高速铁路采空区群桩受力机理数值模拟

对高速铁路采空区桥梁群桩基础的受力机理研究,目前还非常少见。以合肥至福州高速铁路官山底特大桥采空区群桩基础为原型,通过数值模拟获得群桩受力规律。研究表明:随着荷载增大,桩上部轴力变化明显,桩身轴力沿深度逐渐减小,在采空巷道内桩身轴力不变,所有桩均为端承摩擦桩;桩侧摩阻力沿桩身先增大后减小,整个桩的侧摩阻力分布重心下移,穿过采空区的桩侧摩阻力分布重心比未穿越采空区的桩下移深度略深;承台下中部的桩间土应力要大于承台边角位置的桩间土应力,随着荷载增大,桩间土应力增长速率小于桩顶应力,桩身开始承担更多荷载。     

浸水对湿陷性黄土中桩基承载特性影响的模型试验

湿陷性黄土桩基现场浸水试验一般情况下是先浸水然后等到黄土的湿陷性彻底发挥以后再加载使桩土体系沉降,最后趋于稳定的状态,在桩基正常使用过程中由于雨雪等原因桩基也会遇到先加载后浸水的情况。为了探究两种浸水工况对桩基承载特性的影响,设计了室内桩土模型试验。结果表明:与桩土体系先加载后浸水相比,先浸水后加载时桩基中性点位置提高,中性点位置随着浸水量的增大沿桩身向下移动,桩侧负摩阻力极大值增大46%,负摩阻力极值点沿桩身下降170 mm,桩基正摩阻力极大值提高46%,正摩阻力极值点沿桩身上升70 mm;两种浸水工况下的桩身轴力沿埋深的变化趋势都是先增大后减小的抛物线形;桩周土体在未浸水和先浸水后加载两种工况下的桩基极限承载力一样大。     

高速铁路CFG桩-筏复合地基桩侧负摩阻力及其受力特点的试验研究

通过京沪高速铁路CFG桩-筏复合地基的现场试验研究,获得了桩身弹性模量及路堤填筑过程及路基静置期间的桩身应变,分析了CFG桩身轴力和负摩阻力的变形规律.结果表明,在路堤填筑期间,负摩阻力就已经存在,桩身轴力随着深度的增加先增大后减小;静置期间,桩身负摩阻力和轴力仍有明显增长.桩身负摩阻力与路基填筑高度和固结时间密切有关.     

考虑地下水位下降的刚性桩复合地基沉降模型

研究目的:地下水位降低同区域性沉降直接相关,为研究区域沉降地区的高速铁路路基沉降控制问题,对地下水位降低情况下的刚性桩复合地基桩土作用发展变化规律展开研究就显得尤为重要。基于桩土荷载传递和桩侧土体极限抗剪强度理论,本文建立考虑地下水位降低影响的刚性桩复合地基沉降计算模型,根据沉降模型关于不同初始地下水位及不同深度地下水位降低情形的计算结果,确定地下水位降低引起的刚性桩复合地基沉降变形以及桩侧摩阻力分布特征。研究结论:(1)初始地下水位对桩土沉降变形的影响随地下水位深度的增加而减小,且总体处于较低水平;(2)地下水位降低幅度和水位线位置均影响桩土沉降变形,浅层地下水位变化将引起更严重的地基沉降变形;(3)地下水位降低引起桩土附加沉降的作用机理类似于大面积堆载,并将引起桩顶附近桩侧负摩阻力的增加;(4)本研究成果可为地下水开采诱发区域性地面沉降地区的刚性桩负荷地基设计提供参考,也可为高铁路基沉降控制提供可靠的设计计算依据。     

桩顶荷载影响负摩阻力的现场试验与数值模拟

进行了桩顶荷载对于负摩阻力性状影响的现场试验.针对现场试验,进行了数值模拟.现场试验和数值模拟结果都表明:数值模拟结果与实测结果较吻合;与没有桩顶荷载时相比,有桩顶荷载作用时负摩阻力引起的附加沉降较大,中性点的位置较高,附加轴力明显减小;随着桩顶荷载的增加,沉降增加、中性点上移和附加轴力减小的趋势都很明显.结果表明,桩顶荷载对负摩阻力性状的影响是有规律的.     

黄土地区客运专线挤密群桩基础轴力及沉降分析

针对途经山西湿陷性黄土地区的客运专线简支梁桥,选取了2种桩径及数量相同、布置形式不同的群桩基础进行了轴力及沉降监测,并与有限元结果进行了对比分析,分析结果表明3排桩基础较双排桩基础受力更为合理,且因为黄土湿陷性的影响,单纯的数值模拟并不能准确分析桩身轴力及沉降情况,需要考虑桩基础的负摩阻力。     

堆载作用下桩基受力特性分析

以郑徐(郑州—徐州)高速铁路一特大桥桩侧堆载为背景,采用ABAQUS建立桩-土相互作用有限元模型,研究在不同堆载等级和堆载距离下桩侧摩阻力和桩身轴力的分布规律以及桩顶沉降规律。结果表明:桩侧负摩阻力主要分布在0.57倍桩长范围内,堆载等级越大桩侧摩阻力和桩身轴力越大,负摩阻力最大值出现在0.29倍桩长处,轴力最大值出现在0.52倍桩长处;堆载距离越大桩侧摩阻力和桩身轴力越小,堆载距离大于5倍桩径时,桩侧摩阻力和桩身轴力均明显减小;堆载等级越大堆载对桩基的竖向位移影响越大,堆载距离越大堆载对桩基的竖向位移影响越小。计算结果可以为桩侧堆载控制提供理论依据。     

不同加荷顺序下单桩负摩阻力模型试验研究

研究目的:基桩负摩阻力对桩产生下拉荷载,增大桩身轴力和端阻力,甚至导致桩身破坏。由于桩周土和桩体承受荷载后的沉降发展过程不同,桩载与堆载施加顺序必然对桩体负摩阻力产生较大影响。本文通过模型试验,研究不同桩端持力层条件下堆载和桩载施加顺序对单桩负摩阻力的影响。研究结论:(1)先堆载后桩载工况下,堆载完成后,中性点离桩顶最远,随着桩载增加,中性点逐渐上移,最终黄土和粗砂持力层中性点位置分别在桩顶下0.49l和0.56l处;桩身轴力呈先增加后减小的趋势,单桩承载力发挥系数分别为0.69和0.57;(2)先桩载后堆载工况下,施加桩载时,桩身轴力沿深度逐渐减小,无中性点,施加堆载时,轴力呈先增加后减小的趋势,中性点出现并逐渐下移,最终黄土和粗砂持力层的中性点位置分别在0.41l和0.50l附近,单桩承载力发挥系数分别为0.86和0.69;(3)同种持力层情况下,先桩载后堆载的承载力发挥系数较先堆载后桩载的大,安全储备小,实际工程中应严格控制堆载宽度、集度及堆载边缘距桩中心的距离;(4)在实际工程中应综合分析地质条件、桩基的受力特点及承载要求,选取合适的加载顺序来减小桩身负摩阻力;(5)该研究成果可为堆载条件下桩基的设计提供参考。     

不同桩端下卧层桩基负摩阻力模型试验研究

研究目的:桩侧负摩阻力对桩产生下拽力,导致基桩沉降增大,竖向抗压承载安全等级降低,甚至造成桩体破坏。为分析不同桩端下卧层(黄土和粗砂)对基桩沉降和负摩阻力的影响,本文通过室内模型试验,对比研究两种下卧层情况下桩体、桩周土变形及桩身轴力分布的差异,明确基桩中性点位置的变化规律并给出建议值。研究结论:(1)下卧层对桩周土沉降的影响较小,但对桩身沉降的影响较大,相同堆载等级下粗砂下卧层的中性点位置明显低于黄土下卧层;(2)两种下卧层的桩身轴力都随堆载等级的增大而增大,但粗砂下卧层的下拉荷载和桩端反力明显大于黄土下卧层;(3)两种下卧层情况下,依据桩土相对位移和桩身峰值轴力确定的中性点位置基本一致;(4)在实际工程中应根据桩端下卧层的地质情况,采取适当措施,尽量减小基桩负摩阻力,充分发挥基桩的承载性能;(5)建议黄土下卧层中性点位置取0.51l~0.6l,粗砂下卧层可取0.6l~0.8l;(6)该研究成果可为类似工程堆载条件下桩基中性点的确定及设计提供一定的参考。     

高铁复合结构路基荷载传递及沉降数值模拟

研究目的:高速列车运营荷载作用将导致复合结构路基产生沉降。由于高铁对路基沉降要求高,复合结构路基的荷载传递和沉降变形规律值得工程界关注。为研究高铁复合结构路基荷载传递以及沉降变形规律的影响因素,本文建立高速铁路复合结构软土路基三维有限元分析模型,将高速铁路列车运行荷载简化为均布荷载作用于轨道板以下的路堤顶面,分析桩长、桩间土模量和下卧层模量对桩身轴力分布、桩土应力比以及路基沉降的影响规律。研究结论:(1)桩身轴力随桩长增加而增大,路基沉降则明显减小;在不同桩长下,桩土应力比沿桩身距离路基中心水平方向位置的变化均表现为先增大再减小的趋势,10 m、12.5 m、15 m和20 m桩长下桩土应力比稳定值分别为6.8、10、13和17;(2)桩身轴力随桩间土模量增大而减小;在不同桩间土模量下,桩土应力比随桩身距路基中心水平位置的偏移先稳定后增大再减小,10 MPa、30 MPa和50 MPa桩间土模量下桩土应力比分别为30、12和7;(3)下卧层模量增大使桩端摩阻力增大,桩身中性点位置向下偏移;桩土应力比随水平位置偏移的变化规律同样是先增大后减小,下卧层模量增大能使桩的沉降明显减小,但对路基总沉降影响不大;(4)该研究结论可为高铁复合结构路基及类似工程设计和施工提供理论参考。     

高速铁路桥梁桩侧摩阻力与桩端阻力分析

针对京沪高铁天津特大桥张家窝试验段DK124工点D19#桥墩,经现场测试,分析桩身钢筋应力变化;并通过弹性力学公式计算获得桩身轴力、桩侧摩阻力及桩端阻力,研究其分布与变化规律。结果表明:①桩身轴力随荷载的递增而逐渐增大并最终趋于稳定,桩顶附近桩身轴力波动范围较大,桩顶5 m范围内存在"负"摩擦现象;②恒载作用下桩端反力为桩顶压力的30%,这与桩端持力层为工程性质较好的粉砂层有关;③在桩顶最大恒载作用下,各土层摩阻力的发挥程度仅为相关规范给定极限值的15%～20%,桩端阻力为相关规范给定极限值的40%,符合设计要求。     

水泥土搅拌桩复合地基承载特性现场测试分析

结合200~250 km/h客货共线的达成铁路的水泥土搅拌桩复合地基,现场埋设混凝土应变计、沉降位移计和土压力盒,分析在路堤荷载作用下水泥土搅拌桩复合地基荷载传递及变形规律。测试结果表明,复合地基的变形特性表现为地表沉降大,加固区中部地基层沉降小,加固区下部地基沉降最大。承载特性为桩体存在摩阻力零点,即中性点,中性点以上为负摩阻力,以下为正摩阻力。在群桩状态下,不存在临界桩长。承载与变形耦合关系表现为:桩体轴力最大点恰是复合地基压缩量最小的点。     

天镇县地热田开采对其附近新建高铁路基沉降的影响

采用三维地下水流和土体一维变形耦合模型分析天镇县马圈庠地热田开采引起的地面沉降。分析表明:(1)该地热田开采引起的最大水位降深为0.55 1m,最大累计沉降量约为20 mm,均位于开采井群中心区域;(2)地面沉降漏斗已波及其附近新建铁路,使其长度为600 m的某段位于累计沉降量10~12 mm范围内;(3)随着地热田开采量的增加,会对该段铁路路基产生明显影响。     

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。     

潮汕车站桩-网复合地基管桩承载性状数值分析

基于潮汕车站站场超大面积深厚软土地基处理情况,建立了不同桩间距、桩帽及填土高度情况下的桩-网复合地基数值模型,对管桩的承载性状进行了研究.结果表明:桩身轴力及摩阻力受填土高度的影响较大,且在桩端处最为明显;相同填土高度下,桩身轴力与摩阻力随桩间距的增加而变大;在一定深度范围内,桩帽的设置会对桩身轴力及摩阻力产生影响.     

兰州地铁1号线桥梁桩基托换技术模型试验研究

以兰州地铁1号线穿越鱼儿沟桥工程案例为研究背景,依据桩基托换设计方案填筑室内模型,研究托换前后既有桩和托换桩的桩基竖向位移、桩身轴力和侧摩阻力的变化规律.结果表明:截断3号、4号和5号桩至沉降稳定时,群桩基础的沉降值为0.34 mm,模拟隧道开挖并施作衬砌至沉降稳定时,群桩基础下沉了 0.53 mm,表明桩基托换过程中...     

地铁施工对既有桥梁桩基的影响研究

基于桩基与土体之间相互作用的分析可知,土体变形传递到既有桩基必然会引起桩基内力和位移的改变。以北京地铁7号线双线隧道近距离穿越双井桥工程为例,采用FLAC3D三维数值模拟分析地铁双线隧道在开挖和支护过程中,邻近桩基内力与变形的变化规律,仿真结果分析表明桩基竖向沉降沿桩身变化不大,水平变形在隧道轴线位置达到最大;桩基轴力有明显的负摩阻增大区段,横向和纵向弯矩呈现S形变化规律;在隧道穿越桩基的过程中,桩基负摩阻力急剧增长会造成桩基承载力降低,施工中应采取适当的加固措施。     

高速铁路采空区桩板结构复合路基受力机理数值模拟

桩板结构在国内多条高速铁路软土和黄土路基中已得到广泛应用,但该结构用于处理路基采空区的研究成果不多。以合肥至福州高速铁路采空巷道上方车站桩板复合路基为研究对象,数值模拟分析路基的受力机理。研究表明:桩身轴力呈上大下小变化趋势,所有桩均为端承摩擦桩,穿过采空巷道的桩在采空巷道范围内轴力保持不变;所有桩桩侧摩阻力都呈现出先增大后减小的趋势,桩的侧摩阻力分布重心下移,穿过采空区的桩侧摩阻力分布重心要比未穿越采空区的桩要深,桩身越长侧摩阻力所占承载力比例越大;采空区复合路基的桩土应力比要比软土路基的小。     

路堤荷载下带帽桩-网复合地基力学性状有限元分析

运用有限元分析软件Abaqus建立路堤荷载下带帽桩-网复合地基模型,分析得出该复合地基的沉降变形、桩身轴力、桩侧摩阻力和桩土应力比分布基本规律,为工程实践提供一定的参考和指导作用.     

大直径超长钻孔灌注桩承载特性试验研究

研究目的:分析大直径超长钻孔灌注桩在不同荷载条件下的桩身轴力分布规律、桩侧摩阻力分布及发挥特性、桩端阻力发挥特性,掌握大直径超长钻孔灌注桩竖向受力机理及承载特性,为完善大直径超长钻孔灌注桩的设计方法提供借鉴和指导。研究结论:大直径超长钻孔灌注桩桩身轴力从桩顶到桩端逐渐衰减,其衰减的快慢反映了桩侧摩阻力作用的大小,并且桩身上部的摩阻力先于桩身下部摩阻力及桩端阻力优先发挥;此外,大直径超长钻孔灌注桩的桩端阻力通常较小,其桩顶荷载大部分由桩侧摩阻力承担,按桩的荷载传递机理分类通常属摩擦桩或端承式摩擦桩。