桩土体系的有效应力地震反应计算方法研究

从土动力学的角度，本文认为按土的有效应力原理进行桩－土动力相互作用分析能够较好的分析能够较好的反映土的动力特性对桩基的影响。又着重讨论了基于有疚力原理的有限元法，并对一个桩式桥墩桩基础进行了计算和分析。     

土的有效应力原理相关问题的分析

土的有效应力原理是土力学特有的原理,对解释和分析一些与水有关的土体变形破坏现象和问题有重要作用。近几年来,笔者在阅读学术刊物的文章和对笔者文章的审阅意见、参加学术会议讨论中发现,一些同行对与土的有效应力原理有关的若干问题的认识存在错误。本文对这些错误认识进行分析,期望对正确认识与土的有效应力原理有关的若干问题有所帮助。     

新饱和土有效应力原理下的地下建筑浮力计算

通过引入岩土给水度参数,推导出新饱和土有效应力原理,实现水土压力分算与合算的统一计算。通过力的平衡原理和新饱和土有效应力原理,从理论上推导出饱和岩土浮力计算公式并定义了岩土浮力系数。通过分析地下建筑受力情况,确定了地下建筑浮力统一计算公式。地下建筑所受浮力是在阿基米德定律上的折减,折减系数只与给水度参数有关,折减系数值与新饱和土有效应力原理中的中和应力系数相等。同时对以前推导新饱和土有效应力原理过程中不恰当的说法进行了更正,希望能对理论土力学的发展和地下建筑浮力计算有所帮助。     

关于有效应力原理的几个问题

分析了关于饱和土体有效应力原理的一些错误的概念和理解,针对在饱和土中的孔隙水压力是否需要折减,黏性土的结合水能否传递水压力,试验中和原位孔隙水压力和地下室浮力的量测以及岩石、混凝土和黏土中有效应力原理的实用性等问题进行了讨论。指出长期的工程实践和大量的试验成果表明有效应力原理对于饱和砂土和黏土都是适用的和有效的。     

谈太沙基有效应力原理

以李广信先生的《有效应力原理能够推翻吗》论文为基础,该文对李(李广信先生)文中的内容进行了分析,并根据新饱和土有效应力原理提出了自己的观点.该文认为,如果新饱和土有效应力原理正确,推翻了太沙基有效应力原理,实际上是理论土力学的一次进步,使理论土力学更"理论".另外,该文对作者自己前几篇论文中不恰当的说法进行了更正.该文的讨论可为理论土力学的发展和水土压力计算提供参考.     

饱和土有效应力原理下的水土压力分算和合算的统一计算

基坑支护中的水土压力计算一直困扰岩土工程界,对于"水土分算"与"水土合算"存在许多争议。根据饱和土的几项参数,对太沙基的有效应力原理理论分析,推导出饱和土的总应力、土骨架应力(有效应力)和水应力(中和应力)三者之间的关系公式。通过推导出来的水土压力计算新公式对现今典型土的水土压力进行计算,计算出的值与实际基本相符,实现了"水土分算"与"水土合算"的统一计算,水土压力计算都是在饱和土有效应力原理下的"水土分算"。希望能对理论土力学的发展和基坑支护的水土压力计算有所帮助。     

有效应力原理在各向异性饱和土中的拓展与应用

有效应力原理奠定了土力学的基础。为了刻画由于土颗粒形状和排布的不规则所造成的内应力不均匀现象和土的各向异性力学行为,采用2种典型的分析方法对各向异性饱和土的内应力进行剖析,结果表明:对于各向异性土而言,忽略土颗粒接触面积后所得到的有效应力无法刻画内应力的不均匀现象;骨架应力是一个客观存在的物理量,可以刻画内应力不均匀的现象。为了便于应用,在骨架应力的基础上,提出等效应力张量,使之可以刻画不包含孔隙水压强的其他所有外力作用产生的土骨架应力。借助组构张量,给出等效应力张量的具体表达,明确有效应力、骨架应力和等效应力之间的两两换算关系。在此基础上,以等效应力刻画土骨架应力,以已有本构模型模拟土骨架力学行为,可以在不额外地修正土的基本力学规律的前提下,对各向同性土的本构模型进行"各向异性化"改造,实现有效应力原理在各向异性土中的拓展。以Lade破坏准则为例,建立等效Lade破坏准则,与试验结果对比表明,拓展后的有效应力原理可以适用于各向异性饱和土。     

湿吸力及非饱和土的有效应力原理探讨

提出并阐述了湿吸力的概念,分析了非饱和土的孔隙水压力与由于表面张力而产生的土颗粒之间的湿吸力的定量关系及其根本区别,探讨了湿吸力的变化规律及其主要的影响因素,分析了现有非饱和土有效应力原理存在的问题。基于湿吸力概念,分析并给出了有效应力公式,建议了非饱和土的状态分类及有效应力原理。文中明确解释了Bishop有效应力公式中经验参数χ的物理意义、表达式及其适用范围和影响因素。最后,讨论了非饱和土状态分类原则及其力学分析方法,并指出:非饱和土变形理论的研究,首先应采用细观土力学方法,然后上升到宏观及应用     

接触非线性对土-结构动力相互作用的影响

动力接触非线性是土-结构动力相互作用研究的难点之一。分析土-结构动力相互作用的接触条件和接触状态,构建法向接触单元和切向接触单元模拟土-结构动力相互作用的接触非线性。建立数值模型,分析土-结构在水平加速度波作用下的响应。结果表明,叠加法向接触单元和切向接触单元可以有效模拟土-结构动力相互作用的接触非线性。在水平加速度波作用下,分析土-结构的相互作用而不考虑接触的分析性对基底的竖向应力影响不大,但是会低估基底的水平应力。     

粒间应力、土骨架应力和有效应力

有效应力的概念和有效应力原理对于土力学具有奠基性的意义。但对于诸如"有效应力是虚拟的应力还是真实应力","有效应力方程是否需要修正"等问题在土力学界一直存有争议,尚没有形成共识。在明确有效应力就是不包含孔隙流体压强作用的土骨架应力的基础上,由土颗粒间力的平衡分析和土骨架单元体的平衡分析得到有效应力与总应力以及孔隙流体压强关系的表达式。对于饱和土,这一表达式就是Terzaghi的有效应力方程。表明Terzaghi的有效应力是真实的物理量,具有明确的物理意义,Terzaghi的有效应力方程不需要做任何修正。文中阐明了有效应力、粒间应力和土骨架应力的物理意义及其相互关系。说明在分离考虑孔隙流体压强作用的情况下,有效应力、粒间应力和土骨架应力三者可以是一致的,即不包含孔隙水压强作用的粒间应力和土骨架应力就是有效应力。土骨架应力可以分成孔隙流体压强产生的土骨架应力和有效应力两部分,两者都对土体的变形和强度有贡献,但是作用效果不同。在孔隙流体压强作用对土体的变形和强度的贡献可以忽略的条件下,有效应力决定土的变形和强度。     

Response in piled raft foundation of tall chimneys under along-wind load incorporating flexibility of soil

The present paper deals with the numerical analysis of tall reinforced concrete chimneys with piled raft foundation subjected to along-wind loads considering the flexibility of soil. The analysis was carried out using finite element method on the basis of direct method of soil-structure interaction (SSI). The linear elastic material behavior was assumed for chimney, piled raft and soil. Four different material properties of soil stratum were selected in order to study the effect of SSI. The chimney elevation and the thickness of raft of piled raft foundation were also varied for the parametric study. The chimneys were assumed to be located in terrain category 2 and subjected to a maximum wind speed of 50 m/s as per IS:875 (Part 3)-1987. The along-wind loads were computed according to IS:4998 (Part 1)-1992. The base moments of chimney evaluated from the SSI analysis were compared with those obtained as per IS:4998 (Part 1)-1992. The tangential and radial bending moments of raft of piled raft foundation were evaluated through SSI analysis and compared with those obtained from conventional analysis as per IS:11089-1984, assuming rigidity at the base of the raft foundation. The settlements of raft of piled raft foundation, deflection of pile and moments of the pile due to interaction with different soil stratum were also evaluated. From the analysis, considerable reduction in the base moment of chimney due to the effect of SSI is observed. Higher radial moments and lower tangential moments were obtained for lower elevation chimneys with piled raft resting on loose sand when compared with conventional analysis results. The effect of SSI in the response of the pile is more significant when the structure-foundation system interacts with loose sand.     

可控刚度桩筏基础桩土共同作用的工程实践

端承型桩等支承刚度较大的桩基础,在正常工作荷载作用下,桩顶较小的竖向变形无法保证桩土共同作用的实现,这可能导致良好的天然地基承载力得不到充分利用,造成极大的浪费。介绍的典型工程成功解决了支承刚度较大的桩基础难以实现桩土共同作用的问题,同时还实现了桩筏基础的变刚度调平,通过对工程设计及数值分析过程的详细论述与描写,并将现场测试数据与分析结果进行对比分析,验证可控刚度桩筏基础应用于该项目的合理性与可靠性。数值分析及现场实测结果显示,本工程采用可控刚度桩筏基础后,建筑物总沉降和差异沉降均满足设计要求,地基土分担了上部结构63%的的荷载,桩基数量大幅度降低,减少了高能耗建材的使用和桩基施工对周边环境的影响,取得了显著的经济效益和社会效益。本工程可控刚度桩筏基础实施所取得的相关经验与成果可供类似工程借鉴与参考。     

分层土中桩筏基础荷载分担问题的有限元分析

采用三维有限元方法建立桩筏基础模型来考虑各种影响因素对桩土分担比的影响。地表硬壳层的存在能够有效地提高筏板的分担作用。通过对不同桩距和布桩方式桩筏基础的计算,发现当桩距径比增大时,桩间土的承载作用有显著提高,但当大于7d之后则无显著变化。此外,还研究了不同桩端土的相对刚度以及应力水平下桩筏基础共同作用性状,可供工程设计人员参考,以优化设计并满足较高的经济性。     

北京地区桩基工程沉降计算方法的研究

通过对北京桩基工程沉降实测数据统计、计算，整理，结合北京地区地基土质特性，对桩基土的变形规律进行分析，并运用实体深基础法计算桩基础沉降量，与实测沉降值对比，推出该方法的修正系数，找到一种适合北京地区土质特性、满足基础设计要求、分析结果接近实际以及简便实用的沉降分析方法，以用于工程初步设计之中。     

沉降控制复合桩基的设计及试验研究

沉降控制复合桩基是一种经济有效的基础形式。在设计沉降控制复合桩基时,根据单桩的截面尺寸和要控制的目标沉降确定单桩桩极限承载力,有效计算沉降控制复合桩基的沉降。本文通过多组原位试验研究,探讨了沉降控制复合桩基在特殊地质条件下桩土共同作用的工作机理,结合工程实例分析验证了在这种地质条件下应用沉降控制复合桩基的合理性和正确性。     

分层地基模型|桩筏基础|沉降|非线性|离心模型试验

基于改进的分层地基模型,考虑桩–土–筏的共同作用,提出了刚性桩筏基础非线性分析方法。地基附加应力计算考虑土层参数的变化,采用层状弹性体系的Burmister应力解;地基变形采用分层总和法,所采用的计算参数压缩模量和一维回弹模量试验确定方便。通过简单的室内一维加卸载试验确定其随加卸载次数的变化,进一步得到桩筏基础在重复加卸载下的沉降规律。对单桩和桩筏基础进行离心模型试验,并将计算结果和试验结果进行对比分析,验证了本文方法的正确性,可应用于实际工程问题的分析。     

层状地基中桩基础的竖向荷载位移关系非线性分析方法

基于Winkler地基模型,推导了分层土中单桩处于线弹性和弹塑性状态的荷载传递矩阵,提出了单桩竖向位移内力非线性简化分析方法。考虑群桩中的"被动桩"与周围土体的相互"遮拦效应",对传统的桩–桩相互作用系数进行修正,并将其应用于刚性承台下受荷群桩和桩筏基础的非线性分析中。由于考虑了土体的成层性和桩土相互作用的非线性特性,计算模型更好地反映了土体的实际性状。计算结果与有限元计算值和试验结果进行对比分析,验证了本文方法的正确性,可应用于实际工程问题的分析。     

竖向荷载下桩筏基础通用分析方法

根据已有的竖向荷载下刚性板桩筏基础分析结果提出了一种竖向荷载下桩筏基础的通用分析方法。桩筏基础分析中考虑了4种相互作用,分别为桩–土–桩、桩–土–板、板–土–桩和板–土–板相互作用。筏板分析采用有限单元方法,以厚薄板通用四边形等参单元进行分析。该方法可以分析由任意桩长、桩半径和刚度特性的桩群以及任意厚度和几何外形的筏板组成的竖向受荷桩筏基础。应用该方法不需要划分桩土体单元,其分析复杂程度基本等同于弹性地基板基础,且分析过程简洁。通过与各种方法的比较证明该方法是合理可行的,精度上也满足要求。     

Seismic behavior of piled raft with ground improvement supporting a base-isolated building on soft ground in Tokyo

The static and seismic behavior of a piled raft foundation, supporting a 12-story base-isolated building in Tokyo, is investigated by monitoring the soil–foundation–structure system. Since the building is located on loose silty sand, underlain by soft cohesive soil, a piled raft with grid-form deep cement mixing walls was employed to cope with the liquefiable sand as well as to improve the bearing capacity of the raft foundation. To confirm the validity of the foundation design, field measurements were carried out on the ground settlements, the pile loads, the contact pressure and the pore-water pressure beneath the raft from the beginning of the construction to 43 months after the end of the construction.On March 11, 2011, 30 months after the end of the construction, the 2011 off the Pacific coast of Tohoku Earthquake struck the building site. The seismic response of the ground and the foundation–structure system was successfully recorded during the earthquake, and a peak horizontal ground acceleration of 1.75 m/s² was observed at the site of the building. Based on static and dynamic measurement results, it was found that there was little change in the foundation settlement and the load sharing between the raft and the piles before and after the earthquake. It was also found that the horizontal accelerations of the superstructure were reduced to approximately 30% of those of the ground near the ground surface by the input losses due to the kinematic soil–foundation interaction in addition to the base isolation system.Consequently, the piled raft with grid-form deep cement mixing walls was found to be quite stable in the soft ground during and after the earthquake.     

Comparative study of load distribution ratio of various piled raft foundations based on coupled stiffness matrix

Load distribution ratio of piled raft foundation was investigated based on an interactive foundation analytical method that considers the coupling effect between the stiffness of the superstructure, the piled raft, and the soil. Series of numerical analysis was performed to verify the proposed analytical routine in comparison with various methods and field measurements. Through the comparative studies between various piled rafts with different aspects, it was found that the proposed analytical method derived accurate results in structural response compared with actual field data, in settlement, load distribution ratio, and raft bending moment. And it was also found that the proposed analytical method was capable of considering interaction between superstructure and foundation in predicting the behavior of building structures. As a result, it was found that in most cases, the pile in the piled raft foundation supports a majority portion of the structural load. However, for cases where the length of the pile was short and acts as a short column, the load distribution ratio between raft and pile may be overturned and shows significantly different behavior and load distribution ratio.