基于桩-土相互作用的刚性桩荷载传递机理研究

通过离散广义桩、土单元,构建了考虑桩-土相互作用以及水平加筋体兜提作用的基本方程,并编制了计算程序,利用已有工程试验验证了模型和基本方程的正确性。在模型基础上,以福厦高速公路改扩建工程为依托,分析研究了路堤刚性桩的荷载传递机理。研究表明:桩顶无桩帽时,桩体荷载分担比显著下降;考虑加筋作用后,桩体荷载分担比有所提高,且随填土高度的增加提高越显著,三层土工格栅较之一层土工格栅对桩体荷载分担比的提高不明显;在不同的填土高度下,桩侧摩阻力中性点的位置均在桩身中部,且加筋对桩侧摩阻力的改变不明显。     

基于Vesic圆孔扩张理论的桩周土抗力计算方法研究

随着目前城市建筑物容量的增大,对作为其主要承载构件的桩基础的承载性能提出了更高的要求。桩-土相互作用问题是桩基水平承载性能研究中必须考虑的重要内容,该问题的研究对于完善桩基础设计理论和指导工程实践具有重要意义。基于Vesic圆孔扩张理论,分析水平荷载作用下桩侧土体的实际受力状态,根据桩身产生水平位移后桩周土应力为近似椭圆形非均匀分布的特点,综合考虑纵向应力变化、桩基整体转动和桩-土摩擦效应对桩侧土抗力的影响,建立二维平面状态下的桩-土相互作用的力学模型,以此推导水平荷载作用下的桩侧土抗力计算公式,得到基于应力增量的p-y曲线计算方法,并通过实例计算验证该方法的适用性,最后针对桩-土参数进行影响因素分析。对比所提方法的计算结果与模型试验的结果可知：将该理论方法应用于水平荷载作用下桩侧土体力学效应的计算时,计算结果和现场实测数据较吻合,尤其在桩基受荷产生较大水平位移时,两者表现出了较好的一致性。通过对桩-土参数等影响因素的计算分析,讨论了桩径、土体内摩擦角和土体变形模量等桩-土参数对桩周土体应力结果的影响,得到了桩周不同位置处土体径向应力和切向应力的变化规律。     

CFG桩复合地基桩土应力比简化计算

研究了CFG复合地基桩-土应力比的计算方法,既考虑桩顶刺入垫层和桩端刺入下卧层的情况,又考虑桩的负摩阻力,在此基础上建立了桩-土应力比的计算模型,导出了带垫层的刚性桩复合地基桩-土应力比的计算公式。通过工程实例验证了计算方法的合理性。     

长短桩复合地基桩土应力比的力学计算方法

通过分析柔性基础下长短桩复合地基中桩顶褥垫层内受力分布,建立了力学模型,理论推导了柔性基础下刚性长短桩复合地基桩土应力比的解析公式。并通过柔性基础下长短桩4桩现场静载荷试验测得的桩土应力比结果对公式进行了对比验证。结果表明本文所提出的桩土应力比理论计算公式具有较好的工程实用性。得出柔性基础下长短桩复合地基桩土应力比与上部荷栽和褥垫层厚度成正比,同桩径成反比的研究结论。     

桩侧土受强夯振动力作用时桩的力学模型

结合某高速公路结构物基础混凝土灌注桩与强夯加固台后地基土层交叉施工所发生的工序性技术问题,推导了桩侧土受强夯振动作用时,土层传给桩身的横向与竖向振动力的大小和桩身位移计算的力学模型,并根据工程实例有关桩身物理力学指标和强夯施工夯击能等数据,采用该力学模型计算分析了夯点到桩的最小安全距离和夯击能大小与桩身位移的关系,通过工后桩身质量检测结果验证了力学模型的正确性。     

桩—垃圾土界面力学特性的试验研究

桩基础是垃圾填埋场地再利用的主要地基处理方式，桩-垃圾土的界面力学特性是分析桩-垃圾土相互作用的关键。为了研究桩-垃圾土接触面剪切特性，利用大型直剪仪开展桩-垃圾土大型界面剪切试验，系统研究了界面粗糙度、纤维含量、含水率等因素对桩-垃圾土界面力学特性的影响。结果表明：桩-垃圾土界面剪切应力随着剪切位移增大而增大，增长速率为先增大后趋于稳定，两者关系符合双曲线模型。不同法向应力作用下，随粗糙度的增大，抗剪强度呈先增大而后基本稳定的状态，桩侧粗糙度适当增加可以提高桩侧摩阻力以增加桩基的承载力。接触面剪切破坏符合摩尔-库仑剪切破坏准则，接触面黏聚力先增大后趋于稳定，内摩擦角逐渐增大，并在土体自身剪切强度附近变化。含水率对桩-垃圾土的抗剪强度影响较小。随着垃圾土纤维含量的增加，内摩擦角减小，黏聚力增大；在一定的法向应力下，随着纤维含量的增加，剪切强度减小。     

考虑桩土共同作用的钻孔灌注桩承载性状分析

本文以某土建工程为依托,对其基础中的2根试桩进行现场静载试验,并获得了Q-S曲线、侧摩阻力随深度变化曲线、桩身轴力随深度变化曲线及桩土接触面相对位移随深度变化曲线。然后根据现场勘查资料及有限元参数选取的经验值建立单桩模型,利用大型有限元分析软件ADINA对单桩进行分析,并根据模拟数据及实测数据利用MATLAB绘制了各项主要承载特性的对比曲线,一方面验证模型及参数的合理性,另一方面研究桩长对单桩各项主要承载特性的影响。最后利用单桩验证过的模型及参数建立群桩模型,分析群桩的各项主要承载特性与桩长及桩间距的关系。     

考虑桩-土-结构相互作用的斜拉桥动力特性分析

以郑州市铁路跨线斜拉桥为工程背景,利用有限元通用软件对该桥建立两种空间有限元模型,分别为模型1和模型2。模型1考虑桩-土-结构相互作用,采用质量-弹簧体系来代表桩基础和地基。模型2不考虑桩-土相互作用,桥墩底部与地固结。分别对以上两种模型进行动力特性分析并进行比较。     

上拔力作用下桩土相互作用数值分析

上拔力作用下桩土之间的相互作用较复杂。文中利用ANSYS软件建立石首建宁大桥桩土模型,选择桩土作用非线性Drucker-Prager模型,结合桩土接触面特性与荷载传递机理分析上拔力作用下桩身轴力、桩侧土压力和桩侧摩阻力的变化。结果表明,上拔力作用下桩身轴力由上到下逐渐减小,钢管桩表现为纯摩擦桩;桩侧土压力随深度逐渐增加,与库伦土压力公式计算结果吻合;上拔力作用下桩侧摩阻力自上而下逐步发挥,最大摩阻力出现在桩的中下部。     

考虑桩顶刺入变形的刚性桩复合地基桩土应力比计算

对荷载作用下刚性桩复合地基的变形特性进行了分析.在此基础上探讨了桩侧摩阻力与桩土相对变形的关系,进而根据桩-土-垫层变形协调条件,基于荷载传递法,引入"等沉面"概念,假定桩与桩间土均是理想线弹性体,等沉面上、下桩侧负、正摩阻力均沿桩长均匀分布,导得了刚性桩复合地基桩土应力比计算新公式,该公式综合考虑了桩侧正、负摩阻力,桩体上、下刺入变形以及桩径,桩长和土层性质等影响因素.最后应用所得公式对一个群桩复合地基试验的桩土应力比进行了计算,结果表明,当桩侧摩阻力充分发挥时,计算结果和试验结果较为接近.     

带帽管桩联合袋装砂井复合地基力学特性研究

基于有限元方法建立带帽管桩联合袋装砂井复合地基模型,对比分析了桩土应力比、刺入量、桩身轴力、桩侧摩阻力的变化规律。研究结果表明:桩土应力比随桩间距增加先减小后增大,桩土应力比与桩帽直径、垫层模量、垫层厚度呈正相关,其增加速度会随垫层模量大于120 MPa或垫层厚度大于30 cm后变缓;刺入量、桩侧摩阻力均与桩顶荷载呈正相关,袋装砂井在荷载小于100 kPa时能有效增加桩侧摩阻力;桩身轴力会随桩间距、垫层模量、桩帽直径增加先增大后减小,轴力在19 m左右会趋近相等;使用桩帽能增加桩土应力比、下刺入量和桩侧摩阻力。     

路堤荷载下水泥土搅拌桩复合地基荷载传递机理研究

采用数值计算方法,系统研究了桩体压缩模量、桩间距及桩长对水泥土搅拌桩复合地基荷载传递的影响。研究结果表明:随着桩间距的逐渐增大,桩身轴力、桩侧摩阻力及桩土应力比也随着逐渐增大,而桩体荷载分担比逐渐减小;随着桩体压缩模量或桩长的逐渐增大,桩身轴力、桩侧摩阻力、桩土应力比及桩体荷载分担比均是逐渐增大。在工程实践中,通过增大桩体压缩模量和桩长,减小桩间距,就能使桩体承担更多的上部荷载,从而充分发挥桩体作用。     

现浇X形桩复合地基桩土应力比及负摩阻力现场试验

结合南京市桥北污水处理厂软基处理工程,开展了现浇X形桩(简称X形桩)单桩及单桩复合地基竖向承载力特性现场试验,测得了荷载-沉降曲线、桩土应力比、桩身轴力以及桩侧负摩阻力等分布规律,分析了不同桩间距与荷载等级下复合地基中桩土协调相互作用和荷载分担比;并进行了同等条件下等混凝土用量圆形桩竖向承载力特性试验和分析。结果表明:复合地基中X形桩桩侧负摩阻力主要发生在0.27倍桩长以上;同等条件下,桩侧负摩阻力最大值约为其正摩阻力最大值的60%;X形桩复合地基桩土荷载分担比较普通圆形桩复合地基桩土荷载分担比更合理,承载力也更高。     

下卧层刚度对CFG桩复合地基承载特性的影响研究

结合某高速铁路CFG桩加固湿陷性黄土地基的工程实例,采用室内模型试验和数值模拟的方法,研究了下卧层刚度对CFG桩复合地基承载特性的影响.通过模型试验,获得了天然地基、悬浮式和支承式CFG桩复合地基的P-S曲线以及桩土应力比曲线.采用有限元分析软件,模拟以上三种工况在路堤荷载作用下的位移和桩土应力比.模型试验表明:下卧层刚度对湿陷性黄土CFG桩复合地基沉降影响效果显著,支承式CFG桩复合地基的桩土应力比更大.数值模拟与模型试验的结果基本一致,二者可以相互印证.     

刚性桩复合地基桩土应力比的时效分析及计算方法

为了研究考虑时效的刚性桩复合地基桩土应力比计算方法,首先对桩体承载力和桩间土排水固结理论进行分析,假设桩间土体为均质材料,且考虑土体沉降时忽略桩体的存在,考虑到刚性桩复合地基仅在竖向排水固结,采用太沙基一维固结理论,开展了对桩体应力和桩间土应力时效性的研究。选取单根桩和其四周加固区的土体作为一个计算单元体进行分析,基于荷载传递法,得到计算单元体各组成部分的沉降变形关系,从而推导出刚性桩复合地基中各个构成部位之间的变形关系表达式。之后将桩侧摩阻力分布曲线进行合理简化,得到桩体应力和土体应力随深度变化的表达式,再联合之前得到的变形协调方程,可解得桩顶部位桩体应力和桩间土应力,引入考虑时效性的桩土应力比修正系数,从而推得考虑时间效应后的桩土应力比计算式。最后在某工程中使用该方法对其进行了计算分析,得到不同地质条件下桩土应力比随时间变化的关系曲线。研究结果表明：刚性桩复合地基中桩土应力比具有较为显著的时效特性,在实际计算中不能忽视,桩土应力比时效特性表现为随时间的推移而增大,当桩间土地基压缩模量减小时桩土应力比增大,桩土应力比出现峰值时,刚性桩受力最不利,设计中应加以考虑,随后桩土应力比有所减小,最后趋于稳定。     

不同基础下夯实水泥土桩桩土应力比的试验研究

桩土应力比是一个非常重要而且难以准确确定的参数。该文通过对郑(州)西(安)客运专线上夯实水泥土桩复合地基进行的单桩复合地基的载荷试验和路堤下桩顶应力、桩间土应力的现场测试,分别获得刚性基础下和柔性基础下的桩顶应力、桩间土应力和桩土应力比,以及它们随荷载水平和加载时间的变化规律。探讨了两种不同基础下使得桩土应力比产生变化的不同内在机理。据此,提出了由载荷试验得到的桩土应力比不能直接作为柔性基础下的桩土应力比,而应该乘以一个折减系数。研究成果可为夯实水泥土桩复合地基的桩土应力比取值提供指导性意见。     

大直径阶梯型变截面桩竖向承载力计算方法研究

通过分析阶梯型变截面桩-土体系的荷载传递过程，综合考虑桩侧土体侧摩阻力及端桩承载力的发挥情况，并考虑一定的安全储备，提出了基于变形协调原则的变截面桩基竖向承载力和沉降的计算理论和公式，该方法克服了规范法中桩基竖向承载力和沉降不相关的缺陷，并以某深水大跨度桥梁大直径阶梯型变截面桩为例，分别采用变形协调原则法和规范法对该桩基进行计算和对比分析，结果表明:变形协调原则法计算出来的桩基竖向承载力小于规范法计算值。     

超长钻孔灌注桩竖向承载特征试验研究

通过对钻孔灌注桩现场静载试验和桩身应力实测资料的分析,讨论了持力层为卵石、强风化层灌注桩的承载特性和荷载传递机理,研究了桩端阻力、桩侧摩阻力和单桩压缩变形与桩-土的关系。结果表明:桩侧摩阻力和桩端阻力的作用时机存在先后顺序,桩周土摩阻力在极限承载力中占比很大。     

基于桩土共同作用的桩基工程特性分析

在应用土的弹塑性理论、非线性有限元基本原理及桩土共同作用原理的基础上,采用Drucker-Prager材料模型,考虑桩土接触面问题,建立群桩模型,利用ANSYS软件对桩土共同作用模型的沉降、位移、桩土应力比等进行分析研究,得到了一些规律,可供同类工程参考。