侧向堆载下斜桩长度影响斜-直双排桩受力响应试验研究

深厚软土地基上修建高速公路(铁路),路堤荷载传递至坡脚将产生水平荷载,路基可能产生滑移破坏。为减少该水平荷载产生的不利影响,提出在坡脚处设置斜-直双排桩。采用模型试验研究均质砂土地基侧向加载下,9°斜桩长度为直桩长度的0,0.75,1,1.25倍时,斜-直双排桩桩侧土压力、桩身弯矩及直桩水平位移,揭示路堤荷载下坡脚斜桩长度对斜-直双排桩变位规律与破坏模式的影响规律。结果表明:单直桩整体侧移呈"平移+绕桩底转动"模式,侧移峰值在桩顶,土压力、弯矩峰值在桩身中部;斜-直桩土压力峰值出现在桩身中下部且内侧直桩土压力大于外侧斜桩,直桩侧移峰值出现在桩身中部,弯矩峰值出现在内侧直桩中部和外侧斜桩顶部,内侧直桩弯矩峰值大于外侧斜桩弯矩峰值;随着桩长比增大,斜-直桩土压力峰值缓慢增大,内侧直桩产生的侧移峰值缓慢减少,内侧直桩弯矩峰值缓慢增大、外侧斜桩弯矩峰值快速增大。路堤荷载作用下,内侧直桩的中部、外侧斜桩的顶部易发生弯曲破坏,直桩先于斜桩破坏。工程中,为了提高坡脚抗滑移能力,建议设置斜-直双排桩,并增加外侧斜桩的长度,使内侧直桩与外侧斜桩的抗弯刚度比大于2。     

路堤重复加卸载下坡脚倾斜摩擦桩变位规律试验研究

通过模型试验研究路堤重复加卸载下坡脚处顶部约束双排倾斜摩擦桩变位规律,为坡脚处抗滑桩优化设计提供依据。结果表明:①加载过程中,顶部约束后排摩擦倾斜桩桩身侧移随深度变化曲线与纵轴之间呈"上宽下窄"的倒梯形,破坏模式为"平移+绕桩底转动"。对于0～9°负斜桩,加载过程中桩身侧移随倾斜角增大而减小。首次加载过程中,桩身侧移随加载增加而增加。再次加载过程中,首次极限压力范围内桩身侧移不敏感,超过首次极限压力时,侧移随加载增加而增加;加载到一定压力下,侧移增速减小;②相同荷载作用下,负斜桩顶侧移小于竖直桩,与负斜桩主动承受桩顶水平荷载作用下桩顶水平位移大于直桩相反。首次加载时,各倾斜桩顶侧移均随荷载增大而增大,加载到一定值时,竖直桩顶侧移突增、率先屈服,随后趋于稳定。再次加载时,桩顶侧移随荷载增大而缓慢增加,荷载超过前一次加载的最大荷载时,倾斜桩顶侧移突增,地基侧向加载与桩顶侧移曲线将回到前次加载曲线的延长线,即具有记忆效应,随后屈服、趋于稳定;③卸载过程中,桩身各截面侧移不敏感,仅仅卸载到最后1～2级荷载时才有明显减小。工程中,建议将坡脚抗滑桩尽量斜向道路中线设置一定倾斜角度,以减少桩顶桩身侧移,提高抗滑移效果。     

竖向加卸载下邻近双端约束倾斜桩侧移规律试验研究

深厚软基上修建高路堤时,路基经常发生不均匀沉降、滑移甚至垮塌,必须探索有效控制措施。基于倾斜桩和竖直桩工程特性,提出在坡脚设置倾斜桩、桩顶部设置连梁方案。采用室内模型试验,对承压板进行3次循环加卸载,测试承压板侧面处顶端设置连梁、底端约束的倾斜双排桩的水平位移,研究高路堤荷载作用下坡脚倾斜桩水平位移变化规律。结果表明:加载过程中,桩顶和桩身水平位移均随地基侧向荷载增加而增长,增长率随加载次数增加而降低;第2次加载超过首次加载最大压力时,加载曲线沿第1次加载曲线的延长线发展,水平位移随着荷载的增大继续增加;卸载的初、中期,桩身的回弹变形均不敏感,卸载到0时才产生明显的回弹变形,说明加载所产生的变形均主要为塑性变形;桩顶与桩底回弹量均小于桩身中部,说明桩顶连梁、桩底约束嵌固约束了水平位移;地基侧向荷载一定时,在0°～9°范围内,桩顶和桩身水平位移均随倾斜角增加而减小;相同荷载作用下,负斜桩顶侧移小于竖直桩,与负斜桩主动承受桩顶水平荷载作用下桩顶水平位移大于直桩相反;实际工程中,坡脚桩采用底部嵌岩、顶部设置连梁的倾斜桩,更有利于抵抗滑移。     

水平荷载作用下斜桩承载变形性状数值分析

为研究水平受荷斜桩的承载变形性状,采用有限元软件模拟了斜桩在水平荷载作用下的性状并与直桩进行了比较,分析了桩身倾角、桩顶竖向荷载对斜桩桩身水平位移、桩身弯矩及剪力的影响,研究了斜桩与桩侧土之间的挤压、剪切相互作用,对水平受荷斜桩有效桩长的影响因素进行了探讨。结果表明:正斜桩的水平承载力比直桩大,负斜桩的水平承载力比直桩小;桩身倾角对斜桩水平位移、桩身弯矩及剪力有较大的影响;正斜桩桩顶水平位移小于直桩,负斜桩桩顶水平位移大于直桩,桩身倾角越大,斜桩与直桩桩顶水平位移差异越大;正斜桩、负斜桩的桩身弯矩均小于直桩,桩身倾角越大,正斜桩桩身弯矩越小,负斜桩桩身弯矩越大;正斜桩及负斜桩桩身剪力均小于直桩,正斜桩桩身剪力小于负斜桩桩身剪力;桩顶竖向荷载对正斜桩、负斜桩水平承载力的影响不同,竖向荷载提高了负斜桩的水平承载力,削弱了正斜桩的水平承载力;水平受荷斜桩与桩侧土之间的相互作用以挤压为主,剪切作用较弱;水平受荷斜桩存在一个有效桩长,对于相同的土层,无论是正斜桩、负斜桩,其有效桩长基本相同;桩侧上部土体剪切模量增大对减小有效桩长有显著的影响,下部土体剪切模量变化对有效桩长影响不大。     

含桩地基重复加卸载过程中侧向约束桩弯矩变化规律试验研究

侧向约束桩桩身弯矩问题比较复杂,该文采用室内模型试验研究含桩地基重复加卸载过程中侧向约束桩桩身弯矩特性,结果表明:1含桩地基重复加、卸载过程中,侧向约束桩桩身弯矩沿深度先增大、后减小,有1个峰值(首次加载有2个峰值),峰值出现在0.37倍埋置桩长附近;2桩身弯矩随含桩地基加、卸载而相应增、减。重复加、卸载到相同荷载时,桩身弯矩随加、卸载次数增加而减小;3首次加载达到P-s曲线拐点荷载时,弯矩增长缓慢,第2~4次加载到P-s曲线拐点荷载的前级荷载时,弯矩增长缓慢。说明加载到一定程度时,桩间土作用恒定,桩体作用逐渐发挥,桩体抑制了侧向约束桩弯矩的增长。侧向约束桩弯矩受含桩地基桩间土控制。试验结果为含桩地基侧向约束桩的设计提供了依据。     

竖向重复加卸载下倾斜桩复合地基变形规律试验

施工不当或者侧向堆载、开挖常常导致桩身倾斜,扶正难度较大,且目前对倾斜桩复合地基的变形性状缺乏相关研究,其可能导致新的工程病害,基于此,设计模型箱和加载装置,对竖向重复加卸载下倾斜桩复合地基变形规律开展试验研究。结果表明:循环加载过程中,倾斜桩顶及其复合地基沉降和侧移均随荷载增大而增大,其增长率随荷载增大而增大、随加载次数增大而减小;卸载过程中,卸载初期的倾斜桩顶及其复合地基沉降和侧移变化不明显,最后1～2级低压力时才出现弹性变形;相同荷载作用下,桩顶沉降量随倾斜角增加而增大,倾斜桩存在"沉降临界倾斜角"(试验前3次加卸载循环其值为6°),随土体密实度提高而降低,倾斜角小于该临界值时,倾斜对桩的沉降影响不大,反之,桩顶沉降量随倾斜角增加而快速增大;倾斜桩存在"侧移临界倾斜角"(试验为9°),为侧移峰值对应倾斜角;倾斜角度小于该临界值时,桩顶侧移随倾斜角增大而增大,反之,桩顶侧移随倾斜角增大而减小,"侧移临界倾斜角"大于"沉降临界倾斜角";相同荷载作用下,倾斜桩复合地基的沉降大于倾斜桩沉降,而侧移比倾斜角6°桩大,比倾斜角12°桩小,桩身倾斜时,倾斜桩与复合地基的侧移量远比其沉降量小,但是侧移比沉降更为敏感。工程中,应尽量减少桩身倾斜,降低倾斜桩及其复合地基的沉降量和侧移量。     

竖向重复加卸载下倾斜桩复合地基变形规律试验（双语出版）

施工不当或者侧向堆载、开挖常常导致桩身倾斜，扶正难度较大，且目前对倾斜桩复合地基的变形性状缺乏相关研究，其可能导致新的工程病害，基于此，设计模型箱和加载装置，对竖向重复加卸载下倾斜桩复合地基变形规律开展试验研究。结果表明：循环加载过程中，倾斜桩顶及其复合地基沉降和侧移均随荷载增大而增大，其增长率随荷载增大而增大、随加载次数增大而减小；卸载过程中，卸载初期的倾斜桩顶及其复合地基沉降和侧移变化不明显，最后1～2级低压力时才出现弹性变形；相同荷载作用下，桩顶沉降量随倾斜角增加而增大，倾斜桩存在“沉降临界倾斜角”（试验前3次加卸载循环其值为6°），随土体密实度提高而降低，倾斜角小于该临界值时，倾斜对桩的沉降影响不大，反之，桩顶沉降量随倾斜角增加而快速增大；倾斜桩存在“侧移临界倾斜角”（试验为9°），为侧移峰值对应倾斜角；倾斜角度小于该临界值时，桩顶侧移随倾斜角增大而增大，反之，桩顶侧移随倾斜角增大而减小，“侧移临界倾斜角”大于“沉降临界倾斜角”；相同荷载作用下，倾斜桩复合地基的沉降大于倾斜桩沉降，而侧移比倾斜角6°桩大，比倾斜角12°桩小，桩身倾斜时，倾斜桩与复合地基的侧移量远比其沉降量小，但是侧移比沉降更为敏感。工程中，应尽量减少桩身倾斜，降低倾斜桩及其复合地基的沉降量和侧移量。     

深厚软基区桥梁桩基横轴向承载特性研究

采用理论分析与数值仿真方法,建立了深厚软基区桥梁桩基础三维模型,选取软土厚度作为分析变量,计算分析了不同工况下桩基础的横轴向容许承载力、桩侧土抗力、桩身水平位移及桩身弯矩分布规律。研究结果表明:在软土侧向推力、汽车制动力及离心力作用下,深厚软基区桥梁桩基受力情况复杂;软土厚度超过10 m时,软土厚度对桩基横轴向容许承载力及桩侧土抗力影响很小,桩身第一水平位移零点随软土厚度增加逐渐上移,大于20m后趋于稳值;软土的存在增大了桩身最大弯矩,对桩身最大弯矩影响最大的软土厚度为5m;软土厚度大于10m后,桩身最大弯矩趋于稳值。     

软基桥头路基填筑对桥台桩的影响

为考察台后路堤荷载导致的地基软弱下卧层压缩和水平移动作用下的桥台桩基受力性状,建立了桥台桩基的三维有限元模型,验证了其合理性,并通过设置桩-土接触单元分析了桥头路基填筑对桥台桩基受力性状的影响.结果表明:由于桩的“遮拦效应”,前排桩桩-土“绕流”现象较后排桩更为明显；同时,桩的阻拦作用使桩周土体位移值较自由土场预测值偏小；桩-土相对位移较大时桩平均侧向压力与桩-土相对位移呈非线性关系；每级荷载下最大桩侧土压力约为路堤荷载的74％；路堤荷载大小与桩身最大弯矩值的关系与基桩所处位置有关,并非简单的双折线关系；在影响桩身弯矩因素中,软土层力学性质对桩身弯矩影响较桩身模量更为明显；桩在受轴向力和侧向力耦合作用下,桩基础的承载力会有所提高,但不明显.     

刚性桩复合地基模型在拟动力试验下的桩身反应研究

随着刚性桩复合地基在土木工程中的广泛应用,其抗震性能越来越受到人们的关注,而复合地基中桩身动力响应是确定其抗震能力的关键。为此依据相似理论,设计制作出一套主要由钢制砂箱、砂土以及比例为1∶10的3×3群桩模型组成的试验装置。将装置置于伺服加载系统下进行拟动力试验,按照相关规范输入地震波加速度时程并施加上部荷载,获得不同工况下刚性桩复合地基桩身应力应变响应结果。试验结果表明:①各桩最大剪力均发生在桩顶处,对比不同位置桩的剪力,角桩剪力响应值最大;②各桩最大弯矩值均发生在Z/L=0.3~0.43的区间内,对比不同位置桩的弯矩,角桩的桩身弯矩响应值大于边中桩,而边中桩又大于中心桩;③保持地震波的加速度峰值不变,增大施加的上部荷载,剪力和弯矩响应值会有比增大加速度峰值更大的增加幅度。     

低周反复荷载下沉箱-垫层-桩复合基础承载性能试验

沉箱垫层桩复合基础具有良好的承载性能以及隔震性能，并且施工简单,工程造价相对低廉，是一种适用于强震区域软弱土体地基的新型桥梁深水基础形式。为了研究沉箱-垫层-桩复合基础的水平承载性能及抗震性能，设计了复合基础试验模型，进行了4组复合基础的低周反复荷载试验研究，分析了复合基础的破坏形态，选取垫层厚度、竖向荷载、地基形式为变量，研究了复合基础整体的滞回性能、骨架曲线、刚度退化、强度退化、耗能能力等，并通过在沉箱顶部设置位移计、桩身贴设应变片等测试方法，单独分析了试验过程中沉箱的沉降状态及下部桩体的受力状态。试验结果表明:复合地基的使用可有效提高基础的抗震性能；在相同的循环位移下，复合基础的水平承载力、强度、刚度随着垫层厚度的增加及竖向荷载的减小而降低；采用复合地基的基础单圈耗能能力更强，累积耗能更高；垫层厚度的增加对沉箱沉降及倾角控制影响并不明显；竖向力的减小会导致沉箱出现的倾角更大；复合地基会使沉箱的沉降更为均匀，沉降速率更慢，但对于倾覆控制影响不大；复合地基中的群桩以前排桩承担的水平荷载最多，中排桩次之，后排桩最少，中桩承担的水平荷载略高于边桩；桩身最大弯矩位置在40%~50%桩长处；垫层的存在有效地减小了桩体分担的水平荷载。     

深基坑桩锚支护体系桩身内力及变形监测分析

依据西安市高新区某桩锚支护式深基坑支护桩内力和侧向位移的监测数据,对支护桩桩身内力与变形的变化规律进行了对比分析,得到了桩身弯矩和位移沿深度方向的分布。分析结果表明:随着基坑开挖深度的增加,支护桩的桩身弯矩值以及桩身向基坑内侧方向的位移不断增加,桩身弯矩最大值出现在基坑开挖底面以下,反弯点沿桩身向下移动。锚索锁定后对桩身内力与位移的作用显著,减小了桩身弯矩,限制了桩身位移的增加;空间效应在基坑开挖过程中,对桩身内力与位移产生影响,基坑中间支护位置桩身的最大弯矩值与位移值明显大于其他支护位置,分析结果可对基坑的进一步施工提供参考。     

土岩复合地层吊脚桩支护结构力学分析与优化设计

为了更加安全经济地进行土岩复合地层中基坑工程设计,针对上土下岩复合地层中吊脚桩基坑支护结构的受力及变形特性进行研究。采用二维数值分析方法,建立土岩复合地层条件下吊脚桩支护基坑开挖模型,分别分析基坑开挖过程中吊脚桩支护结构内力、变形的发展过程,以及土岩弹性模量比RE、吊脚桩嵌岩深度t、岩肩宽度b与桩体受力、变形之间的相关关系。结果表明： 1）随着基坑开挖深度逐渐增大,桩身侧移增大且桩身最大侧移发生位置逐渐下移,最大下移幅度为土层厚度的17.5%; 2）当基坑开挖至土岩交界面时,吊脚桩桩身内力达到最大值,下部岩层的开挖使得桩身最大负弯矩减小27.5%; 3）当岩层弹性模量介于600 MPa和4 800 MPa之间时,最优设计嵌岩深度为1.5 m,最优设计岩肩宽度为1.5~2.0 m。     

双孔平行地铁顺穿桥梁对桥梁桩基础影响研究

利用有限元分析软件建立桥梁基础及双孔地铁的模型,模拟地铁盾构的施工工况。研究盾构施工前后地铁隧道、周边土体变形趋势及其对地铁顺穿桥梁的桩基础轴力、弯矩、水平变形及沉降的影响。分析结果表明:隧道施工造成隧道上部土体沉降,下部土体隆起,隧道呈现椭圆形;其顺穿桥梁桩基轴力、弯矩增加幅度较大,桩基在地铁隧道深度以上竖向沉降,在隧道深度下局部桩体隆起,桩身位移呈现“3”字形,最大位移位于隧道中心标高与隧道底标高之间。     

水平循环荷载下饱和软土地基单桩基础模型试验研究

通过水平循环加载装置对某工程饱和软土地基单桩基础开展了水平循环荷载模型试验研究,探讨单桩基础的水平承载力和循环变形特性。结果表明:①桩周地基土体有不同形态的裂缝,桩周土软化后上部地基土会丧失部分承载力,危及桩基及上部结构的安全;②随着循环次数增加,桩身位移逐渐增大,建立了一种新的桩基位移预测计算模型,可根据该模型推算循环荷载条件下的桩基位移;③桩身最大弯矩值也随着循环加载次数的增加而显著增大,最大弯矩点出现于桩身的（3～4） D深度处。建议在设计规范中应充分考虑桩身弯矩的循环累积增大效应,在设计时应有足够的安全系数。     

成都某地铁车站排桩支护结构受力变形规律研究

为了研究排桩支护结构的受力变形规律,指导基坑的信息化施工,针对成都某地铁车站基坑的地质条件较差、开挖深度较大(23 m)、支护形式较复杂(排桩+4道钢管支撑)的特点,对基坑的施工过程进行了精心监测,并建立了三维有限元模型,应用ABAQUS软件对基坑的开挖过程进行数值模拟。通过计算结果与监测结果的对比分析发现:1)多支点排桩支护结构的桩身水平位移曲线通常呈"弓形"分布,第1道支撑对减小桩顶位移有非常重要的作用;2)支撑的设置对减小桩身弯矩有重要作用;3)支撑轴力会受到相邻支撑设置的影响;4)计算桩后土压力与朗肯主动土压力、静止土压力均有差异。     

土岩组合地层盖挖法车站“吊脚桩”基坑设计优化研究

以青岛地铁3号线五四广场站为研究对象,对土岩组合地层地区的吊脚桩设计要点进行研究。通过数模模拟,对土岩组合地层中"吊脚桩"基坑的支护体系变形及内力、"吊脚桩"嵌岩深度与预留岩肩宽度的关系进行了分析,并对有竖向荷载的"吊脚桩"进行了研究。研究表明:1)随着开挖深度的增加及锚杆的施工,预应力锁脚锚杆对吊脚桩桩底水平位移的控制作用明显。2)随着嵌岩深度和肩岩宽度的增加,吊脚桩桩身最大水平位移呈减小趋势,嵌岩深度取2.0 m,岩肩宽度取1.5 m较为合理。3)由于桩脚嵌入中风化花岗岩,桩顶位移不受竖向荷载控制,仅随开挖深度增加而明显增加;桩身弯矩稍有增大,但变化值极小。     

黄土边坡原位直剪与抗滑桩模型试验

为揭示黄土公路高陡边坡的稳定性状，选取黄土塬开挖平台非扰动黄土为试样，制作试样模型进行原位试样直接剪切试验，设计进行不同工况下埋入式与悬臂式抗滑桩模型试验，研究获取公路路堑边坡黄土土样应力-应变关系曲线、土样峰值强度及残余强度参数变化规律，并基于支挡抗滑桩和黄土边坡坡体内受力与变形状态，揭示桩-土相互作用过程与变形机理。试验结果表明：黄土试样在直接剪切时，随着法向应力增大，其应力-应变关系曲线逐渐由软化型向硬化型转变，且曲线逐步升高但未出现交叠；相同的剪切次数下，黄土试样峰值强度和残余强度均随法向应力增大而增大，残余强度较峰值强度有一定衰减，且垂直强度愈大，衰减愈明显；随着水平推力达到极限承载力，埋入式模型抗滑桩桩身土压力分布呈现上大下小的变化趋势，且在滑动面位置上部附近出现桩前最大土压力，桩体发生弹性变形，弯矩值沿桩身分布总体呈"S"形规律；悬臂式桩体不发生刚性转动，桩身土压力总体呈上下小、中间大的分布态势，桩后最大土压力出现在滑动面附近，而桩前最大土压力则随着现场试验中单排模型桩根数增多，自模拟滑动面逐渐过渡到新的剪出滑动面，桩身弯矩呈"D"形分布。     

砂土地层悬臂倾斜长短桩支护性能模型试验研究

倾斜桩能够提高排桩水平承载力，而长短桩依据桩身弯矩分布减小部分支护桩的桩长，以充分利用支护桩承载力，将两者结合可形成倾斜长短桩。为研究倾斜长短桩作为基坑围护结构时的变形受力特性，通过常规室内砂土模型试验，分析倾斜长桩倾斜角度和长短桩配比的影响。试验结果显示： 1）对比等长长桩，倾斜长短桩能够在减小总桩长时，更有效地控制支护结构变形和桩身弯矩； 2）对于倾斜长短桩而言，在倾斜桩倾斜角度为0°～20°时，其支护效果随着倾斜角度增大而提高； 3）倾斜长短桩的桩身弯矩会随着倾斜角度增大而减小，且开挖面以下弯矩减小幅度更大； 4）倾斜长短桩中，长桩与短桩在开挖面以上弯矩相近，开挖面以下长桩弯矩显著大于短桩弯矩； 5）短桩占比越大，支护效果越弱，桩身弯矩越大。     

层状地基中水平受荷桩-土相互作用试验

为了深入研究侧向受荷桩的承载特性及抵抗变形的能力,结合实际工程中天然土体的成层特性,开展了侧向受荷桩的室内模型试验,研究了不同粒径土层厚度及相对密实度对桩土相互动态耦合作用的影响,并结合PIV图像技术,分析了桩周土体位移场的发展趋势,为水平受荷桩的设计提供了理论依据。试验结果表明：①土体刚度与较小粒径土层的厚度呈正相关关系,而较大粒径砂土层厚的增加则对整个桩土体系的刚度产生了弱化作用;②当桩顶位移相同时,随着较小粒径砂土层厚的增大以及相对密实度的提高,土抗力随之增大,在深度为5~6倍桩径范围内达到最大值,且相对密实度对土抗力的影响更大;③水平受荷桩的桩前和桩后砂土表面均形成了一个纺锤形的位移影响区域,且此区域与水平加载方向的最大夹角随土层条件和相对密实度的变化很小,其值均为45°左右;④在相同的桩顶荷载下,砂土相对密实度的增大约束了桩体的运动趋势,使得桩体的水平位移减小,例如,当桩顶荷载均为30 N,密实度为0.5时桩前砂土的最大位移影响范围比密实度为0.3时普遍减少了约1倍桩径的距离;⑤桩身弯矩值随着较小粒径土层厚度的增大而增大,最大弯矩约出现在0.15 m深度（5倍桩径）处;随着砂土相对密实度的提高,桩身弯矩也逐渐增大,最大弯矩所在的位置逐渐上移。