变截面桩的水平荷载模型试验研究

通过模型试验分析了水平荷载作用下桩在不同变截面位置处桩的工作机理.根据水平荷载—位移曲线、桩身入土深度—拉压应变、水平荷载—拉压应变、水平荷载—桩顶转角的测试结果,分析了变截面桩的水平承载性能,并进一步分析了变截面不同位置变化对水平承载特性的影响.结果表明,变截面桩为弹性桩,桩身截面位置的合理布设对于桩体材料节省和抵抗水平位移具有关键的影响,合理布设变截面位置对于工程具有实际意义.     

基于承台消弯作用的新型桩板墙结构

铁路工程中桩板墙结构变形控制标准严格，在土质地基条件下桩结构设计尺寸较大，成本普遍偏高。针对传统桩板墙受力变形特点，提出一种基于承台消弯作用的新型桩板墙结构，并采用矩阵传递法分析其力学性能及经济效益。结果表明：新型桩板墙结构在桩身锚固点引入承台，利用填土自重大幅度降低锚固段弯矩，可有效减小桩顶水平位移；结构尺寸相同时，与传统桩板墙结构相比，新型结构锚固段最大弯矩降低67%，桩顶水平位移减小61%，桩身所受最大土反力减小57%；土质地基条件下，新型结构最大填高由传统结构的12 m提升至16 m，承台设计长度宜为0.46～0.48倍填高；新型桩板墙结构综合工程造价仅为传统结构的50%，经济效益显著；新型结构锚固桩桩井可由人工挖孔优化为机械成孔，在提高施工效率的同时可降低安全风险。     

旋喷桩加固桩板墙桩前软弱地基模型试验

桩板墙嵌固段的水平承载力受桩截面尺寸、桩间距、嵌固段长度,以及嵌固段中上部地层强度的影响。基于蒙华铁路某桩板墙工点,通过开展旋喷桩加固桩板墙桩前地基模型试验,研究不同桩长时桩板墙桩身应变、桩顶水平位移、土压力变化规律,并探讨旋喷桩加固桩板墙桩前地基的合理深度。研究发现,采用旋喷桩加固可以有效提高桩板墙的阻滑效果;桩前土体抗力主要集中在桩前30 cm,随着深度增加抗力逐渐减小;当旋喷桩加固深度超过嵌固段深度的75%时,继续增大加固深度对控制桩身水平变形作用极为有限。     

群桩水平承载特性数值模拟研究

针对目前群桩基础水平承载特性研究落后于工程应用的现状,采用数值分析的方法研究了软土地基管桩群桩基础在水平荷载作用下的承载特性。计算结果表明:群桩承受水平荷载时,承台前土体压缩变形范围明显小于承台后受拉变形范围;随着桩间距的增加,群桩侧向影响范围逐渐减小,而深度影响范围和桩顶位置处弯矩逐渐增大;相同水平荷载作用下前桩最大弯矩值明显大于后桩,前排桩桩身剪力零点位置高于后桩;当桩距达到6~8倍桩径时,群桩效应明显降低。     

人字形微型桩内力计算方法

基于弹性地基梁的微型桩内力计算方法中有一种是假定上部为钢架,滑面处为固定支座,传递弯矩和剪力,滑面以下桩体按弹性地基梁法计算。本文所选微型桩同样采用组合结构计算,同时考虑滑面处变形协调,把弹性地基梁的位移和转角作为上部结构的支座位移,考虑位移对内力的影响。针对微型桩滑面处弯矩,基于FLAC3D程序,建立简化的微型桩数值计算模型,提取桩的内力并绘制弯矩图,数值模拟结果与考虑变形协调后的弯矩图更接近。     

西安地铁车站深基坑变形规律的有限差分法模拟

采用数值模拟与现场实测相结合的方法研究西安地铁车站深基坑变形规律。计算结果表明,桩身水平位移能够直接反映围护结构变形特性,围护桩水平位移最大的地方发生在基坑中部到三分之二基坑深度处,基坑周边地表沉降槽中心距坑壁8 m。将数值计算值与现场实测值对比分析发现,各个工况下桩身水平位移、内支撑轴力以及基坑周围地表沉降的实测值和模拟值趋势基本一致,表明FLAC(有限差分法)数值模拟可为施工前深基坑围护结构设计方案的可行性做出合理评价。     

桩板墙支护下的高速铁路陡坡地基路堤变形演化特性

高速铁路对路基工后变形要求严格。以某陡坡地基桩板墙支护路堤为研究对象,基于针对桩体位移演化特性及路堤填土变形空间响应的900余天现场观测,构建了以限制桩前地基土横向应变为核心、检算点桩体位移为表征的桩板墙长期变形状态评价方法,讨论了相应桩体位移规范限值。研究表明:深锚固、强约束桩板墙能有效限制陡坡地基路堤侧向变形,桩顶位移仅为23 mm,其中填筑完成后占30%、1～1.5 a趋于稳定;桩体侧移引起路堤填土横向张拉变形的影响范围介于墙背和稳定区之间,竖向工后压缩变形符合中部大、上下端小的分布规律,且收敛快于横向;地面处桩板墙位移为13 mm,处于时间效应微弱的快速收敛状态,而规范有关该处10 mm的位移限值则对应无时间效应的纯弹性状态。     

单桩横向非线性动力响应的有限元模拟

对横向循环荷载下桩土动力体系进行分析,研究桩土体系的相关参数,分析影响工程性能的敏感参数,为工程设计提供参考.横向循环动荷载下,距桩顶1/6桩长处桩身弯矩最大,距桩顶1/10桩长处桩身剪力最大.地基土按弹塑性考虑有利于安全,桩土刚度比对桩土体系影响很大,可通过工程措施缩小桩土刚度比,以获得较好的工程效果和经济效益.     

双排土芯钢板桩围堰变形特性研究

为研究双排土芯钢板桩围堰变形特性,以竺山湖隧道围堰工程为背景,对施工现场进行数据监测,同时利用三维数值模拟软件PLAXIS 3D建立了施工现场的三维模型。通过数值模拟,研究不同施工阶段钢板桩的变形情况及内力分布情况,并与现场监测数据进行对比,以进一步分析单根钢板桩受力变形的特征。研究表明：围堰变形主要集中在钢拉杆和钢板桩与土交界处,呈现为中间凸出的复合变形特征;围堰受力集中于钢拉杆支撑处以及背水面钢板桩与土交界处,其中围堰背水面钢板桩的堰脚处弯矩最大;迎水面钢板桩位移较小且桩顶产生向围堰内侧的位移,背水面钢板桩位移较大;抽水工序对钢板桩变形及内力影响最为显著。     

高速铁路无砟轨道陡坡路基桩板墙侧向位移的影响分析

针对陡坡地段路肩式桩板墙侧向位移对高速铁路无砟轨道路基沉降的影响。采用有限元数值分析并结合现场实测,以某高速铁路无砟轨道陡坡地段路肩式桩板墙工点为原型,通过逐步释放墙顶侧向位移,分析墙背土压力的变化规律;研究由此产生的路基面附加沉降大小及分布形态;建立特征部位处附加沉降与墙顶侧向位移的函数关系。研究结果表明:墙背土压力沿墙背呈先增加后减小的分布形态,最大值出现在墙顶以下6~7 m之间,现场工况条件下墙后土体已进入主动状态;墙顶侧向位移引起的路基面附加沉降沿路基横断面近似呈三角形分布,其影响范围约为17.2 m;墙顶侧向位移与路基面附加沉降基本呈线性关系;现场工点墙顶侧向位移s与近墙钢轨轨下路基面沉降e的解析关系为e=0.4s,工后墙体侧向位移引起的路基面附加沉降仅为工后沉降规范允许值的13%。     

门架式双排桩受力位移特性分析

研究目的:探求门架式双排桩桩身的内力位移分布特征及相应的设计施工技术.研究结论:(1) 在桩排距较大的情况下,门架式双排桩的前排桩的桩顶位移明显小于单排悬臂桩和无连梁的双排桩;(2) 门架式双排桩的前后排桩的最大弯矩和剪力比较接近,而且正负弯矩和剪力比较接近,表明连梁在协调前后排桩顶位移、桩身弯矩和剪力方面有明显的作用;(3) 岩土层参数的选取是影响抗滑桩结构设计的一个重要因素;(4) 门架式双排桩具有较大的侧向刚度,可以有效地限制支护结构的侧向变形;(5) 对于膨胀土边坡,在实际施工中要做到及时开挖、及时防护,以减少施工对土体含水量和土体结构带来的扰动;(6) 在实际应用中要采用数值计算与成功经验相结合的方式,以确保边坡稳定.     

填土和车载对桥墩桩稳定性的影响研究

在分析桥墩桩受力特征的基础上,应用极限平衡法和数值模拟方法,对填土荷载和汽车荷载作用下桥墩桩的稳定性进行了研究,分析了桥墩桩在复杂荷载下剪力和弯矩的变化及土体的变形特征,并对比分析了极限平衡法和数值模拟方法。得到以下结论:汽车荷载是影响桥墩桩稳定性的关键因素,在汽车荷载作用下桥墩桩的最大弯矩约为填土荷载作用下的10倍,剪力约为1.25倍,桥墩桩顶部地表变形约2.5倍;极限平衡法得到的结果较数值模拟方法偏安全,在相同的工况下,极限平衡法计算得到的最大弯矩约为数值模拟方法得到的最大弯矩的1.6倍,最大弯矩出现的位置相同,均为距离地表8 m处,而剪力值基本相当。     

某基坑桩锚支护结构监测分析

根据长沙市某深基坑桩锚支护结构的特点及其周边环境,制定了有针对性的监测方案.重点对基坑深部水平位移、周边建筑沉降进行了跟踪监测.结果表明,深部水平位移随开挖深度表现出2种不同特性:浅部开挖时变形曲线近似呈直线形,最大位移在桩项.深部开挖时变形曲线近似呈抛物线形,最大位移在距桩顶5～7m处,变形还受锚索张拉情况等因素影响;建筑物的沉降表现出明显的时效性和空间效应,还与基坑开挖速度以及锚索设置时间等因素有关.监测信息为优化施工方案和合理组织施工提供了可靠的依据,确保了基坑工程的施工质量以及施工期间周边建筑的安全,对类似工程有一定的参考价值.     

路堤桩板式挡土墙的振动台试验研究

研究目的:以西南某铁路路堤为原型,按照Bockinghamπ定理,设计路堤桩板式挡土墙振动台模型。通过振动台试验,分析桩板式挡土墙对地震加速度的位移响应规律,给出地震作用下桩的动力响应规律,同时检验加筋处治高坡度路堤的抗震效果,从而为路堤桩板结构抗震稳定性的分析与评价提供依据。研究结论:随着加速度的增大,桩顶水平位移峰值以及桩身动应变峰值随之增大;桩身最大动应力出现在土层分界面下部,并且在分界面处,分界面上部和下部在振动过程中,振动方向存在相差;在地震情况下加筋能够有效地减少土体对锚固桩的动力作用;桩板墙结构抗震稳定性能较好,能满足高烈度地震区的工程抗震设计要求。     

H形路堑桩板墙结构计算及支护效果分析

以在建的阳平关—安康铁路二线工程为依托,采用解析法和数值模拟方法对新型深路堑支护结构H形路堑桩板墙进行结构受力和变形分析,并与明洞结构进行对比。结果表明:H形路堑桩板墙通过横向支撑将支挡结构连接成整体,横向支撑起到减少桩的侧向位移的作用;H形路堑桩板墙结构受力均匀,整体变形协调,稳定性较高,能达到常规挡土墙难以达到的支撑高度;H形路堑桩板挡土墙与明洞结构相比,较易施工且可缩短工期,节约工程成本。     

竖向荷载作用下复杂群桩的变形及荷载分布

以厦深(厦门—深圳)客运专线韩江特大桥潮安县段桩基选型工程为研究背景,通过有限元软件ABAQUS进行数值仿真模拟,分析低承台超长桩在非均质土条件下承受竖向荷载时竖直桩基的荷载-沉降(Q-S)曲线、基桩荷载分担、桩体侧向受荷、承台偏移、基桩竖向变形等工作性状。结果表明:超长群桩的Q-S曲线呈缓变特征,未出现显著的转折点和陡降;在承台顶逐级施加荷载作用下在同一深度范围内桩身轴力中桩、边桩、角桩依次增大;角桩和边桩的竖向变形相似,中桩差别较大;桩身的压缩变形随桩体深度依次递减;中桩侧摩阻力与周围基桩相比较小,变化更加缓慢。     

拱形双排隔离桩位置对既有隧道的影响分析

以杭州市某房建地下室基坑工程为背景,利用ABAQUS有限元软件建立三维模型,研究不同隔离桩位置下隧道的位移和受力以及拱形双排隔离桩受力后的位移。研究结果表明:拱形双排隔离桩设在距基坑约10 m处,并将弧形排桩设在隧道一侧,隧道衬砌位移最小;拱形双排隔离桩设在距基坑12 m处,隔离桩的位移和应力值最小;隧道衬砌各个度数下的应力值均呈现先减小后增大的趋势;弧形排桩桩尾位移小于直线形排桩,弧形排桩桩头位移大于直线形排桩;隔离桩靠近基坑时,拱形排桩位移比直线形排桩大,隔离桩靠近隧道时,反之。     

拼装式锚杆(索)框架结构力学特征数值模拟与试验研究

为快速治理灾后边坡病害,研发了2种新型拼装式锚杆(索)框架结构。通过数值模拟进行比选,可知横梁为单向变截面矩形梁时,拼装式锚杆(索)框架在应力分布、变形协调及施工难度上优于横梁为单向变截面倒T形梁时。对优选框架在全风化砂岩边坡的力学分布特征进行数值模拟,结果显示,框架在节点处弯矩和剪力最大,锚固点下部土体在集中力作用下发生较大沉陷变形,跨中部位出现挤压变形。现场试验表明,框架在节点处出现破坏。由数值模拟和现场试验结果可知,框架结构可以满足一般锚固工程对反力构件承载能力的要求。     

小半径曲线叠落盾构隧道下穿京沪高铁隔离桩设置参数研究

基于济南轨道交通R1线工程小半径曲线盾构隧道下穿京沪高铁,采取数值模拟手段研究隔离桩桩长、桩间距等不同设置参数下,对既有高铁桥梁结构的保护效果。计算结果表明:增加隔离桩桩长可以提高保护效果,反之降低;隔离桩桩间距增加,保护效果有所降低。通过计算分析,隔离桩采用桩间距1.2 m、桩长39 m(桩端位于隧道底部以下4 m)较为合理。采用室内模型试验针对桩间距1.2 m、桩长39 m隔离桩设计方案进行验证,试验结果表明:盾构隧道所下穿的两侧承台沉降变形均较小,承台沉降最大值仅0.5 mm,隔离桩设置可有效减少盾构施工对高铁桥桩影响。现场全自动化监测结果显示,承台沉降及水平位移的最大值均未超过0.4 mm,小于控制值1.0 mm。现场监测结果与数值模拟、模型试验结果比较一致,验证了数值模拟和室内模型实验结果的可靠性。     

高速铁路大直径桩基础水平承载力机理研究

结合连镇铁路新沂河特大桥试桩工程,通过单向多循环加载法对桩端自由的PHC管桩和钻孔灌注桩进行水平承载力试验得出地基土水平抗力系数的比例系数m值;采用有限元软件对钻孔灌注桩进行数值模拟得出沿桩长范围的剪力、弯矩、位移和桩侧土抗力分布曲线。研究表明,同类地质条件下,两种桩基础工程特性不同,实际工程中可结合具体工程要求合理选择桩基础结构形式;钻孔灌注桩弯矩最大值主要分布在自桩顶1/4桩长范围内,桩身水平位移和桩侧土抗力最大值主要分布在自桩顶桩长1/8和自桩底部1/4桩长范围内。