

海上风机加翼桩是一种在近地表桩体上设置翼片以充分发挥浅层土抗力的新型基础形式,目前工程上尚缺乏对其在水平荷载作用下的变形计算方法。首先对于黏土地基中大直径加翼桩水平承载特性进行了有限元数值分析,得到了加翼桩桩周土体变形模式,进而提出了海上风机加翼桩水平受荷的等效扩大头桩模型。基于该简化分析模型,结合考虑桩径效应的大直径单桩p-y曲线,建立了水平荷载作用下海上风机加翼桩变形计算方法。通过与已有原位试验结果和有限元计算结果的对比,验证了所建议计算方法的合理性。采用所建议计算方法,系统探讨了桩体尺寸、翼片尺寸、桩周土力学参数等对于桩头位移及桩身内力分布规律的影响,并从降低位移角度提出了翼片效率指标,初步建议了达到最优翼片效率的翼片尺寸。     

大跨钢结构基础预应力施工过程桩土作用影响分析

以某遗址保护建筑城楼为工程背景,研究桩土相互作用对大跨钢结构基础预应力施工过程的影响。建立精细化有限元模型并采用三种方法模拟桩土相互作用,并结合现场实测数据对比分析基础预应力施工过程中各模拟方法对大跨钢结构力学性能的影响。结果表明,三种模型边界条件的模拟均考虑了基础预应力张拉过程中承台内外土体抗力的影响,三种模拟方法一定程度上能反映斜柱支撑系统构件内力及桩顶位移变化规律;考虑堆载的桩简化模型和m法模型与实际结果相对较为接近。     

土石混合体力学特性的颗粒离散元双轴试验模拟研究

土石混合体作为土体和碎石的混合体,其宏观力学特性与碎石特性密切相关。采用试验研究和数值模拟相结合的方法,对土石混合体的力学特性进行研究。基于FISH语言开发颗粒流的多边形碎石生成模块,通过室内试验校核颗粒流模型的细观参数,建立土石混合体双轴试验模型。提出以形状因子m作为衡量碎石磨圆度的指标,对碎石形状进行了量化。研究了碎石含量、强度、形状对土石混合体力学特性影响,探讨碎石对土体强度提高的细观原因,揭示土石混合料的强度指标随各主要影响因素的变化趋势。结果表明:碎石含量和强度越高,混合体的强度也越高,当含石量小于40%时,土石混合体的力学特性受土体主导;内摩擦角随着碎石含量增加而增大,而黏聚力却在减小;随着形状因子的增大,强度降低,黏聚力和内摩擦角均减小;土石混合体中应力分布不均,在碎石含量较高时,碎石形成骨架效应,承担了主要荷载。     

饱和砂土中直群桩动力响应离心机振动台试验与简化数值模型研究

饱和砂土液化场地高承台直群桩及土体横向动力响应分析一直是岩土工程抗震的热点和难点。针对这一问题,设计制作饱和砂土液化场地的2×2直群桩模型,进行离心机振动台试验,分析液化场地群桩–土动力响应规律。在此基础上,基于ABAQUS有限元软件平台,通过引入砂土液化大变形本构模型,采用有限元网格自适应调整技术克服大变形畸变问题,建立可液化场地群桩基础静动耦合非线性相互作用的二维有限元模型进行数值模拟分析,并用试验结果进行验证。结果表明:峰值加速度0.3 g正弦波工况下离心机振动台试验饱和砂土地基液化速度非常快,直群桩基础承台加速度与土中加速度放大峰值均不会超过输入波峰值,地基液化后承台加速度便开始衰减;饱和砂土地基超静孔隙水压力发展直接影响加速度响应,土体液化直接导致加速度衰减;数值模拟加速度结果与试验的加速度动力响应特性相符合,但量值上有区别,将数值模拟结果进行一定比例缩小后与试验结果基本吻合;数值模拟超静孔隙水压力与超静孔压比与试验结果基本一致,数值模拟显示浅层土较深层土液化明显;数值模拟的承台位移相较于试验偏保守。     

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。     

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。