基于弹塑性简化模型的摩擦桩单桩沉降分析

在分析摩擦桩桩身荷载传递规律和桩侧摩阻力的分布的基础上,根据桩土之间是否滑动,把整个桩土界面划分为弹性区和塑性区,建立了弹塑性桩土简化模型,并给出了桩侧摩阻力的计算公式。采用Mindlin解计算侧摩阻力在土层中产生的附加应力和沉降,根据桩体平衡条件和在无摩阻力区桩土位移没有相对滑动趋势条件,推导出计算单桩沉降公式。计算结果表明,相对传统的弹性解,该方法具有更高的精度。     

降水沉降对竖向受荷单桩的影响研究

通过有限元分析,研究地下水位下降对摩擦桩和端承桩的受力性状,揭示出桩侧负摩阻力的发展规律,并对下拉荷载产生的原因给予分析,提出设计中应预先考虑水位变化影响的重要性,由降水引起的桩顶附加沉降和下拉荷载应进行详细计算。     

黏土中桩身表面粗糙度对单桩承载特性影响的试验研究

为研究预制桩桩身表面粗糙度和桩端条件对单桩承载特性的影响,预制了6种不同桩身粗糙度的桩,在室内进行了黏土中纯摩擦桩和摩擦端承桩的试验。试验结果表明:预制桩在黏土层中桩身表面粗糙度越大,其极限承载力越高;相同粗糙度不同桩端条件的桩,在荷载较小时荷载-沉降曲线基本重合,随着荷载的增大,相同荷载下,摩擦端承桩的桩顶沉降量小于纯摩擦桩的桩顶沉降量;在桩端处纯摩擦桩的侧摩阻力急剧减小而摩擦端承桩的侧摩阻力有所增强,经对这种现象分析认为,在摩擦端承桩中桩端处土体有挤压效应而使此处的侧摩阻力增大,在纯摩桩中,桩端底部是空的,桩土在桩端处相互作用较小而导致此处侧摩阻力减小。     

垂直受荷桩负摩阻力时间效应的试验研究

 在地面堆载作用下,对3根施加不同荷载桩的负摩阻力性状的时间效应进行现场测试。试验结果表明,负摩阻力随堆载作用时间的延续而变化;堆载使土体沉降,土体沉降就会引起负摩阻力。在堆载初期,负摩阻力引起的桩附加沉降速率随着桩顶荷载的增大而加快,且稳定的附加沉降随着桩顶荷载的增大而增加。在有无桩顶荷载的2种情况下,下拉力随着堆载作用的时间延续而增大,稳定的下拉力随着桩顶荷载的增加而减小。在堆载作用下,桩顶荷载推迟了负摩阻力出现的时间。桩顶荷载越大,中性点初次出现的时间越晚、位置越浅。中性点出现的时间随着桩顶荷载的增加而延后,桩顶荷载的增大会加剧这些现象。上述研究结果对于桩的负摩阻力性状的研究有一定参考价值。     

浙江财富金融中心超长单桩与群桩实测沉降分析

 单桩静载试验和基础沉降实测资料表明：在设计工作荷载下超长单桩的桩顶沉降主要来自桩身压缩,且在最大加载条件下超长桩表现为端承摩擦桩性状。超长单桩侧摩阻力由上部土层到下部土层依次发挥,砂质粉土侧摩阻力充分发挥所需的桩土极限相对位移为14～18 mm,粉质黏土侧摩阻力充分发挥所需的桩土极限位移为17～19 mm,当桩土相对位移大于该极限位移后,桩侧土层会出现侧摩阻力软化现象。群桩基础的沉降随施工荷载水平的增加而增大。荷载较小(第5层以下)时,大楼沉降较小且沉降均匀;当荷载达到一定值(第30层以上)时,核心筒处沉降大于大楼周边沉降。大楼竣工时核心筒与周边沉降差较小,大楼整体变形协调。群桩效应沉降比随着荷载水平(施工层数)的增大先增大后减小。     

水泥土桩复合地基荷载传递及变形的原位试验研究

为了获得桩长、置换率等对水泥土桩复合地基荷载传递及变形的定量影响,在5组4桩群桩和5组9桩群桩复合地基的桩体内埋设应变计,在桩间土体内埋设深层沉降标,实测到4桩群桩和9桩群桩复合地基中桩体轴力分布、桩侧摩阻力分布和桩间土变形分布。发现置换率相同时,承台板宽度大,水泥土桩的荷载临界深度也大,桩侧摩阻力分布深度下移。承台板宽从1.0m增加到1.5m时,荷载临界深度由14倍桩长增加到18倍桩长。变形影响深度约为承台板宽度的(1.8～2.5)倍。最大摩阻力出现在承台下1.5m处,该处的竖向偏应力最大,桩体容易在这里破坏。增加桩长能有效减少沉降。荷载水平达到70%以后,变形影响深度下移不再明显。     

欠固结土中单桩负摩擦效应研究

本文针对桩土工后沉降引起的负摩擦效应,建立了桩和土体协同作用的三维计算模型,对桩土沉降过程进行了内力和变形计算,分析了不同欠固结土厚度和桩顶荷载对负摩擦效应的影响。计算结果表明在欠固结土厚度为定值时,桩侧负摩阻力随桩顶荷载的增大而减小,桩顶荷载越大,"中性点"位置越靠近地面(即上移),欠固结土厚度越大,"中性点"位置越远离地面(即下移);桩体轴力分布沿桩身呈现先增大后减小的趋势,轴力最大值对应桩侧摩阻力为零的位置,即桩体中性点位置;在桩端部位存在摩阻力的增强效应,受桩顶荷载大小的影响,轴力在桩端部位的变化幅度较大。随着欠固结土厚度的增大,土体的沉降量也逐渐增大;随着桩顶荷载的增大,土体的沉降量也逐渐增大,但欠固结厚度对于沉降量的影响大于桩顶荷载对于沉降量的影响。     

桩顶荷载对负摩阻力性状影响的三维数值分析

利用ADINA非线性有限元软件, 考虑桩土相互作用,建立了单桩三维数值模型,分析了桩侧堆载作用下负摩阻力的形成过程,研究了桩项荷载作用下桩身荷载传递、桩侧摩阻力分布、中性点位置、桩顶附加沉降的变化规律以及桩顶荷载和堆载的施加顺序对桩侧负摩阻力的影响。分析结果表明:随着桩顶荷载增大, 桩侧负摩阻力逐渐减小,中性点明显上移,由桩侧负摩阻力产生的下拽力增加的速率变小,而桩顶附加沉降速率呈现逐渐增长的趋势;桩侧负摩阻力的大小受桩顶荷载和堆载施加顺序的影响,桩顶荷载先于堆载施加则产生的负摩阻力最大,而采用相反的加载顺序,产生的负摩阻力最小,甚至消失。所得结论对工程设计过程中负摩阻力的计算提供参考。     

现浇X形桩产生地基附加应力的修正Geddes应力解

 现浇X形混凝土桩(X形桩)作为新型的异形截面桩,其侧摩阻力和端阻力对桩周土体产生的附加应力的计算方法尚未得到系统的研究。传统的Geddes解以圣维南原理作为模型假设的依据,忽略桩截面半径和截面形状对计算结果的影响,误差较大。在Geddes应力解的基础上,对附加应力计算过程引入二重积分,推导得出修正的Geddes应力解。通过2种计算方法对X形桩附加应力进行对比分析,结果表明：桩径越大,异形特性越突出,Geddes应力解的误差越大。用修正Geddes应力解分析X形桩侧摩阻力和端阻力产生的附加应力,可知X形桩对下卧层土体产生的附加应力是等截面面积的圆形桩的1/3左右,而端阻力产生的下卧层的附加应力是等截面面积的圆形桩的1～2倍。在1.05倍桩长以下的大部分下卧层区域内,凹弧段侧摩阻力产生的附加应力大于凸出段。随着凸出段与凹弧段侧摩阻力比值的增大,凹弧段侧摩阻产生附加应力系数逐渐减小,凸出段侧摩阻产生的附加应力系数逐渐增大,但两者之和始终小于圆形桩。对于端阻力,X形桩凹弧区产生的附加应力是凸出区的1～3倍。通过对单桩桩顶沉降对比计算,表明修正Geddes应力解与Geddes应力解相比,更适合解决X形桩地基附加应力和沉降问题。     

用Mindlin应力解求单桩沉降的方法

以 Mindlin应力解为基础 ,推导了任意桩侧摩阻力分布形态时地基土中附加应力的计算方法 ,并针对单桩的沉降问题进行了分析 ,为单桩的沉降量计算提供了一个较为合理的方法。     

考虑时间效应的斜桩基负摩阻力室内模型试验研究

斜桩基是桥梁支墩、码头等工程中常用的桩基础形式,但是针对斜桩基础负摩阻力问题的研究却相对较少。进行了黏性土层中斜单桩及斜群桩在桩周土堆载固结条件下负摩阻力性状的室内模型试验研究,测得了桩侧负摩阻力、桩端阻力以及桩周土体分层沉降随固结时间的变化情况;并进行了同等条件下竖直单桩及竖直群桩试验作为比较分析。试验结果表明,斜桩和竖直桩桩侧负摩阻力引起的下拽力都存在明显的时间效应和群桩效应;在本文试验条件下,当桩–土相对位移达到2mm时,桩侧负摩阻力将达到其最大值的80%～90%左右。     

考虑时间效应的群桩负摩阻力模型试验研究

基桩负摩阻力是桩基础设计中必须考虑的重要问题之一,但是针对考虑土体固结时间效应的群桩负摩阻力研究却相对较少。进行了在地面堆载固结条件下,黏性土层中3×3群桩负摩阻力性状的室内模型试验研究,测得了不同桩间距(3d,4d,6d)条件下各位置桩(角桩、边桩、中心桩)的桩侧负摩阻力、桩端阻力以及桩周土体分层沉降随固结时间的变化情况,分析了桩身下拽力和中性点位置随时间的变化规律;并进行了同等条件下单桩及2×2群桩(4d)试验作为比较分析。试验结果表明,群桩中桩侧负摩阻力引起的下拽力和中性点位置都存在明显的时间效应和群桩效应,其数值与基桩数、基桩的布置位置及桩间距等因素有关;在本文试验情况下,当桩–土相对位移达到2 mm时,桩侧负摩阻力将达到其最大值的80%～90%。     

广东地区大直径超长钻孔灌注桩荷载传递特性试验研究

 通过广东软土地区大直径超长钻孔灌注桩大吨位静载试验,分析了该地区大直径超长钻孔灌注桩承载特性及荷载传递机制,为该地区大直径超长桩的理论研究和工程应用提供了宝贵的参考数据。实测结果研究表明：试桩的Q-s曲线呈缓变型,桩端承载力分担总荷载比例均低于15%,表现为摩擦桩特性;随桩顶荷载增加,桩土相对位移沿桩身的递增幅度呈先增大后减小的趋势,淤泥质粉质黏土和淤泥达到极限侧摩阻力所需的桩土相对位移分别为17和6 mm,砂土达到极限侧摩阻力所需桩土相对位移22～27 mm,桩身上部土层侧摩阻力发生不同程度的软化;桩身上部粉质黏土的桩土相对位移为18～23 mm,在桩土相对位移达40 mm时,下部粉质黏土层侧摩阻力达到极限值的87%以上,桩土相对位移继续增大时,侧阻增加趋势较为平缓,并逐渐接近于极限值;风化砂岩侧摩阻力随桩土相对位移的增加而增大,极限荷载下侧摩阻力未完全发挥;桩端阻力随着桩端沉降量的增加呈加工硬化型。     

砂土中成桩工艺对桩基承载性能影响的室内模型试验研究

 模型试验是桩基承载性能研究中不可或缺的一种科研手段。通过设计模型试验,基于试验数据进行整理分析,研究砂土中成桩工艺差异对桩基承载性能的影响,经过对比研究,分析桩基的受力分布特点和沉降变形特性,探讨成孔卸荷对灌注桩承载特性产生的作用效应。结果表明：试桩的荷载–沉降(Q-s)曲线均呈陡降型。静压桩承载力最大,但曲线突降性方面不如预埋桩和灌注桩明显;成桩工艺不同会影响桩基的荷载传递性能,由于成孔卸荷和挤土效应差异,静压桩沿深度方向的荷载传递性能相对于灌注桩和预埋桩要差;4桩桩侧摩阻力在一定深度都出现强化现象,静压桩桩侧阻力强化位置略高于灌注桩和预埋桩,这是因为挤土效应使桩侧阻力增大,成孔卸荷和裹膜撤除产生的侧向卸荷会在一定程度上削弱桩侧阻力;桩侧阻力的极值发挥和极值点位置受成桩工艺影响较大;侧阻与端阻异步发挥且其最大值并非同时到达,端承力占桩顶荷载的比例随上部荷载变化而变化。     

成层土中单桩受力性状简化算法

提出一种成层土中单桩非线性受力性状的简化分析方法。单桩受力性状分析时采用侧阻软化模型模拟桩侧阻力和桩身位移间的关系,桩端位移–荷载关系采用双曲线模型。在上述2种模型的基础上,利用迭代算法得到单桩沉降。利用该算法得到的结果与现场实测数据对比分析表明其在单桩受力性状计算方面是合理可行的。算例分析表明,同一荷载水平下,单桩桩顶沉降随侧阻破坏比的增大而减小,随端阻破坏比的增加而增大。采用提出侧阻软化模型分析单桩受力性状时,侧阻完全发挥时对应的桩土相对位移对单桩受力性状的影响较小。     

酸性土腐蚀对钢桩基础承载性能的影响

土质酸性是导致钢桩腐蚀的主要原因之一。服役于酸性土中的钢桩将会被侵蚀,导致桩身材料劣化,影响了桩基的安全性和耐久性。为了了解腐蚀桩的承载性能,通过中性和模拟酸性土两种环境下的桩基室内模型试验,测得腐蚀前后承台沉降量和桩端阻力值随桩顶加卸载的变化规律以及地面堆载固结过程中各土层沉降量、桩端阻力值、桩身轴力值以及桩侧摩阻力的变化情况。研究表明,由于腐蚀钢桩表面产生大量疏松的锈蚀产物,使桩–土界面的黏着力大大降低。桩顶承台的沉降量较未腐蚀桩大,腐蚀桩的桩端阻力值比未腐蚀桩大。而在堆载固结条件下,由于堆载作用不仅加速了桩间土体的固结,桩–土界面再次挤密,单桩以及群桩中各桩的桩端阻力值减小。腐蚀桩的中性点位置明显下移,腐蚀率越大的桩,桩侧负摩阻力的增加值越大,腐蚀前后中性点位置处桩身轴力变化率越大。研究成果可以为腐蚀条件下各类桩基载荷性能研究提供参考。     

复合地基侧向开挖上覆荷载影响规律离心机试验研究

进行了三组临近复合地基开挖的离心机模型试验,对比分析了相同开挖工况、不同上覆荷载下的桩轴力、桩侧摩阻力、桩土应力比以及桩弯矩的变化规律。结果表明,当复合地基上覆荷载增加时:①桩轴力及其因开挖产生的增量明显增大,桩侧摩阻力数值增大,但方向不变;②桩土应力比及其增量明显增大,其变化趋势与桩轴力曲线一致;③各级开挖工况下的桩体弯矩也会相应增加,而且随着与基坑距离的增加,弯矩值逐渐变小,荷载的影响也逐渐降低;④随着复合地基上覆荷载的增加,高应力水平下的桩间土更容易受到临近基坑开挖的扰动,荷载更多地向刚性桩转移,桩轴力增加,同时伴随着更大的桩体弯矩,进而加快桩体的破坏趋势。研究成果可为既有复合地基临近基坑开挖支护设计提供参考。     

施工工艺对桩基桩端效应的影响研究与应用

结合工程试桩资料研究桩基施工工艺技术对桩基桩端效应的影响。提出钻孔桩的桩端效应与打入桩(挤土桩)不同,属于桩端减弱效应,即桩端附近土层的摩阻力会明显降低,并随着离开桩端距离的增加而逐渐减弱,同时引入附加泥皮的概念来解释钻孔桩的桩端效应产生的机理,最后提出了改善钻孔桩桩端效应的有效措施—桩端后压浆技术。     

基于桩-土界面脱开效应及摩阻力增强效应影响的水平荷载作用下桩受力机理研究

为研究桩侧摩阻力和桩端阻力对水平受荷桩承载性能的影响,在考虑桩侧变法向土抗力作用的基础上分别提出桩-土界面的摩阻力增强效应模型与脱开效应模型。以此为基础,分别推导得出桩竖向侧摩阻力作用下单位长度桩身抗力矩的数值解与简化公式;在双曲线型的桩端阻力-位移模型及摩阻力增强效应基础上,进一步推导得到基底水平阻力与基底抗力矩的数值解和简化公式。并将单位长度桩身抗力矩、基底抗力矩以及基底水平阻力分别代入四弹簧Winkler地基梁模型,采用传递矩阵法得到桩身响应解。通过多组算例对比分析,不但验证了所建议的理论公式正确性,也证明了简化公式的适用性。参数影响分析结果表明：桩顶水平变形降低幅度随着柔性系数的增加、长径比的减小而提高;同时,随着柔性系数的减小,基底抗力矩和水平阻力对基桩水平承载特性的影响逐渐减弱,当为柔性桩时可忽略不计。