考虑土体液化侧移影响的轴横向受荷桩内力与位移分析

地震导致的土体液化侧移,使得轴横向受荷桩的受力与变形十分复杂。根据桩周土体的液化程度将基桩分为非液化段、液化段和嵌固段,建立考虑桩土相互作用的简化受力模型。结合土体液化侧移模式以及基桩受荷特点,推导各特征桩段的挠曲变形微分方程,并给出相应的幂级数解答。通过与试验测试结果进行对比,检验本文方法的合理性。在此基础上,探讨土体液化侧移量、荷载分布形式以及嵌固深度等对基桩的影响。分析发现:土体液化侧移量每增加30cm,基桩桩顶水平位移增加5.8mm,桩身最大弯矩增大95.6kN·m;与竖向荷载相比,横向荷载对基桩的影响更大,横向荷载每增大50%,桩顶水平位移及桩身最大弯矩分别增加65%和54%,但基桩的"P-Δ"效应也不容忽视;改善基桩的嵌固深度可以提高基桩的抗震性能,但到达一定深度后,其效果并不明显。     

考虑侧阻增强效应的基桩极限承载力解析算法

常规基桩竖向极限承载力计算方法难以考虑由于端阻力提高而引起的侧阻增强效应。分析基桩侧阻增强效应的形成机理,在此基础上,采用Meyerhof对数螺旋线破坏模式模拟桩端土体破坏状态,并引进极限上限理论分析桩端与桩侧土体在极限承载情况下的能量传递规律,利用虚功原理导出桩侧土体对桩身增加的法向压力值,由此根据摩尔库伦理论提出了考虑侧阻增强效应的基桩竖向极限承载力公式。与现场基桩承载力试验数据的对比表明,桩基规范常规算法明显低估了基桩的极限承载力,而本文推算的理论公式则更接近于实测静载荷试验值,表明考虑侧阻增强效应后可更合理评估基桩承载能力。对影响基桩侧阻增强效应的各主要因素进行了探讨,分析结果表明,随桩端土体强度或桩径的增加,侧阻增强效应作用愈明显,该结论对基桩工程设计具有一定的借鉴意义。     

考虑细观桩侧摩阻效应的桥梁桩基水平受荷响应分析

桥梁桩基除了要承受竖向荷载之外,往往也要承担很多水平荷载。对水平受荷桩基的桩侧摩阻效应进行细观分析,提出了考虑桩侧摩阻效应的桩身挠曲线微分方程,再结合p-y曲线法对桩基水平受荷响应进行求解分析,并用计算结果与试验数据对比,证明了方法的可靠性。基于提出的方法,探究了桩土界面摩擦角以及桩基尺寸效应对水平受荷桩土体系的影响。研究结果表明,桩侧摩阻对桩土体系有加强作用,桩侧摩阻效应影响下桩顶位移和桩身最大弯矩的折减比随桩土界面摩擦角的增大而减小,也随桩径的增大而显著减小。所得结论对今后桥梁桩基工程具有重要的参考价值。     

考虑基桩自重作用的桩身轴力计算方法及其应用研究

通过考虑基桩自重影响,改进了基于佐藤悟双折线模型,提出一种考虑基桩自重的轴力改进计算方法,首先修正可以考虑基桩自重的荷载传递微分方程,推导出适用于任意桩周土体沉降曲线的桩侧摩阻力解析解;然后引入荷载作用下土体沉降弹性解,改进佐藤悟双折线桩侧摩阻力应力传递函数,进而提出可以考虑基桩自重的桩身轴力计算公式。同时,结合太焦(太原—焦作)高速铁路CFG桩工程实践进行CFG桩侧摩阻力现场原位测试试验,开展考虑基桩自重影响的桩身轴力计算方法应用研究;通过桩身轴力与侧摩阻力实测结果、未考虑自重的计算结果和考虑自重改进后的计算结果之间对比分析,论证考虑基桩自重作用的桩身轴力计算方法可行性。应用结果表明:改进后的计算结果与工程实测结果更加吻合,考虑基桩自重的桩身轴力计算方法可以获得更高的计算精度。     

桩间复合结构土拱效应试验研究与应用

西南山区高陡边坡多采用桩与桩间墙、桩板墙、桩间土钉墙的组合加固结构,由于土拱效应的存在,桩及桩间结构的受力发生重分布。利用自制的土拱试验仪(发明专利号ZL 200910058441.6),考虑桩间土体的内摩擦角对桩间土拱的影响,对不同桩间距、桩截面尺寸的试验模型进行了对比试验,探讨土拱的形状、土拱效应对边坡坡体应力分布的影响,提出了土拱拱高和拱轴线方程。结合某铁路高边坡的桩间挡土墙加固结构,提出考虑土拱效应的边坡潜在滑移面的剩余下滑力、墙后土压力的计算方法。     

一种斜坡桥梁桩基础自由段桩长确定方法

以斜坡桥梁桩基自由段桩长的确定方法为研究目标,将桩前自由段桩长范围内存在变形趋势的岩土体视为三维楔形受力体,考虑桩前受力体的自重及两侧拉力、受力体底部的极限抗滑力和摩阻力、桩土间接触压应力,推导其滑动力合力计算式,依据受力体的临界稳定状态确定斜坡桥梁桩基自由段桩长,并采用C#开发斜坡桥梁桩基自由段桩长的计算程序。运用该程序对斜坡桩基自由段桩长取值影响因素进行的敏感性分析结果表明:斜坡坡角、桩土接触压应力、内摩擦角对自由段桩长取值的影响较敏感,而桩周岩土体重度对自由段桩长取值的敏感性较小。采用此方法对长昆客运专线部分陡坡桥基自由段桩长设计取值的计算结果表明:当斜坡坡度较缓、地层较为坚硬时,位于其上的桥基内力计算可忽略自由段桩长的影响;当斜坡坡度较陡或斜坡岩土体强度较低时,计算得到的自由段桩长取值相对较大,斜坡桥梁桩基础设计须考虑自由段桩长对桩基内力计算的影响。     

线弹性地基反力法适用性研究

通过ANSYS建立三维有限元模型和线弹性地基反力法计算模型,分别计算出水平受荷桩在不同模型下的计算结果,并进行对比,得出在荷载较大、桩周土体进入塑性区时,采用弹性地基反力法计算桩身受力和变形是不合适的;而在荷载较小、桩周土体处于弹性状态时,采用线弹性地基反力法计算出的桩身受力及变形情况与实际情况比较相符合.并根据实际应用情况,推荐使用m法计算地基反力.     

桩网结构路基土拱效应离散元研究

建立桩网结构路基的离散元模型,从散粒体和微观角度研究了桩网结构路基中的土拱效应。结果表明:土拱效应随着桩间土的沉降而发展变化,桩间土发生较大的沉降后土拱效应才能达到极限状态。桩顶平面上方1.67倍桩净间距范围内土体的密实度受土拱效应的影响,土体孔隙率的变化与土拱效应发展保持一致。土拱效应发展过程中土体的竖向位移远大于水平向位移,桩顶上方竖向位移小于桩间土上方竖向位移,等沉面的高度位于2.7倍的桩净间距处。土体中竖向应力的影响范围与密实度的影响范围相同,土拱高度为该影响范围的上限,在该范围内土压力系数随土拱效应发展而变化,但两者变化并不一致,且土压力系数在桩顶上方和桩间土上方也不相同。     

砂土地区超长基桩双荷载箱法承载特性试验研究

依托越南砂土地区某工程超长基桩,采用双荷载箱法进行原位承载力试验,研究砂土地区超长基桩的荷载位移曲线、桩身压缩、桩身轴力传递、桩土相对位移、桩侧及桩端摩阻力分布等承载特性.研究结果表明:荷载箱附近土体表现出典型弹塑性体特征,靠近荷载箱的土体先出现桩土相对位移,其位移量最大,土体侧摩阻力优先发挥;离荷载箱越远,土体侧摩阻力发挥越晚,达到极限状态之前桩侧摩阻力与位移曲线呈线性关系;桩端阻力-位移曲线呈现出典型的两阶段特性,加载前期迅速上升,随后随桩端位移线性增长;该地区基桩密实砂层转换系数推算在0.6～0.7之间,略低于国内常用值.本文的研究方法和结果可为类似条件砂土地区超长基桩的承载特性研究提供参考.     

含软弱夹层和均质围岩隧道洞口仰坡动力特性研究

针对洞口段均质围岩仰坡和含软弱夹层仰坡2种工况,开展大型振动台模型试验,分析水平和竖向激振下仰坡加速度和洞口段仰坡模型土振动特性。研究结果表明:水平向激振时仰坡存在明显加速度放大效应,竖向激振对含软弱夹层仰坡的影响不可忽视;洞口段隧道衬砌各点加速度时程曲线不一致,衬砌结构受力状态复杂;在水平向激振作用下,均质仰坡模型土坡肩土体先出现张拉裂缝,而后坡肩土体局部出现倾倒崩塌,最后沿坡面滑落堆积;含软弱夹层仰坡坡脚土体先出现挤压破碎,而后坡顶表面沿软弱夹层位置出现张拉裂缝,上覆土体沿软弱夹层滑动,最后土体大规模崩塌、滑落。本文为山岭隧道洞口段边坡抗减震研究和设计提供参考。     

挤扩支盘桩抗压抗拔性能的颗粒流数值模拟

采用二维颗粒流分析程序对同一挤扩支盘桩先抗压后抗拔进行数值模拟分析,并与现场试验结果进行了对比。应用二维颗粒流程序,研究挤扩支盘桩在试验过程中桩与桩侧土体及桩端土体接触力线、土体颗粒位移的变化,通过对桩在不同受荷阶段接触力线及土颗粒位移对比分析,得出桩在下压和上拔到达极限荷载时的破坏性状。绘制桩在受荷过程中荷载位移曲线,并与实测值进行对比。通过对上拔过程颗粒位移的分析,得出在同一根桩上先做抗压后做抗拔试验仍能保证一定抗拔承载力的结论。     

基于强度折减法隧道开挖面的稳定性评价

从塑性极限分析机动学方法出发,利用土的强度折减系数概念,建立了隧道开挖面三维稳定性分析模型,确定了潜在破坏模式下的开挖面稳定系数。针对典型问题,通过与楔形体模型、梯形楔体模型以及离心模型试验对比分析,得出的计算结果介于楔形体模型和梯形楔体模型之间,更接近于离心模型试验结果,验证了方法的合理性。     

基于并联灰色神经网络的基桩沉降量预测研究

研究目的:静荷载试验是基桩检测中最直观有效的检测方法,其试验数据的科学有效性对试验结果的分析判定至关重要.本文旨在通过并联灰色神经网络模型,探讨静荷载试验中相似地质条件下基桩沉降量的有效预测和数据修补问题,并给出计算方法.研究结论:通过对桩周围土体的灰色关联分析,确定了区域内桩周围土体的关联度;借助线性加权的方法对灰色模型和BP神经网络进行并联整合,实现对单一模型的降噪优化;运用并联灰色神经网络,对相似土层区域范围内单桩静荷载试验数据进行有效预测,并进行误差比对.结果表明:该方法可综合考虑多方因素,对试验过程中缺失数据的修复、已知沉降量的拟合、未来沉降量的预测和关联区域内基桩沉降量参考值的确定具有实用价值.     

高承台桩基的动力屈曲分析

为求取高承台桩基在动力作用下某节点的动力位移图并利用B-R准则判断高承台桩基的稳定性。提出一种将有限元模型应用于高承台桩基的动力屈曲分析的简化方法,将计算得到的结果与相应的基于伽辽金法理论建立的简化法高承台基桩的非线性动力屈曲问题的基本方程式,利用四阶Runge-Kutta法进行求解的结果进行对比,验证该简化有限元法的正确性及适用性。通过建立不同桩径、桩长及桩的埋土深度的模型并进行分析对比。研究结果表明:该简化有限元法应用于高承台基桩的动力屈曲的分析具有一定的可行性及实用性,为高承台桩基的动力屈曲分析提供了一种新的方法途径。     

临坡条形锚板抗拔承载力试验及理论分析

临坡条形锚板的抗拔承载力由于边坡一侧土体的缺失而与平地锚板明显不同,借助DIC图像关联技术开展一系列临近砂土边坡条形锚板的室内抗拔模型试验,得到临坡条形锚板在不同边坡角度、临坡比的抗拔承载力及破坏规律。试验结果表明:条形锚板抗拔承载力随边坡角度增大而减小,随着临坡比增大而增大。当临坡比增大到某一特定值,即临界临坡比以后,抗拔承载力则不再增大并与平地锚板的抗拔承载力相等,且该临界临坡比与边坡角度密切相关。在此基础上,进一步根据由DIC技术得到锚板上拔后砂土的变形规律,利用极限平衡和K?tter方程得到临坡条形锚板抗拔承载力的理论计算公式。基于该公式的的理论解与本文的试验结果及前人的相关试验和理论解进行对比,结果表明本文理论公式与试验测试值吻合较好,可用于工程设计。     

碎石桩与抗滑桩联合加固斜坡软弱地基路堤的工作机理分析

为进一步明确碎石桩与抗滑桩联合加固斜坡软弱地基路堤的工作机理,本文建立无加固措施、碎石桩加固、抗滑桩加固及碎石桩与抗滑桩联合加固斜坡软弱地基路堤的FLAC3D数值分析模型,研究4种工况土体的水平位移、竖向沉降及抗滑桩桩身内力与变形。结合正交设计方法,探讨斜坡软弱层土体重度、黏聚力和内摩擦角对抗滑桩桩身最大弯矩的影响权重排序。碎石桩、抗滑桩加固斜坡软弱地基分别可以明显约束竖向沉降、水平位移,而碎石桩与抗滑桩联合加固能同时削减竖向沉降及水平位移。碎石桩加固斜坡软弱地基,潜在滑动面一定程度上移;联合加固时抗滑桩桩身内力及变形较直接进行抗滑桩加固有较大幅度衰减,斜坡软弱层土体内摩擦角的变化对抗滑桩桩身最大弯矩的影响远大于黏聚力与重度变化。所获结论有益于碎石桩与抗滑桩联合加固斜坡软弱地基路堤时抗滑桩设计技术改善。     

地铁盾构隧道侧穿高铁桥群桩设置隔离桩影响分析

结合某盾构隧道侧穿高铁桥群桩基础,研究了盾构隧道侧穿高铁桥桩施工过程中对群桩的影响.通过采取隔离桩措施降低对群桩的影响,对隔离桩设置范围、位置和深度等进行了对比计算分析,得出如下结论:1)当群桩基础与隧道轴线存在夹角时,桩基和承台产生不均匀沉降,承台刚度会影响群桩的变形;距离盾构隧道近的基桩和承台位置一般为沉降变形,越近的基桩变形越大;远侧由于群桩作用效应和承台刚度影响,局部可能会产生隆起变形,应特别关注不均匀变形的影响.2)基桩变形最不利位置位于盾构隧道底部以上部位,而在底部以下基桩变形普遍较小.因此,采取土体改良措施时应主要针对盾构底部以上部分土体.3)采取隔离桩措施能降低盾构隧道施工对高铁桥桩的影响达40％以上,对桥桩起到很好的保护作用.4)隔离桩最优设置范围为桩基垂直于隧道轴线投影范围以外1.0D～1.5D(D为隧道直径),超出1.5D范围的隔离桩作用不大.5)从设置隔离桩改善既有桥桩的变形考虑,隔离桩的设置应尽量靠近后施工隧道,这样对既有高铁桥基础的影响会减少,而且隔离桩自身施工对既有桥桩的影响也会减少.6)隔离桩深度宜取隧道底部以下l～3m,在此范围内按需设置,效果最优,也最经济.     

深部缩径缺陷桩的透明土模型试验研究

针对传统室内模型试验无法了解缩径桩桩周土体内部位移场的缺点,利用透明土和粒子图像测速技术研究深部不同缩径参数对单桩承载特性和桩周土体位移场的影响.通过对比分析完整桩和缩径桩的荷载-沉降曲线以及桩周土体位移场发现:缩径径向尺寸对基桩极限承载力的影响大于缩径长度;当荷载达到极限承载力时,桩端土出现扇形的位移面,桩顶周围的桩侧土仍随着桩体的沉降而下移,但是桩端周围的桩侧土却出现逆桩身上移的现象;缩径的存在会增加桩侧土体的变形范围,使桩侧土和桩端土的变形区域发生贯穿,形成整体的大变形;缩径长度对桩侧土变形范围的影响程度大于缩径径向尺寸.该研究结果可以为缩径桩的加固处理提供参考.     

考虑土拱效应的锚杆加固桩间土机理研究

研究目的:桩板墙是一种常见的铁路边坡防护工程,桩间板在施工前需要先开挖桩前土。因此为保障桩间土的稳定性,桩间常常逆作法施工锚杆,但由于该支护方法的机理尚不明确,尤其是当悬臂高度较大时桩间土极易发生垮塌,给后期施工带来安全隐患,并增加桩板墙背侧土方回填的费用。因此,论文重点围绕桩间土拱效应与锚杆加固的机理进行研究,以期为类似工程的设计及施工提供帮助。研究结论:(1)通过在桩间施工一定数量的锚杆,可有效降低桩间土发生局部垮塌的风险,使得锚杆能够紧密地连接桩间欠稳定土体、土拱压密土体及后方的稳定土体,土拱拱圈附近的密实土体发挥了锚杆锚固段的作用;(2)数值分析结果表明,受桩间土拱效应分布的几何形态的影响,锚杆布置宜在相邻两根悬臂桩跨中位置适当加密,采取该类布置方式相比均匀布置能够起到更好的加固效果;(3)桩间锚杆的设计钻进深度可以采用上部较短,中下部适当加长的方案进行设计,且锚杆设计钻进深度不应超过1.5倍桩间净距。若中下部桩间土体较密实,可以考虑适当减小锚杆的钻进深度;(4)采用锚杆加固桩间土大多是应用于临时防护,为了进一步提高桩桩间土的稳定性,降低道路运营期间因桩间土局部滑塌或掉块带来的风险,或出于美化道路周边环境等因素考虑。     

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。