考虑地基土非线性固结的桩侧负摩阻力计算方法研究

针对软土地基因固结沉降在桩侧引发的负摩阻力问题,从桩土相互作用机理出发,首先,根据软土压缩曲线性质,采用双曲线应力应变模型考虑地基土固结非线性特性,推导了桩侧土沉降随深度和时间变化的计算公式;其次,引入Gibson地基理论考虑地基土的非均质性,结合桩土界面剪应力–剪应变双曲线模型,建立了反映桩土界面剪切刚度系数随深度非线性增长的荷载传递函数。在此基础上,联立桩体平衡方程,获得了桩侧摩阻力、桩身轴力分布和中性点位置。最后,将理论计算曲线与工程实测曲线进行对比,并进一步分析了压缩试验参数、固结度、桩径及桩长、地表堆载对桩侧负摩阻力及中性点位置的影响,结果表明计算方法是可行的,可为类似工程提供参考。     

钻孔扩底桩原型对比试验研究

为选择合理的桩基础形式，结合静荷载试验对一大型建筑场地同一地质条件下相同桩径的钻孔扩底桩和不扩底桩进行桩身轴力和桩侧阻力测试，以确定单桩竖向承载力设计参数。通过对测试资料的分析，对比两种桩型桩身轴力、桩侧摩阻力以及桩端阻力分布特征，探讨两种桩桩侧摩阻力、桩端阻力的发挥过程，研究两种桩荷载-沉降特性。研究结果表明，扩底桩能够充分发挥持力层的承载潜力，对提高单桩承载力、减小桩体沉降效果显著。     

隧道开挖引起既有建筑物桩侧摩阻力的理论研究

择优选取桩土荷载传递的侧摩阻力计算模式,借助文克尔地基模型,运用两阶段分析理论探究隧道开挖对桩基效应的影响。阶段1解出相应桩位处的沉降量并用多项式简化,阶段2将其沉降施加于桩侧建立桩身沉降微分方程。通过逻辑推导并借助边界条件得到沉降计算表达式,继而得到桩侧摩阻力和桩周轴力。结合工程算例,根据隧道与桩基的空间位置关系分析桩侧摩阻力和桩周轴力随桩长的变化规律。研究结果表明:对于给定的围岩土质概况,若保持桩隧距离不变时,桩长对桩基效应变化影响较大;桩长小于15 m时,土体位移稍大于桩位移,单桩沉降很大,且单桩主要承受负摩阻力效应;桩长超过15 m时,土体位移明显大于桩位移,部分桩段承受负摩阻力,部分桩段承受正摩阻力,且摩阻力为0处的单桩轴力最大。     

基于Hoek-Brown准则嵌岩段桩–岩侧阻力修正计算方法

利用二维Hoek-Brown(2002)破坏准则为岩石破坏标准,基于“小孔扩张理论”模拟嵌岩段桩侧摩阻力的“剪切–滑移–膨胀”发挥机理,综合考虑了桩体单元受到桩径发生改变后由于岩体的径向约束作用而产生的法向应力,以及土、岩体由于重力的作用产生的竖向应力导致的桩体表面的水平向法向应力,对已有文献推导出来的桩侧极限摩阻力计算进行了修正,并通过算例分析讨论了桩身轴力、岩石强度模数、岩体抗拉强度系数、岩桩刚度比、桩径以及嵌岩比等因素对极限侧阻力的影响。结果表明：嵌岩段极限侧阻力随单桩轴力增大而增大;嵌岩段极限侧阻力与岩石强度模数和岩体抗拉强度系数相关;嵌岩段极限侧阻力与岩桩相对刚度呈正相关;桩径的增加,桩极限侧阻力减小;随嵌岩比增大,传递到桩端的荷载减小,嵌岩段极限侧阻力减小。     

竖向受荷混凝土桩-地基土模型试验研究

桩基础广泛应用于建设工程项目中,桩基础承载力和地基土体沉降是影响建设工程项目质量的重要因素。通过自主设计加载装置和量测系统,进行竖向荷载下室内单桩静荷载模型试验,分析桩顶沉降、桩身应变、桩身轴力、桩侧摩阻力以及桩周土压力,研究桩体荷载分担和地基土体沉降机理。试验发现,存在一个地基土沉降盆,范围内的土体沉降较大,易对地基承载力和稳定性产生影响;存在一个有效桩长,当桩基长度超过此值时,增大桩长无法增大桩基极限承载力。试验结论对桩基设计提供参考,旨在保证桩基和地基土的承载作用。     

嵌岩桩尺寸效应及深度效应的室内试验研究

为了研究嵌岩深度超过4倍桩径的深嵌岩桩的桩径尺寸及嵌岩深度对桩基承载特性的影响,采用室内模型试验方法,通过室内3组(9根)模型试桩对其进行了研究与分析,内容包括桩径大小及嵌岩深度对深嵌岩桩基承载力的影响、嵌岩深度的变化对轴力传递的影响以及桩径尺寸及嵌岩深度效应对桩侧阻力、桩端阻力的影响等。研究结果表明:增大桩径和增加嵌岩深度对提高嵌岩桩基的极限承载力都是可行的,且增大桩径比增加嵌岩深度更为有利;从桩身轴力传递来看,随着嵌岩深度的增加,桩身轴力的分布主要集中在桩身上部;从桩侧阻力分布形态来看,桩侧阻力也主要分布在桩身的上部区域。对小直径桩基(D=50 mm)而言,随着嵌岩深度的增加,桩顶承受荷载的增大,桩身上部的极限侧摩阻力也随之增大;而对大直径桩基(D=90 mm)而言,桩侧摩阻力随桩径的增加而反而有所减小;从桩端阻力大小来看,在极限荷载作用下,桩基嵌岩深度越深、桩径越大,桩端阻力变化越小。     

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。     

竖向荷载下斜桩承载变形性状及荷载传递机理试验研究

通过模型试验研究了竖向荷载作用下长径比为25时,不同倾角的斜桩的承载变形及荷载传递性状,并与竖向荷载作用下的直桩的承载变形及荷载传递性状进行了比较。试验结果表明:斜桩的桩顶沉降大于直桩的桩顶沉降,斜桩桩身倾角越大,斜桩的桩顶沉降超过直桩的桩顶沉降越多;斜桩桩身轴力均小于直桩桩身轴力,斜桩桩身倾角越大,桩身轴力沿深度衰减得越快;斜桩桩身弯矩主要发生在桩体上部1/2桩长范围内,且随着桩身倾角的增大而增大,桩身最大弯矩出现的位置与桩身倾角无关。斜桩桩侧平均摩阻力的分布与桩身倾角密切相关;斜桩最大桩侧平均摩阻力出现在桩顶下约1/5桩长处。     

双向循环荷载作用下码头群桩基础受力特性数值分析

依据天津某液化天然气接收站码头工程,采用ABAQUS有限元软件研究了码头全直桩基础在波浪和车辆双向循环荷载作用下的受力特性,讨论了循环周期对基桩受力特性的影响。结果表明:在竖向和水平向双向循环荷载作用下,基桩受力重新分布,桩身轴力逐渐变大,侧摩阻力减小,其中中排桩桩身轴力增加幅度最大;基桩侧摩阻力变化主要集中在1/3桩长以上范围;循环周期对基桩受荷分布产生较大影响,随着循环周期的变大,基桩受荷分布逐渐调整,前、后排桩桩身轴力逐渐变大,中排桩桩身轴力减小,排桩侧摩阻力均减小,当荷载循环周期达到一定值时,排桩的桩身轴力、侧摩阻力不再变化,趋于稳定。     

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。     

深长大直径嵌岩桩单桩承载性状的有限元分析

采用线弹性与弹塑性模型,运用有限单元法对深长大直径嵌岩桩单桩的承载性状进行了分析。分析表明:桩身弹性模量、嵌入岩石弹性模量是影响单桩承载力及沉降的主要因素;当嵌入软质岩石时,嵌岩深度可适当加深。     

基于Mindlin公式考虑桩径影响的应力计算方法

根据Mindlin解所得的Geddes应力公式将桩端阻力、桩侧阻力简化为集中力。对于长径比较小的短桩,按其计算结果导致近桩端平面以下的应力集中,此时计算竖向应力系数与实际考虑桩径影响的结果相差甚远。按Geddes应力公式计算时小桩距群桩带来的问题较小;用于计算单桩、单排桩、疏桩沉降将使计算深度范围内的应力大大超过土的强度,使土进入塑性状态,导致计算失真。推荐的应力计算方法考虑了桩径的影响,用于计算单桩、单排桩、疏桩沉降取得了良好的效果。     

Comprehensive group pile settlement formula based on 3D finite element analyses

In the past, formulas for the settlement of group piles considered only a few input parameters and offered only a limited approximation of the actual settlement. Nowadays, however, thanks to the fast-growing performance of personal computers, it is possible to create large 3-dimensional finite element models with a better and more reliable settlement approximation. On the other hand, 3-dimensional finite element methods for piles are not very common in practice since the required procedure is comparatively cumbersome, expensive and needs a bit more expertise. In order to address this issue, a pile settlement formula was developed in the present study based on about 120 finite element model configurations. The group pile settlement formula incorporates the dimensions of a rectangular raft, namely, the diameter, length and spacing of the piles, vertical uniform pressure, soil moduli up to five layers, ultimate pile-soil resistance, pile-tip resistance and elastic modulus of the piles. In addition to this, the average deflection rate of the raft is estimated. The reliability of the finite element model is verified through laboratory-scale group pile tests. The proposed formula is also checked against five well-documented case studies. The formula may help engineers optimize group pile configurations more efficiently by applying the quality of the 3D finite element estimation to practice.     

长-短桩复合地基性状影响参数弹塑性有限元分析

运用三维弹塑性有限元方法分析带垫层的长短桩复合地基中承台垫层桩土系统的共同作用机理。计算表明,在一定范围内,刚性长桩长度、刚性桩边长、柔性桩刚度、刚性短桩长度和垫层弹性模量增加,都会使基础沉降减小。长桩长度增加,长桩的荷载分担比明显增加;刚性桩边长和垫层弹性模量增加、垫层厚度减少,刚性桩的荷载分担比都会增加;刚性短桩长度加长,短桩的荷载分担比明显增加。根据分析结果提出了行之有效的基础沉降控制方法。工程实测数据表明有限元分析结果和提出的基础沉降控制方法是有效的     

可压缩桩刚度特征的分析

现行的桩刚度计算方法大多假设桩为刚性，而实际上桩都是可压缩的，尤其是长桩和柔性桩．压缩性非常明显。本文讨论了可压缩桩的刚度随桩长Ｌ、直径Ｄ，桩身材料弹性模量Ｅ和桩端阻力Ｒｕ的变化规律。文中给出了实测结果，证明了本文提出的桩的刚度变化规律的正确性。     

Centrifuge studies on the effects of existing piles on the end resistance and shaft friction of a newpile

The effects of existing piles on the vertical bearing capacity of piles of a new building were examined using vertical static loading centrifuge tests on a new pile located among existing piles. The results suggest the following conclusions: (1) Existing piles increased the total shaft resistance of the new pile with a rough surface because the existing piles restrained the soil around the new pile and the positive dilatancy of the sand increased the confining pressure of the soil. (2) The shaft resistance of the lower part of the new pile with a rough surface fell rapidly during the loading tests, regardless of whether there were existing piles or not. The diminution of shaft resistance, known as ‘friction fatigue’, was probably caused by sand particle crushing in the vicinity of the pile end. (3) For a new pile with a rough surface, existing piles did not affect the end resistance when the new pile head settlement normalized by the pile diameter, s/D_p, was less than 0.2. (4) Existing piles did not affect the shaft resistance or the end resistance of the new pile with a smooth surface. Dominance of the sliding displacement along the pile–sand contact surface engenders the extremely small variation of the confining pressure of the soil around the new pileshaft.     

基于桩侧阻概化模式的基桩均化附加应力系数研究

基于群桩Mindlin应力解附加应力场和群桩基础变形分布特征,考虑承台和上部结构刚度对沉降变形的均化效应,在现有Mindlin解均化应力分层总和法计算群桩基础沉降基础上,提出任意布桩模式下基桩均化附加应力系数数值计算方法。针对特定侧阻分布概化模式给出不同长径比、不同桩距条件下的基桩均化附加应力系数表格,为手算群桩基础沉降所需的均化附加应力计算提供有效的简易方法。提供的均化附加应力计算方法计算群桩沉降通过工程实例验证,与Boussinesq实体深基础计算法和等效作用计算法比较,其沉降计算值与实测竣工沉降值较为接近。     

不同条件下桩侧阻力端阻力性状及侧阻力分布概化与应用

根据24组51根桩竖向静载试验的侧阻力端阻力测试结果分析表明,桩侧土层性质与分布、桩长径比、后注浆效应是影响侧阻性状与分布的主要因素。软土中的桩其侧阻发挥正常,分布模式不受长径比影响;碎石土、砂土侧阻在桩顶以下约5d深度范围呈现应变软化,随深度增加逐渐演变为应变硬化导致桩身下部侧阻发挥滞后或发挥值显著降低,侧阻分布模式异化;土愈硬、长径比愈大,侧阻分布模式异化愈明显;后注浆对侧阻的增强与分布模式的影响,碎石土、砂土远甚于其它类土。工作荷载下的侧阻分布模式可概化为正梯形、倒梯形、橄榄形、灯笼形、蒜头形、峰谷形六种模式。端阻比随侧阻增强,随长径比增大而降低,随荷载水平提高呈非线性增长,给出了工作荷载下端阻比经验参考值。将每种侧阻概化模式分解为桩长l、kl的矩形、三角形分布侧阻单元,据此可查表确定供沉降计算的Mindlin解附加应力系数。计算结果表明,除正梯形和蒜头形分布外,其附加应力积分值按Geddes正梯形分布假定计算附加应力比实测侧阻概化分布大15%~74%,侧阻分布重心愈高差异愈大。     

两种静载试验确定大直径扩底桩竖向承载力

工程上通常用一种静载试验确定扩底桩的竖向承载力 ,而本文用两种静载试验方法 (即直接试验法和间接试验法 )确定扩底桩的承载力 ,据此对端承于粗砂层的埋深 1 4.5m左右的扩底桩竖向承载性状进行了分析。结果表明 ,两种试验方法得到的SD1、SD2桩的极限承载力值分别相差 5 %和 1 0 %。扩底直径为 3.40m的SD1桩的极限承载力为 960 0kN ,端阻力达86% ;扩底直径为 3.0 0m的SD2桩的极限承载力为 685 0kN ,端阻力占 81 %。当桩顶沉降 1 8.72mm左右时 ,SD1、SD2桩摩阻力已充分发挥 ;而端阻力充分发挥时 ,SD1、SD2桩顶沉降分别达 31 .85 5mm和 2 9.34mm。直径相同时 ,扩底桩的竖向承载力远大于纯摩擦桩和直身墩