考虑桩土共同作用的桩基沉降分析

目前桩基在工程中得到广泛应用,人们逐渐认识到桩筏基础控制的关键是变形而不是强度.结合上海土层情况,运用有限元软件ANSYS建立群桩-土-上部结构三维有限元非线性模型,土体本构模型采用Drucker-Prager弹塑性模型,并利用面-面接触单元考虑土体与桩基交界面的状态非线性,合理地模拟了桩与桩周土间复杂的相互作用,对群桩沉降做了定性分析。     

桩底压浆桩在轴向荷载作用下的有限元分析

简述了桩底压浆桩的成桩工艺，讨论了其提高承载力的机理，建立了桩－土体系分析模型，利用所提出的分析模型对桩底压浆桩成桩及压桩的全过程进行了模拟分析。在分析中引用了非线性接触面单元、考虑了土体的非线性。结果表明桩底压浆桩的荷载－沉降曲线为“缓变型”，与普通灌注桩荷载－沉降曲线显著不同；桩底压浆桩的承载力较之普通灌注桩有显著提高；土体性质、压浆压力和压浆腔高度对桩底压浆桩提高承载力的效果有显著影响。     

竖向荷载作用下单桩工作性能模拟分析

为了分析单桩的工作性能，采用非线性水平有限层单元模拟桩周围土体，假定其竖向变形沿径向按指数函数变化，考虑沿径向的剪切作用及在竖向的压缩作用建立其刚度矩阵，以非线性的接触面单元模拟桩土界面的力学性能，以修正桩底土刚度的办法模拟极端阻力的非线性性能，这样建立的模拟分析方法能够较真实地反映单桩－土体系的工作性能，按此模拟分析方法模拟某工程大直径桩原型试验获得令人满意的结果。     

层状地基中单桩-桩帽-土共同作用等效剪切位移法

基于单桩-桩帽-土共同作用的特征,推导了桩和桩帽下土体的荷载传递矩阵,提出了层状地基中带帽单桩的等效剪切位移法。当桩与桩帽下土体以及桩帽下土体与桩帽外侧土体交界面处的位移协调时,分别建立桩与桩帽下土体的平衡微分方程;考虑交界面处的相对滑动时,桩与桩帽下土体交界面处的侧摩阻力较大导致非线性,主要表现在桩与桩帽下土体间的相互滑动;当帽桩较小时,桩帽下土体与桩帽外侧土体交界面处的侧摩阻力引起的桩帽外侧土体自由位移场比较小。与有限元法、已有理论分析方法以及模型试验的对比表明桩帽的加入可明显增大带帽桩的整体刚度,并且一定尺寸的桩帽下桩体长径比的增大不会无限增大带帽单桩的整体刚度,桩帽始终贡献一定的荷载分担比例。     

基于ANSYS的桩土效应分析

运用ANSYS中的接触单元分析了桩土效应问题,其中采用实体单元模拟桩基础,用接触单元模拟桩基础和土体的作用,并且考虑土体的负摩阻力,分析桩基础在水平荷载和竖向荷载作用下的桩端位移、桩端应力及随着埋深的桩基应变.     

桩周土及桩间距对桩基地震反应的影响

用整体动力有限元方法分析桩周土及桩间距对桩基地震反应的影响。在土体侧向的边界节点处用弹簧并联阻尼器来进行模拟；在土体平面应变单元和桩体梁单元连接处，用补充约束方程的方法进行节点耦合，使2种不同类型单元满足连续条件。结合典型工程实例选择桩、土、结构及荷载参数，重点研究了上层软土厚度的变化、软土地质参数的变化及桩间距的变化对桩基地震反应分析的影响。当上层软土的厚度达到一定值时，在土层软硬分界处桩身的内力将达到最大值。当上层土体更为软弱时，在土层软硬分界处桩身的内力会有较大的增加。桩间距适当减小时桩身的峰值内力会减小。     

非饱和黄土场地桩-土动力相互作用试验研究

为了研究非饱和黄土场地桩-土动力相互作用，利用土工离心机振动台进行桩-土动力模型试验.获得桩身弯矩、桩侧土抗力、桩-土相对位移及动力p-y曲线，分析加速度幅值、桩基埋深对动力p-y曲线的影响.基于非线性文克尔地基梁模型，建立考虑远场阻尼效应、桩-土间隙效应的非线性动力p-y单元，通过有限元分析结果和该试验记录对动力p-y单元的有效性进行验证.结果表明，随着加速度幅值的增加，桩-土体系的耗能增强，土体刚度逐渐退化；桩侧土抗力与桩-土相对位移之间存在滞后性；采用建立的动力p-y单元，能够相对真实地模拟非饱和黄土场地的桩-土动力响应.     

水平地震下土-桩-结构相互作用简化分析方法

基于Penzien提出的集中质量法，将上部结构和桩基离散为剪切型质点串，以弹簧和阻尼器模拟周围土体，建立土—桩—结构动力相互作用的分析模型，给出相互作用参数的确定方法，并考虑土体的动力非线性和材料阻尼特性，通过等价线性迭代逼近土体的非线性动态响应。运用此模型对某180m混凝土烟囱按桩基础和刚性基础两种方案进行自振特性和地震时程反应对比分析，得到两种基础形式结构的位移、剪力、弯矩的分布形式基本一致，但考虑桩—土—上部结构相互作用的桩基础使结构体系的周期延长，变形增大，剪力和弯矩相应减小。桩—土—上部结构相互作用增加了结构的柔性，改善了结构的抗震性能。     

水平受荷桩的受力特性分析

在水平荷载作用下,桩基的工作性状极为复杂,涉及到桩与土体之间的相互作用问题.基于土的分层、桩侧移的非线性提出了新的桩侧地基反力与水平位移的模型,通过迭代计算得出较为合理的内力值.     

桩——承台基础——土共同作用的非线性有限元分析

利用有限元方法,对桩－承台－土共同作用进行了探讨。采用邓肯－张非线性弹性模型,并在桩与土的接触面上设置了Ｄａｎｃａｎ－Ｃｌｏｕｇｈ非线性弹性界面模型来模拟两种不同介质接触面形状。     

考虑桩-土接触面及桩底土非线性的单桩Q-s曲线分析

假定桩周围的土体为半空间无限体,桩由一系列受压单元组成,在桩土之间有一层无限薄的非线性接触面,传递桩土之间的剪力。认为接触面的剪切位移之间的关系是非线性的。此外,还考虑了桩底土反力的非线性,认为桩底反力与位移之间的关系亦为非线性。根据体系中结点力的平衡条件,建立了求解方程,并给出了两个算例,表明了本分析算法的适用性。     

非线性土体中预测群桩沉降的一种实用方法

通过非线性群桩影响因子将群桩的沉降与单桩的沉降紧密地联系起来,在Randolph和Worth及Lee等提出的计算线性弹性土体中单桩和群桩的桩顶沉降方法的基础上,提出了在非线性土体中群桩中桩和桩之间的相互影响因子,及预测群桩整体沉降、桩顶刚度的计算方法。为了验证本文方法的正确性和结果的可靠性,根据人们公认的O’Neill（1982）和Briaud.（1989）等人的现场试验中的试验数据,用本文的方法对群桩的整体沉降和群桩中每个桩的承载能力进行了预测,同时与他们的试验结果进行了比较,发现按照本文的预测方法得到的结果与实测结果非常的吻合。说明本文的理论和方法对于分析桩-土系统的非线性力学行为是非常有效的。     

静压群桩沉桩挤土效应模型试验

以往对沉桩挤土效应的研究主要集中于单桩或双桩,而对群桩挤土效应的分析较少,但在实际工程中,桩基工程通常都是以群桩的形式来设计和施工的．基于室内模型试验,分析了群桩顺序压入土体后所引起的土体变形规律、超孔隙水压力的变化和沉桩前后土体的微观结构特征．试验结果表明：群桩压入后,土体水平侧移和地表隆起是不断累积的,存在着已压入桩的遮帘作用;超孔隙水压力并不是单桩引起的超孔隙水压力的简单叠加;沉桩后,土体微观孔隙的大小、形态和排列特征也发生了变化,其结构性更加紧密,挤土效应明显．     

水平受荷桩桩周土体应变范围研究

为明确土体应变范围,通过三维物理模拟加载系统开展4组不同桩基埋深下的单桩水平静载试验,通过桩前土压力数据引入最大应变截面积S0和最远应变距离L两个参数,并以此为基础,在已有应变楔形模型上,通过公式推算,得出桩周土体应变范围随水平荷载和桩基埋深的变化情况。通过试验获得桩顶位移-荷载曲线图和桩顶位移-埋深曲线图,通过理论计算可知,桩周土体应变范围和最远应变距离随水平荷载增大呈类S型函数非线性增大,随桩基埋深增大呈类指数型函数非线性减小,应变范围和L随荷载等级及桩基埋深变化呈现良好的协同性。当桩土应力应变过程进入塑性阶段或桩基埋深增大到一定程度后,土体应变范围逐渐趋于平稳。提出了L与桩基埋深的函数关系,可为桩基布设位置的选取提供一定参考。     

水平地震下土-桩-结构相互作用简化分析方法

基于 Penzien 提出的集中质量法,将上部结构和桩基离散为剪切型质点串,以弹簧和阻尼器模拟周围土体,建立土-桩-结构动力相互作用的分析模型,给出相互作用参数的确定方法,并考虑土体的动力非线性和材料阻尼特性,通过等价线性迭代逼近土体的非线性动态响应.运用此模型对某180m 混凝土烟囱按桩基础和刚性基础两种方案进行自振特性和地震时程反应对比分析,得到两种基础形式结构的位移、剪力、弯矩的分布形式基本一致,但考虑桩-土-上部结构相互作用的桩基础使结构体系的周期延长,变形增大,剪力和弯矩相应减小.桩-土-上部结构相互作用增加了结构的柔性,改善了结构的抗震性能.     

温度影响下能量桩-土接触面剪切特性试验研究

能量桩工作过程中,桩体受温度变化影响会产生热变形,进而引起桩周土体的循环剪切作用,弱化地基承载力,给桩基的正常使用带来风险。由于传统直剪仪无法模拟能量桩工作过程中的温度变化,因此对桩-土接触面力学特性受温度影响的变化规律研究较少。对传统直剪仪进行改造,使其可以改变剪切试样温度;所用土体从重庆某施工现场取样,开展不同温度变化下桩-土接触面的室内土工直剪试验,分析单次温度变化和循环温度变化对桩-土接触面力学性能的影响,并对温度影响下桩-土接触面力学特性与土体力学特性的差异进行比较。结果表明,能量桩-土接触面的抗剪强度受温度影响较大;随着温度的升高,能量桩-土界面摩擦角和黏聚力先减小后增大;低法向应力下温度循环对桩-土接触面力学特性影响较大,而高法向应力下温度循环对桩-土接触面力学特性影响不显著;土体的抗剪强度、黏聚力和摩擦角随温度变化规律与桩-土界面类似。     

仿生牙根桩承载性能透明土模型试验研究

基于仿生学原理并结合哺乳动物下颌磨牙承载力高的特点,提出一种模仿哺乳动物下颌磨牙的仿生牙根桩,仿生牙根桩的承载性能和沉桩时的挤土效应不同于传统底部截面为圆形的锥形或平底桩。结合数值方法和模型试验研究其承载特性及沉桩过程中的桩—土作用,采用DEM离散元方法进行数值模拟研究,发现仿生牙根桩能大幅提高桩底承载力,但易引起土体应力集中。基于数值模拟结果进行模型试验,采用基于透明土模型试验的粒子图像测速技术（PIV）,利用沉桩加载仪和CCD高速工业相机连续拍摄沉桩加载过程中桩周土体在线性激光器下产生的散斑场,得到整个土体的位移场。结果表明：仿生牙根桩对竖向荷载的承载能力超过普通锥形桩1倍左右,引发的桩身拖曳效应与桩底部竖向土体位移更加显著,且在桩中心内凹不太大时,其引发的土体横向位移较小。     

软土地基预制桩沉桩对桩周土体扰动研究

预制桩作为挤土桩或部分挤土桩,在沉桩过程中会挤压周围土体、扰动土体结构。就软土地基预制桩沉桩对周围土体的扰动,采用有限元CEL方法对软土地基预制桩沉桩的全过程进行模拟,得到沉桩过程中和沉桩完成后桩周土体位移规律,并分析了土体弹性模量和泊松比对桩周土体位移的影响。结果表明：沉桩过程中,靠近桩身的土体受桩体拖曳作用,径向位移先增加后减小;沉桩完成后,桩周土体水平位移分布沿径向呈对数形式衰减;随着弹性模量的增加,桩周土体竖向位移逐渐增加;随着泊松比的增加,桩周土体径向位移和竖向位移均增加。     

桩侧土软化对单桩承载力及沉降的影响

用分段线性函数模拟桩侧剪应力与桩土相对位移的关系，用应力跌落描述了峰值剪应力和残余剪应力之间的关系，运用力学理论推导出单桩荷载与沉降的关系，并通过算例分析了软化系数的大小对单桩承载力，沉降，桩射轴力和位移的影响。研究结果表明：若桩土之间剪应力和相对位移的关系满足软化模型（即应力－应变关系曲线上有明显的峰值，峰值后应力随位移增大而降低），则根据p-s曲线确定单桩承载力时，必须综合考察软化系数大小，桩端土的性状及单桩沉降和p-s曲线的形状，才能合理地确定单桩承载力。     

软基煤场堆载挡风墙桩基桩土共同作用分析

为了分析在大面积堆载情况下临近桩基对土体位移变形产生的影响,结合北仑电厂堆载预压工程,对桩基与土体的相互作用进行三维有限元建模分析.在充分考虑桩基对土体变形所起的约束作用的基础上,通过数值模拟分析得出：在堆载作用下,有桩时比无桩时土体沉降减少|桩周地表在一定范围内土体侧向变形加大.通过桩身弯矩与桩内钢筋的应力计算,验证了软基上煤场堆煤后挡风墙桩基的安全性,并得出了估算存在承台条件下的桩身最大弯矩的经验公式.将所得的计算结果与现场实测数据进行了比较,表明两者有较好的一致性,研究结果可用于指导有关的设计和施工.