软土地基钻孔灌注桩受力性状分析

通过对冲孔灌注桩和旋挖灌注桩桩顶、桩端沉降量静载试验资料及桩身应力应变测试资料的分析,得出桩身荷载传递机理及不同施工工艺在不同荷载水平下桩的受力性状差异.并就影响桩侧摩阻力的因素进行深入探讨.这一研究表明:桩周土的性质、桩土相对位移、桩端沉渣、成孔时间、护壁清孔方式及加载反力装置均会对单桩极限承载力产生重要影响.     

单向冻结过程中桩土相互作用试验研究

采用自行设计的单桩-正冻土模型试验装置,对单向正冻土和桩的相互作用进行了模拟试验。试验研究了相同含水率下,冻结温度分别为-5、-10、-15℃时,正冻土中的桩周土体温度场,桩顶上拔位移和桩基侧摩阻力的变化趋势。试验结果表明:在单向冻结过程中,桩周土体温度呈渐变趋势,且与冻结温度相关;桩顶位移经历3个阶段,即冻结初期无明显位移阶段、迅速增长阶段及逐渐平稳阶段,且冻结温度越低,桩顶上拔位移越大;不同冻结温度的桩周摩阻力沿桩身变化趋势类似,即摩阻力呈现正、负交替分布的状态。     

斜向荷载抗拔螺旋桩桩土荷载传递特性试验

基于对竖向抗拔螺旋桩的研究,设计和制作了斜向荷载施加装置,布置了土应力计和压力传感器共计19个,进行了2组6次试验,实测了地基应力,研究了地基应力变化规律和桩土相互作用特征.试验表明:①在斜向荷载水平分量作用下,叶片发生旋转和刚体位移,桩身两侧叶片周围的地基状态不同(背载侧叶片向上压缩地基,受载侧叶片向下压缩地基),形成以桩身为中心的力矩,背载侧叶片上部地基形成的抵抗力矩限定了叶片平衡力矩;②通过桩土相互作用,竖向分量限制了水平分量对受载侧地基的作用,而加速了背载侧桩周地基的破坏,斜向荷载的竖向分量和水平向分量的耦合效应显著;③当叶片距宽比为5时,叶片的桩土作用较强,各层叶片较好地发挥了承载能力,背载侧地基表面出现拔出体破坏特征;④当叶片距宽比接近3时,桩土相互作用随叶片距宽比的减小而减弱,其破坏表现为沿荷载方向推移的特征.     

盾构施工对3×3群桩的沉降、变形及桩侧摩阻力的影响

利用有限元分析方法对盾构开挖对3×3群桩的沉降、变形及桩侧摩阻力的影响进行研究.当桩与隧道中心距离相同时,由于桩间土中附加应力叠加(群桩效应)的影响,隧道开挖引起的群桩中基桩的桩顶沉降大于单桩桩顶沉降;隧道开挖会引起群桩的竖向荷载在各基桩中重新分配,一般来说,中间桩的桩顶竖向荷载增加,边桩的桩顶竖向荷载减小;隧道开挖引起的群桩中各基桩的桩顶沉降主要取决于三个因素:基桩与隧道中心的距离、群桩效应的影响及基桩桩顶荷载的重分配;群桩基桩的水平位移主要取决于该基桩与隧道中心的距离,同时,由于承台的连接作用群桩中其它桩会增加或减小该基桩侧移;隧道开挖过程中桩侧摩阻力主要受到下面因素的影响:桩间土中附加应力叠加(群桩效应)、前排桩对中间桩及后排桩的桩侧摩阻力的保护(屏蔽效应)、桩顶荷载的重分配及桩身变形.     

盾构施工对3×3群桩的沉降、变形及桩侧摩阻力的影响

利用有限元分析方法对盾构开挖对3×3群桩的沉降、变形及桩侧摩阻力的影响进行研究.当桩与隧道中心距离相同时,由于桩间土中附加应力叠加(群桩效应)的影响,隧道开挖引起的群桩中基桩的桩顶沉降大于单桩桩顶沉降;隧道开挖会引起群桩的竖向荷载在各基桩中重新分配,一般来说,中间桩的桩顶竖向荷载增加,边桩的桩顶竖向荷载减小;隧道开挖引起的群桩中各基桩的桩顶沉降主要取决于三个因素:基桩与隧道中心的距离、群桩效应的影响及基桩桩顶荷载的重分配;群桩基桩的水平位移主要取决于该基桩与隧道中心的距离,同时,由于承台的连接作用群桩中其它桩会增加或减小该基桩侧移;隧道开挖过程中桩侧摩阻力主要受到下面因素的影响:桩间土中附加应力叠加(群桩效应)、前排桩对中间桩及后排桩的桩侧摩阻力的保护(屏蔽效应)、桩顶荷载的重分配及桩身变形.     

宁江松花江特大桥桩基承载力有限元分析

宁江松花江特大桥是大庆至广州高速公路吉林省松原境内的重要桥梁,由于当地的土质及桥梁的形式,其桩基承载力在设计过程中备受关注.桩穿过不同性质的土层将上部结构荷载传递给桩周和桩底土层,形成复杂的桩土共同作用系统.目前,研究荷载传递的方法有弹性理论法、有限元法和传递函数法等.通过有限元法,结合岩土体结构特征,分析宁江松花江特大桥上部荷载传递过程中应力及位移的变化,为桩侧摩阻力的取值奠定基础.     

路堤荷载下刚性桩复合地基沉降计算研究

在对路堤荷载下刚性桩复合地基桩土变形特点进行分析的基础上,针对前人桩间土位移模式存在的不足,提出了改进的位移模式;对桩体和土体进行受力分析,建立了路堤荷载下刚性桩沉降计算方法,该方法能同时考虑桩土相对滑移的因素和土体变形的非同步性;算例分析表明了该方法的合理性与可行性.     

列车荷载下的桩网结构低路基土拱效应

运用ABAQUS软件建立了桩网结构低路基动力有限元模型,通过计算结果与实测结果的对比验证了模型的可靠性,并分析了列车荷载下路基中动应力分布、桩土应力比与等沉面高度变化特征。分析结果表明:采用模型计算的路基不同深度处动应力与实测结果最大差值为0.56kPa,动位移的最大差值为7μm,计算和实测的平均动应力和动位移沿路基深度的传递趋势相同,因此,有限元模型可靠;在动荷载作用下,路基中存在土拱效应,土拱高度约为1.6m,与静荷载作用下土拱高度近似,路基表面的应力变化率比路基基底大;路基中动应力的分布受到土拱效应的影响,表现为传递到桩间土上方土体的动应力部分转移至桩顶上方,且在路基垫层附近动应力转移现象最明显;在动荷载作用后,路基中心处桩顶与两桩间的桩土应力比减小,而桩顶与四桩间的桩土应力比增大,桩顶与两桩间的桩土应力比始终大于桩顶与四桩间的桩土应力比;距离路基中心1m处纵断面等沉面高度为1.55m,布置桩体的纵断面等沉面高度大于未布置桩体的纵断面等沉面高度,且沿路基中心到路肩,同类纵断面的等沉面高度逐渐降低,动荷载作用后,路基中心处等沉面高度增大。     

路堤荷载作用下高强度桩复合地基土中的应力

为掌握高强度桩复合地基的荷载传递特性,基于桩土分离的建模原则,采用Mindlin和Boussinesq联合求解法,对路堤作用下地基土中的应力进行了计算,并通过工程实例重点讨论了路堤中心附近地基中桩土应力的分布规律.结果表明:地基加固范围内,桩间土应力沿深度呈"蜂腰"形分布,与实测曲线一致;桩体应力明显大于桩间土应力,表明地基加固区的桩土荷载分担效应显著;下卧层中应力分布与Boussinesq解差别不大,表明在路堤荷载作用下,摩擦型高强度桩复合地基高应力区下移现象不明显.     

考虑桩间土非线性影响的刚性桩复合地基桩土应力比计算方法研究

考虑桩侧摩阻力与桩—土相对位移的双曲线关系以及桩间土体非线性变形影响的特点,建立刚性桩复合地基土体压缩模量与应变的关系模型。考虑桩土竖向变形,采取桩体向上刺入褥垫层及向下刺入持力层的模型,引进分级加载的思想,基于桩-土-垫层的竖向变形协调条件,最后得到了刚性桩桩土应力比。通过对某工程进行现场实测试验数据对比,分析得到了桩侧摩阻力与桩身正应力的分布规律,同时对垫层厚度、垫层模量、桩长、桩土加固区土体模量等参数进行了分析,结果表明该方法具有一定的合理性和可行性。     

轮轨摩擦耦合热弹性有限元分析模型

基于伽辽金变分原理,利用有限元方法,建立了轮轨摩擦耦合热弹性有限元分析模型,分析了轮轨摩擦热与钢轨接触区热膨胀位移、摩擦温度、应变和应力的关系。模型中温度场和位移场由耦合方程同时求解,但没有考虑惯性项和材料阻尼的影响。分析结果表明:耦合求解的温度场和位移场与非耦合求解的温度场和位移场的计算结果一致,钢轨表面各点滑动位移的方向与车轮滑动方向一致,垂向位移方向先负后正;钢轨表面各节点进入接触区后,温度快速上升,但高温持续时间短;在滑动方向上,钢轨接触点先受压应变后受拉应变作用,垂向受拉应变作用,滑动方向压应力明显高于垂向压应力,钢轨接触斑前后节点滑动方向应变符号相反;垂向高正应变区主要集中分布在接触斑后半轴上,最大剪应变与剪应力区在接触表层以下。     

多年冻土地区无基波纹管涵洞冻胀分析

为分析波纹管涵洞冻胀下的受力机理,利用大型有限元软件对多年冻土地区采用的金属波纹管涵洞进行力学性能分析,具体分析了在底面两端产生不同的冻胀量时,换填厚度、壁厚、上部填土厚度对涵管受力性能的影响,提出了针对常用直径为1m的波纹管涵洞适用的结构形式;同时得出了金属波纹管本身具有较大的横向补偿位移的能力,可适应较大的变形和沉降要求.     

多年冻土地区无基波纹管涵洞冻胀分析

为分析波纹管涵洞冻胀下的受力机理,利用大型有限元软件对多年冻土地区采用的金属波纹管涵洞进行力学性能分析,具体分析了在底面两端产生不同的冻胀量时,换填厚度、壁厚、上部填土厚度对涵管受力性能的影响,提出了针对常用直径为1m的波纹管涵洞适用的结构形式;同时得出了金属波纹管本身具有较大的横向补偿位移的能力,可适应较大的变形和沉降要求.     

斜坡桩土共同作用的接触分析

以Ansys软件为平台,建立一种桩-土共同作用的三维非线性有限元模型,研究坡体上的桩水平位移及剪应力变化情况,充分考虑材料和桩土交界面的非线性影响因素。通过改变土体参数的大小定性描述土体的粘聚力、内摩擦角对斜坡体上的桩位移及剪应力的影响,分别取桩的底部、中部、顶部参数值描绘桩身的水平位移及剪应力随着土体参数的变化趋势,为实际工程提供参考价值。     

土工格栅与土体界面摩擦特性试验研究

土工格栅与土体界面摩擦特性指标是加筋土结构设计的关键。基于分析土工格栅与土体的界面摩擦形式,进行了一系列室内筋土界面拉拔试验和直剪摩擦试验,测试了两种试验条件的界面摩擦特性。试验结果表明：土工格栅与砂砾料接触面抗剪强度较高,而与粘土接触面抗剪强度很低。剪切速率对两种试验方法测得的界面摩擦特性指标有不同的影响。随着法向应力的增加或剪切速率的降低,筋土界面剪应力力峰值以及其对应的剪切位移增大。土工格栅的横肋对筋土界面特性具有重要贡献。随着填料压实度的提高,土工格栅加筋效果越明显。     

高速铁路纵连式无砟轨道锚固体系试验研究

为获得梁体与轨道的合理制约关系,设计了纵连式无砟轨道锚固体系,并进行了现场试验.通过对锚固体系应力、位移和路基表层压力的监测分析,获得了锚固体系在设计荷载作用下的应力、位移变化及路基表层压力的分布规律.试验结果表明:双柱型主端刺锚固体系满足设计要求,为CRTSⅡ型板式无砟轨道结构更好地应用于客运专线提供了重要依据.     

三向土工格栅变形及筋土界面特性试验研究

为探讨三向土工格栅的筋土界面特性,以三向土工格栅为研究对象,考虑0和90两种拉拔方向（分别记为TX_0工况和TX_90工况）的影响,开展了一系列室内拉拔试验。通过对格栅试样沿拉拔方向4个断面的位移进行监测,研究了三向土工格栅的拉拔力-拉拔位移关系、分段变形特性、三向土工格栅的筋土界面剪胀（缩）特性、平均摩阻力-相对位移特征以及拉拔方向对筋土界面强度参数的影响。研究结果表明:填砂压实度对三向土工格栅拉拔力和筋土界面剪胀（缩）特性的影响显著;法向应力越高,筋土界面剪缩性越大,而剪胀性越小,达到最大剪缩（胀）量所需的剪切位移也越大;筋土界面摩阻力的发挥是一个渐进的过程,呈弹塑性-软化特征;法向应力高于20kPa时,TX_0工况的筋土界面强度较TX_90工况更高。      

地下结构抗震分析中基床系数取值试验研究

在对地下结构进行抗震分析时,基床系数的准确性直接决定了反应位移法的计算精度. 针对基床系数相关研究的不足,提出了一种拟静力试验法,自主研发了大型拟静力模型箱,围绕砂土场地开展了有无轴压两组试验;在此基础上,提出了基床系数沿深度修正法,并进行了算例验证. 结果表明:水平基床系数随推覆水平的增大而减小,随土层深度的增大而增大;附加应力对基床系数取值存在较大影响;采用修正基床系数可显著提高反应位移法的计算精度,较规范中基床系数静力有限元法,地下结构弯矩误差最大可由16.7%降低至9.1%,顶底板相对位移的计算误差可由35.0%降低至18.8%,验证了该新型室内基床系数测试方法的可行性及基床系数沿深度修正法的合理性.      

BOUNDARY ELEMENT-COMPLIANCE MATRIX METHOD FOR 3D ELASTIC FRICTIONAL CONTACT ANALYSIS

IntroductionContact with friction is a common phe-nomenon in engineering,such as gear drive andfriction drive etc.It is difficulty to analyze contactproblems because of friction,existing very com-plex nonlinear become of a large number of unilat-eral friction contact surfaces,on which the contactfluctuates. Thus the analysis of frictional contactbehavior is regarded as one of the most challengeproblem in solid mechanics field.Many experts devoted in studying the friction-al contact problem[1～…