基于桩土相互作用的管桩桩顶扭转复刚度研究

在轴对称的条件下,考虑管桩土相互作用,运用分离变量法求解土层扭转振动,借助土层和管桩桩端边界条件以及三角函数正交性求解管桩扭转振动问题,并通过数值算例讨论相关参数对管桩—土耦合扭转振动的影响.研究表明,管桩—土系统的耦合扭转振动存在共振现象,管桩内外半径比、桩和桩周土模量比对管桩桩顶扭转复刚度影响很大,桩芯土与桩周土模量比和桩芯土与桩周土密度比在低频时对管桩桩顶扭转复刚度几乎无影响,高频时有影响.     

分数导数Kelvin粘弹性土中管桩的扭转振动

将管桩桩周土和桩芯土均看作粘弹性介质,同时运用分数导数Kelvin粘弹性本构模型描述桩周土和桩芯土的应力应变关系。仅考虑桩周土和桩芯土的环向位移,通过Fourier变换和分离变量法求解了桩周和桩芯分数导数Kelvin粘弹性土的扭转振动。考虑桩周土和桩芯土对管桩的作用力,建立了分数导数Kelvin粘弹性土中管桩的扭转振动方程,通过求解管桩的扭转振动得到了频率域内管桩桩顶的扭转复刚度。结果表明：桩周土本构模型参数α₁和T_b1对管桩的扭转振动有一定的影响,而桩芯土的本构模型参数α₂和T_b2对管桩扭转振动的影响与频率有关;桩芯土与桩周土剪切模量比μ小于1且μ较大时,扭转复刚度实部和虚部随频率变化曲线波动较大,而μ大于1时其对管桩扭转振动的影响很小;管桩壁厚、长径比和管桩与土体的剪切模量比G_p对管桩的扭转影响较大。     

径向非均质黏性阻尼土中管桩纵向振动特性

为分析施工扰动对管桩纵向振动特性的影响,发展建立了基于复刚度传递径向多圈层平面应变模型黏性阻尼土中管桩-土体纵向耦合振动模型.利用拉普拉斯变换和径向复刚度传递,得到桩芯土与桩身界面处的复刚度,并利用桩土界面上位移连续、力平衡条件推导得出桩顶动力阻抗的解析解,通过进一步参数化分析分别探讨桩长径比、桩内外径比、桩身弹性模量、土体黏性阻尼系数、桩周土施工扰动程度和扰动范围对桩顶纵向振动特性的影响规律.结果表明:管桩桩长增加使得桩顶动力阻抗曲线振幅和共振频率降低;桩芯土体对桩体可以起到减震作用;桩顶动刚度和动阻尼曲线振幅随施工引起桩周土软(硬)化程度增加而减小(增大);管桩桩顶动力阻抗振幅水平随施工扰动引起桩周土体软(硬)范围增加而增大(减小),此种影响仅在近桩小范围内较为明显,超出该范围即大幅衰减至稳定;当施工扰动较明显时,在管桩纵向振动特性分析中宜考虑此种桩周土体径向非均质性的影响.     

简谐SH波作用下管桩的振动特性

在一维波动模型的基础上得到了简谐SH波作用下桩周土和桩芯土的位移。在三维轴对称的情况下,运用势函数和分离变量法求解了简谐水平集中荷载和SH波引起的管桩桩周土和桩芯土的振动问题,得到了桩周土和桩芯土的径向位移和环向位移。考虑管桩土动力相互作用和管桩土的连续性边界条件对简谐水平集中荷载和SH波作用下管桩的振动进行了研究,得到了管桩桩顶的动力放大因子。通过数值算例分析可知,简谐SH波作用下管桩存在共振现象;管桩管壁过薄宜导致桩基失稳;相同外径情况下采用管桩要比实芯桩的抗震性能更好。     

基于黏性土的开闭口管桩承载性状室内试验对比研究

为了深入研究不同桩端形式对桩承载性状的影响,通过室内模型对比试验对黏性土中开口管桩和闭口管桩的承载性状进行研究。试验结果表明:开口管桩T1和闭口管桩T2的Q-s曲线均呈陡降型,最大沉降量分别为47.72,43.24 mm,单桩竖向抗压极限承载力分别为6.3,7.3 kN;试桩T1内管桩身轴力在土塞高度范围内随着埋深逐渐减小;试桩T1和T2外管桩身轴力随着深度的增加逐渐减少,试桩T2外管桩身轴力比试桩T1外管桩身轴力大24.2%～102.7%;试桩T1内管侧摩阻力在土塞高度范围内随着埋深的增大逐渐增大;试桩T1和T2外管侧摩阻力在荷载较小时,呈先增大后减小的趋势,当桩顶荷载达到最大时,始终呈增大的趋势;在各级荷载作用下,两试桩的桩端阻力分担比介于53.5%～72.3%,桩端阻力始终发挥主要作用,且开口桩的桩端阻力分担比小于闭口管桩。研究结果对实际工程中桩型的选取具有重要的指导意义。     

饱和黏弹性土中单桩的纵向振动

基于Biot两相介质模型,在频率域内研究了简谐荷载作用下饱和黏弹性土中桩纵向耦合振动特性.借助Novak平面应变模型推导了饱和黏弹性土层的控制方程.将桩等效为一维杆件模型,建立了桩的振动方程.根据桩土连续性条件,求得了桩顶的动力刚度和动力阻尼.与Novak解进行了对比,并考察了长径比、流固相互作用系数、土骨架的阻尼比、桩土模量比等参数对饱和土桩系统纵向振动的影响.结果表明：单相和饱和黏弹性土中桩的动力特性存在一定差异;随着长径比的增加,动刚度因子和等效阻尼的共振效应明显减弱;而随着模量比的增加,共振效应和基频都有所增大;流固相互作用系数和土骨架的阻尼比影响相对较小.     

松花江漫滩地区静压PHC管桩竖向承载力

目的 探讨适合松花江漫滩地区静压PHC管桩的极限端阻力标准值的提高系数、单桩竖向极限承载力标准值的计算公式,给出单桩竖向极限承载力标准值与终压力的区域经验公式.方法 对松花江漫滩地区具有代表性的静压PHC管桩的静载试验数据、地质勘察报告以及施工压桩记录进行分析研究,得到静压PHC管桩的极限端阻力标准值的提高系数,进而建立单桩竖向极限承载力标准值的计算公式;运用统计软件SPSS分析拟合数据,提出单桩竖向极限承载力标准值与终压力的区域经验公式.结果 桩端持力层为中密中砂时,极限端阻力标准值提高系数在1.8～2.4;桩端持力层为中密粗砂时,极限端阻力标准值提高系数在2.4～3.0;对于桩长在9～24 m之间,长径比在24～50的静压管桩,在中粗砂持力层的情况下,综合系数K在0.8～O.9.结论 松花江漫滩地区的静压PHC管桩的单桩竖向极限承载力标准值较现行规范有较大提高,研究成果对该区域静压PHC管桩的设计和施工具有一定的指导作用,对该区域静压PHC管桩的进一步推广和应用具有重要的推动作用.     

砼芯水泥土搅拌桩复合地基工作特性分析

针对砼芯水泥土搅拌桩复合地基工作特性较为复杂的问题,基于砼芯水泥土搅拌桩(DCM)复合地基载荷板试验,采用弹塑性有限元方法,讨论不同芯长比和含芯率条件下砼芯水泥土搅拌桩复合地基的荷载传递、承载力和沉降变化规律.计算结果表明:随着芯长比的增加,越来越多的上部荷载集中至砼芯,同时桩周土体上的竖向应力减小;水泥土搅拌桩外壳在上部与桩周土和砼芯共同承担竖向荷载,随着深度的增加变为负责传递砼芯与桩周土之间的剪应力;砼芯长度控制了桩土侧摩阻力的发挥长度,而且使得桩土侧摩阻力沿深度均匀发挥;芯长比和含芯率对于砼芯水泥土搅拌桩复合地基承载力的影响是相互的,选择合适的芯长比和含芯率组合,能最大限度地发挥砼芯水泥土搅拌桩桩复合地基的承载力.     

砼芯水泥土搅拌桩复合地基工作特性分析

针对砼芯水泥土搅拌桩复合地基工作特性较为复杂的问题,基于砼芯水泥土搅拌桩(DCM)复合地基载荷板试验,采用弹塑性有限元方法,讨论不同芯长比和含芯率条件下砼芯水泥土搅拌桩复合地基的荷载传递、承载力和沉降变化规律.计算结果表明:随着芯长比的增加,越来越多的上部荷载集中至砼芯,同时桩周土体上的竖向应力减小;水泥土搅拌桩外壳在上部与桩周土和砼芯共同承担竖向荷载,随着桩体入土深度的增加变为负责传递砼芯与桩周土之间的剪应力;砼芯长度控制了桩土侧摩阻力的发挥长度,而且使得桩土侧摩阻力沿深度均匀发挥;芯长比和含芯率对于砼芯水泥土搅拌桩复合地基承载力的影响是相互的,选择合适的芯长比和含芯率组合,能最大限度地发挥砼芯水泥土搅拌桩桩复合地基的承载力.     

PHC管桩极限承载力影响因素敏感性分析

利用GA—BP神经网络,结合正交试验设计方法,对以淤泥层和残积粘性土层为主的福建某地区桩侧土层,承载性状为端承摩擦型的PHC管桩实际工程,进行PHC管桩单桩承载力影响因素的敏感性分析。结果表明,影响单桩竖向极限承载力因素的敏感性排序为桩径、桩侧摩阻力加权平均值、休止期、桩长、入土深度、渗透系数和终止压桩力;桩径和桩侧摩阻力值对单桩竖向极限承载力的贡献最大,其次是休止期,影响也很显著,因此工程上不宜盲目提前试桩时间,否则将影响试桩结果。     

Vertical vibration of a large diameter pipe pile considering transverse inertia effect of pile

Considering the transverse inertia effect of pile, the vertical dynamic response of a large diameter pipe pile in viscoelastic soil layer is studied. The wave propagations in the outer and inner soil are simulated by three-dimensional elastodynamic theory and those in the pile are simulated by Rayleigh-Love rod theory. The vertical and radial displacements of the outer and inner soil are obtained by utilizing Laplace transform technique and differentiation on the governing equations of soils. Then, based on the continuous conditions between the pile and soils, the displacements of the pile are derived. The frequency domain velocity admittance and time domain velocity response of the pile top are also presented. The solution is compared to a classical rod model solution to verify the validity. The influences of the radii and Poisson ratio of pile on the transverse inertia effect of pile are analyzed. The parametric study shows that Poisson ratio and outer radius of pile have significant influence on the transverse inertia effect of large diameter pipe piles, while the inner radius has little effect.     

双向非均质黏性阻尼土中管桩纵向振动特性

管桩施工会使土体产生扰动,从而引起桩周土体沿桩基径向的不均匀性,为同时考虑桩周土体此种径向非均质效应和纵向成层特性对管桩纵向振动动力阻抗的影响规律,提出基于土体黏性阻尼的多圈层平面应变模型,建立双向非均质土中管桩纵向振动简化分析模型,利用拉普拉斯变换和阻抗函数的传递性,推导得出管桩桩顶动力阻抗解析解答,计算结果表明,纵向软硬夹层对一定低频区间内动力阻抗曲线振幅水平影响显著,夹层越软（硬）,共振频率处对应的动力阻抗曲线振幅水平越高（低）.施工扰动引起桩周土径向非均匀性对管桩桩顶复刚度曲线影响显著,在对管桩进行纵向振动特性分析时宜采用双向非均质黏性阻尼土-管桩相互作用模型推导所得解析解答更为合理.     

不同土质情况下机械连接竹节桩的承载力对比分析

机械连接竹节桩已在不同土质工程中得到应用且效果显著。本文将机械连接竹节桩与传统管桩在不同土质中的竖向极限承载力和抗拔承载力分别进行了对比性试验分析。结果表明,在不同土质情况下机械连接竹节桩的承载力比传统管桩有明显的提高。     

PHC管桩在老黏土地区的水平向承载力性状的数值分析

基于PHC管桩在老黏土地区作为竖直承载桩的成熟应用,考虑到PHC管桩对工程地质条件适应性强、施工速度快、现场无污染等诸多特性,通过运用FLAC3D有限差分分析软件对PHC管桩在老黏土地区水平承载力的数值分析,研究了水平荷载对桩身水平位移、水平应力、弯矩的影响,分析了土体的塑性变形,得出了PHC管桩在老黏土地区的水平向承载力性状规律,为PHC管桩在老黏土地区作为水平支护桩的推广应用提供了科学的理论指导。     

钻孔压浆混凝土预制管复合桩竖向承载力试验

目的研究一种新型桩基础——钻孔压浆混凝土预制管复合桩的成桩工艺、工作机理和单桩竖向承载力,为其在实际工程中应用提供合理的设计依据.方法通过桩的静载试验,并结合桩的工作机理,得到桩在黏性土和砂类土中的侧摩阻力和端阻力提高系数,建立单桩竖向极限承载力标准值计算公式.结果桩周土层为黏土、细砂、中砂时,桩极限侧摩阻力标准值提高系数分别为1.1~1.3、1.6~2.0、2.2~2.4.桩端持力层为细砂、中砂时,桩极限端阻力标准值提高系数分别为1.2~1.6、1.6~1.8.结论钻孔压浆混凝土预制管复合桩单桩竖向承载力较现行规范中经验公式算得的承载力数值有明显提高,研究成果对桩的设计和施工有一定指导作用,对这种新型桩基础的推广应用具有重要意义.     

组合荷载作用下倾斜桩基横向承载特性

为研究竖向与横向荷载组合作用下倾斜桩基的横向承载特性,结合珠海市横琴桥桩基选型工程开展了室内模型试验和数值模拟,在此基础上分析了不同桩身倾角、不同桩顶间距、不同竖向荷载及不同层厚比条件下倾斜桩基在组合荷载下的受力及变形特性。结果表明：增大桩身倾角、桩顶间距、承台顶竖向荷载、层厚比有利于提高倾斜桩基横向承载力,其中桩顶间距对桩基横向承载力的影响最大,其次分别为桩身倾角、承台顶竖向荷载、层厚比。倾斜桩基中的2#角桩桩顶弯矩最大,1#角桩桩顶弯矩次之,3#中桩桩顶弯矩最小;各基桩桩顶弯矩随桩身倾角、桩顶间距的增大而减小,随竖向荷载的增大先减小后增大;各基桩桩顶横向荷载分担随桩身倾角、桩顶间距及承台顶竖向荷载的增大趋于均匀。倾斜桩基右侧地基土横向变形随横向荷载的增大而增大,桩基左侧地基土横向变形随横向荷载的增大几乎不变,但其桩-土脱离程度逐渐增大;增大桩身倾角可减小桩-土脱离的程度;靠近承台底的地基土位移等值线呈波浪形,远离承台底的地基土位移等值线呈椭圆形。     

黏性土中开口与闭口模型管桩受力性状试验研究

为研究开口和闭口试桩在黏性土体静力沉桩过程中荷载传递规律及承载性能的差异性,采用桩身开槽预埋增敏微型光纤光栅传感器的方法,针对黏性地基土,开展两组不同桩端形式模型试桩承载性能对比试验,测得沉桩过程中压桩力、桩端阻力、桩侧摩阻力及桩身轴力发展变化规律。结果表明：光纤光栅传感器可实时监测沉桩过程中桩身受力状态;开口和闭口模型管桩的压桩力、桩端阻力等荷载均随着沉桩深度的增加呈增长趋势,而不同贯入深度下的桩身轴力却逐渐递减;黏性土中的静力压桩、开口管桩和闭口管桩的桩端阻力占比均超过50%;在桩侧摩阻力发挥上,双壁开口模型管桩外管是内管的3倍。当开口管桩贯入深度达到最大值90 cm时,土塞高度稳定在33 cm,此时,桩侧单位侧摩阻力的分布呈下大上小的形式。     

考虑土塞效应时开口管桩的挤土效应分析

为了研究开口管桩贯入过程中土塞效应和挤土效应的相互作用问题,基于弹塑性力学基本原理,考虑开口管桩土塞的增长特征,得出了柱形孔扩张过程中桩周土体的应力场及位移场解析表达式.以土塞增长率(IFR)在开口管桩贯入过程中的变化为依据,提出了土塞增长的理想化模型,推导了土塞模型的解析表达式,分析了考虑土塞效应时开口管桩挤土效应的特征.利用模型试验获得桩周土体的径向位移,并与理论计算结果进行对比.结果表明,位移的计算值与实测值具有相同的变化趋势.