竖向荷载作用下带帽桩的模型试验及有限元分析

根据相似性原理,利用自制试验箱,通过设计无帽单桩、带帽单桩的室内模型静载试验,研究了在竖向荷载作用下无帽单桩、带帽单桩的受力性状及荷载传递规律,并进行了基于ABAQUS软件的有限元模拟分析。结果表明:桩帽能够有效控制桩身沉降变形并提高地基承载力;由于桩帽的存在,桩身在0~0.6倍桩径深度范围内产生负摩阻力,负摩阻力的大小取决于桩帽下土体性质;桩帽对桩侧摩阻力的影响范围为3.4倍的桩径深度;帽径比对带帽桩工作性能影响显著,确定了最佳帽径比为3。     

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。     

后注浆抗压桩受力性状的试验研究

 在温州鹿城广场5根抗压桩静载试验的基础上,揭示后注浆抗压桩在不同荷载水平下的一些规律。试验表明,注浆压力时刻都在变化,但有一个大体动态变化的范围。注浆可以固化桩底沉渣和桩侧泥皮,改善桩的承载性能。抗压桩在荷载作用下,桩身轴力随着深度的增加而减少,且随着荷载的增加,桩端轴力逐渐增大。对持力层是卵石层的桩采用桩端后注浆技术后,桩身压缩量占单桩沉降的80%以上。桩侧摩阻力的发挥程度和桩土相对位移有着很好的对应关系。当桩土相对位移达到一定值后,桩上部土层会出现桩侧摩阻力随着桩顶荷载的增加而减少的现象,即侧摩阻力软化现象。而靠近桩端的桩侧土体,尽管桩土相对位移较小,桩侧摩阻力值却会急剧增大。     

基于数字图像法的桩-土接触面特性试验研究

桩与土接触面的力学特性是桩-土共同作用研究中的一个重要课题。利用基于数字图像的非接触光学测量方法,通过室内模型试验,对密实砂土中桩-土接触面上荷载传递特性、剪切位移场及剪应变场分布规律进行研究。结果表明:密砂中单桩桩侧摩阻力与沉降关系呈软化型,桩侧摩阻力达到极限值所需桩身沉降约为桩横截面边长的3%。桩周土体剪切滑动区发生在有限范围的土体中,最大剪应变首先出现在桩顶及桩底附近土体中,而后向桩身中部发展,在极限荷载条件下,最大剪应变沿桩身呈"两头大中间小"的分布形式。试验结果为合理建立桩-土接触面模型和相关数值计算提供有益的参考。     

带帽刚性桩复合地基现场足尺试验研究

为深入、全面了解带帽刚性桩复合地基工作性状,通过在苏州绕城高速公路两试桩区的现场足尺试验,重点研究带帽刚性桩复合地基的荷载沉降、载荷板与桩体的沉降差、地表土应力分布特征、剖面沉降等性状规律。试验研究结果表明:带帽长桩型复合地基较带帽短桩型复合地基易于控制地基沉降变形和提高地基承载力,在设计荷载下带帽短桩型复合地基较带帽长桩型复合地基更能发挥地基土承载作用,桩帽下土体与桩帽间土体承载性能及发挥程度不同。由于桩帽能均化桩顶应力,起到刚性板作用,带帽桩体与桩帽下土体能产生近似等量的竖向变形,同时保证了垫层的整体效应。试验分析成果有助于建立带帽刚性桩复合地基计算模型、完善带帽刚性桩复合地基工作性状研究以及优化工程设计。     

单向循环荷载作用下开口管桩动力响应数值模拟

海上风力发电机的基础承受着结构自重及风、波浪、水流等多种循环荷载,而风力发电机组运行对基础的承载力和变形有严格要求.针对近海风机开口管桩单桩基础,通过PFC2D数值模拟研究了水平单向循环荷载对单桩基础受力变形的影响.结果表明:水平单向循环荷载作用下,桩顶累积位移随着循环荷载谷值与峰值的比值ζc的增大前期增加速率较快,而后期较慢,但并未改变桩体转动中心的位置,约为0.85倍的桩体埋深;ζc值越大,桩基初期卸载刚度越大,但稳定后卸载刚度的终值相近,约为6.70kN/mm;随ζc值的增大,桩顶主动区局部土体扰动程度增大,但影响范围大致相同,严重扰动区为2～3倍桩径;桩侧摩阻力降低幅度随ζc值增加而增大,且前期侧摩阻力降低速率增加,后期侧摩阻力均趋于稳定状态.     

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。     

砂土中竖向和水平荷载共同作用下的单桩承载特性研究

水平荷载引起桩体水平位移,导致桩侧摩阻力发生变化,从而影响单桩的竖向承载特性;竖向荷载影响桩周土体抗力,并随着桩身挠曲变形而产生附加弯矩,从而影响单桩的水平承载特性。利用室内模型试验研究了砂土中单桩在竖向和水平荷载共同作用下的受力和变形特性。试验结果表明:预先施加竖向荷载有利于单桩水平承载力的提高和水平位移的减小;预先施加水平荷载对桩身上部桩侧阻力的发挥有减小作用,但水平荷载的增大对桩端阻力的发挥有促进作用,总体上表现为预先施加水平荷载削弱了单桩的竖向承载力;单桩水平荷载引起的最大弯矩位置在地面以下约5d~7d处,水平荷载对桩身弯矩和桩侧摩阻力的影响主要集中在地面以下0~10d的深度范围内。结合已有研究成果和理论分析,验证了试验成果的合理性并从理论上分析了砂土中竖向和水平荷载共同作用下的单桩承载机理。     

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。     

新型桶式基础防波堤桶体阻力分析

包括桶壁、隔墙摩阻力和桶底端阻力的桶体阻力是维持桶体稳定性的一个重要因素。外侧桶壁摩阻力与桶土相对位移及接触状态有关,内侧桶壁和隔墙摩阻力与桶土相对位移有关,桶底端阻力与桶土接触状态有关。波浪荷载作用下,海侧上部的外侧桶壁与土体脱离,下部产生相对土体的向上位移,陆侧桶壁则相反;海侧内侧桶壁与隔墙产生相对桶内土体的向上位移,陆侧则相反;海侧桶体底部与土体脱离,陆侧则挤压土体。波浪荷载作用下,在绕桶体转动中心发生向上位移的迎浪侧,随荷载水平增加,桶壁与隔墙摩阻力由桶体自重作用下的正摩阻力减小变为负摩阻力,桶底端阻力则减小直至为零;在绕桶体转动中心发生向下位移的背浪侧,桶体阻力在桶体自重的基础上增加。     

带承台高喷插芯组合单桩荷载传递特性试验研究

 高喷插芯组合桩(JPP)是由高压旋喷桩和预应力混凝土芯桩构成的一种新型组合桩。为了对带承台单桩荷载传递特性有更深入的认识,以自行开发的大型桩基试验模型槽为依托,对带承台单桩进行静载试验。通过埋设在JPP中的监测仪器和承台下传感器得到如下荷载传递特性：与不带承台JPP单桩相比,带承台单桩承载力显著提高,承台可以承担较大比例的荷载;桩土应力比为20～100,且桩顶处桩土应力比基本维持在22左右,为承台与桩截面面积比的2倍;承台的存在限制了桩土相对位移,摩阻力不易发挥;承台对桩侧摩阻力有“削弱”作用,特别是对上部摩阻力,对桩端阻力有“增强”作用,并且与不带承台单桩相比,达到极限摩阻力所需位移增大。这些成果对JPP与承台共同作用特性研究具有一定的意义。     

桩-土-承台共同作用的模型试验研究

通过带承台单桩及双桩基础的模型试验,对低承台桩基桩间土变形发展及其与承台板板底应力、桩侧摩阻力及桩端阻力间的相互影响进行较为细致的研究。试验表明:在相同基础荷载作用下,桩数的增加使桩端刺入变形量占基础沉降的比例降低。双桩基础桩体的存在对板底应力体现出增强作用,在相同桩间土变形量下,双桩基础板底应力大于带承台单桩基础。桩土相对位移的发展从桩端部位开始,逐步向承台板扩展,同一部位基础外侧的桩土相对位移要大于基础内侧。靠基础内外,桩的不同侧面表现出不同的侧阻发挥过程及极限值。同样桩间土变形量下,带承台双桩基础在桩端平面上土体的竖向应力要大于带承台单桩基础,从而发挥出较大的桩端阻力。     

隧道开挖对邻近桩基变形及承载能力影响的弹塑性解答

 采用球形孔和圆柱孔扩张(收缩)理论研究桩基与隧道的相互作用。首先,基于Mohr-Coulomb屈服准则,采用圆柱形孔收缩模型模拟隧道开挖过程,得到Pasternak地基上隧道开挖引起的邻近单桩弹塑性水平位移。其次,提出隧道开挖对邻近桩基承载能力弹塑性影响的计算方法。桩基总承载能力由桩端极限承载能力和桩身极限侧阻摩擦力两部分组成。其中,采用无限介质中球形孔扩张模型计算桩端小孔极限压力,并得到桩端极限承载能力;采用修正的?法计算临界状态下桩身等效平均剪应力分布,进而得到桩身极限侧阻摩擦力,该方法考虑隧道开挖对桩身剪应力的削减作用。在此基础上,计算隧道开挖过程对周围土体弹塑性应力的影响;分析隧道和桩基相对位置对桩基承载能力的影响;定义桩基总承载力降低到85%时桩基发生破坏,研究桩端与隧道中心相对间距与桩基破坏时隧道体积损失临界值的关系,并考察土体黏聚力、内摩擦角、密实度、土体模量以及桩径等参数的影响。结果表明,柱孔收缩弹塑性模型可以较好地模拟隧道开挖对邻近桩基弹塑性水平位移的影响;隧道开挖后在一定范围内形成一个塑性区,在该区域内土体有效应力影响因子Rp值小于1,表明对桩基承载能力有削减作用,当桩身全部处于塑性区以外时,其承载能力不受隧道开挖的影响;隧道和桩基相对位置对桩基承载能力有较大影响,当桩端与隧道中心的间距一定时,随着隧道埋深的增加,桩端极限承载力影响因子Rqb逐渐趋于1,说明增加隧道埋深对桩基承载力更加有利;桩基破坏时隧道体积损失临界值与桩端–隧道中心间距平方呈线性关系,桩基承载能力对土体模量比较敏感。     

软土中群桩承载变形特性与减沉复合疏桩基础设计计算

根据大型现场模型试验,分析了软土中群桩承台、桩、土相互作用特性。试验表明:随桩距增大,承台土抗力和桩侧阻力增大,而端阻力减小;当桩距增至6d时,侧阻力趋近于单桩,端阻力仍高于单桩,承台土抗力发挥率(承台效应系数)仅为50%左右,明显小于其他类土;桩基沉降变形特征表现为桩端刺入和桩间土压缩为主导;不同于小桩距群桩的桩、土整体变形特征。根据软土中疏桩基础承载变形特征,提出减沉复合疏桩基础简化设计方法,以计算桩间土压缩及桩土相互作用效应确定桩基沉降,并以十余项实际工程进行了验证。     

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。     

软土地基中组合桩水平受荷作用下的试验研究

组合桩为预应力混凝土桩插入水泥搅拌桩中而形成的新桩，为探讨该桩在水平荷载在用下的承载力和破坏模式，通过3根14.0 m长组合桩的水平载荷试验，实测得到该桩在水平荷载作用下桩与土共同作用下的工作性状和破坏特征，分析了组合桩受水平力作用时的临界和极限荷载、破坏模式、地基土的水平抗力比例系数以及桩帽对组合桩抗水平力的有利作用。为合理地评价组合桩的水平承载力，探讨组合桩在水平荷载作用下的计算方法：临界荷载法和转折点法，并给出计算公式。试验和分析结果表明：组合桩具有较好地抵抗水平荷载的能力，有桩帽的组合桩水平受荷性状优于无桩帽的组合桩，桩帽使组合桩由水泥桩和外侧的水泥壳之间相互分开的破坏模式变为外侧的水泥土和土之间分开的模式，保证组合桩在水平荷载下的完整性，用转折点法计算组合桩的水平承载力更为合理。     

桩侧堆载作用下被动桩受力性状研究

桩周大面积堆载产生的土体变形不仅会引起桩身负摩阻力,也会使桩基承受较大的侧向荷载。文章应用三维有限元方法对桩侧堆载作用下的被动桩受力性状进行了分析,并研究了桩顶荷载对被动桩受力变形的影响。在桩侧堆载的作用下,桩身产生了较大的侧向位移与弯矩,同时出现负摩阻力和桩身轴力。桩身侧移和桩身轴力随着堆载距离的增加而减小,随着堆载量的增加而增大。桩侧堆载的被动桩在桩顶竖向荷载作用下会产生桩身二次弯矩,加剧桩身弯曲变形和内力。     

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。     

流变性软土地层桩基沉降位移的粘弹性解析方法

考虑流变性软土地层桩基工程特性,并通过构建桩底土体虚拟柱状结构模型,建立了由桩体变形和桩底沉降时效特性的桩基沉降位移计算模型及其理论解。研究了桩基承载模式及其随荷载的演变规律、对应承载模式条件下桩基沉降位移及其时效特性。结果表明:软土地层中桩基荷载通过桩周阻抗自上而下传递,桩基承载模式随荷载增大存在摩擦承载模式、摩擦与桩端共同承载模式及其随荷载与环境条件逐步演化的动态关系;当桩基处于摩擦承载模式时,桩基沉降位移等于桩体压缩瞬态弹性变形;当桩基承载模式处于摩擦与桩端共同承载状态时,桩基总位移为桩体变形和桩底土体沉降位移的叠加,受土体的流变特性影响,桩基总位移呈现显著的时效特性,且随荷载增大桩端承载效果以及桩基位移的时效性愈加显著。     

托板桩复合地基中桩身中性点位置研究

在托板桩复合地基承载力分析中,托板桩桩身中性点位置是计算桩侧负摩阻力和下拉荷载的关键。采用有限元分析了托板尺寸、桩间距、填土厚度和桩端土层刚度等对中性点位置的影响,研究表明,托板桩桩身中性点深度不同于常规桩,中性点位置受托板尺寸和桩端土的刚度的影响显著,而受填土高度和桩间距的影响相对较小。通过对一具体工程进行数值模拟,计算结果(中性点的深度为0.33L)与实测值(中性点的深度为0.36L)相符合。