岩溶地区桩基承载力分析

以某高速公路内岩溶区桥梁桩基建设为研究背景,探索各因素与桩基承载力的关系情况。选取ANSYS软件平台搭建相对标准化的三维模型探索工况情况、溶洞高度、溶洞跨度、桩身弹性模量等4个因素依次变化时桩基荷载与沉降位移变化关系。最后得到如下结论:(1)岩溶会削弱桩基承载力,桩基施加于溶洞顶板的影响大于桩基贯穿溶洞的情况。(2)桩基贯穿溶洞时桩基最大承载力与溶洞高度、跨度均呈线性负相关关系,溶洞高度的影响大于跨度。(3)桩身弹性模量与桩基最大承载力呈正相关关系,若弹性模量大于30. 0 GPa时增长幅度逐次减小。     

岩溶陡坡地区公路桥梁桩基极限承载力研究

岩溶和陡坡是影响桩基础极限承载力的关键因素。为研究在不良地质条件下桩基础极限承载力影响因素和防治措施,利用有限元软件建立了桩基础模型并依据相关规范验证了其有效性,针对5种不同坡度和4种岩溶顶板厚度进行了正交模拟试验,分析了不同工况下桩基承载力的变化和桩体承载形式。结果表明：溶洞会造成更大的沉降,地基沉降与岩溶顶板厚度呈反比,3倍桩径为岩溶地质对桩基的最大影响范围。大于45°的陡坡会造成更大的地基沉降进而减少桩基的极限承载力,应极力避免坡度45°以上的陡坡在实际工程中的使用。当无法避免时,应重点考虑其对桩基承载力的影响。溶洞和陡坡降低桩体极限承载力的方式主要表现为降低桩体侧摩效应,桩体承载形式由摩擦桩转变成端承桩。     

铁路岩溶地区多变量作用下的桩基承载特性分析

依托汉巴南铁路某桥梁桩基础工程,采用FLAC3D软件建立岩土-溶洞-桩基础三位一体的计算模型,分析岩溶地区桩基础在溶洞跨度、顶板厚度及溶洞形态多变量共同作用下的承载特性。结果表明：厚跨比不变时,顶板厚度的变化对桩基承载力的影响更为显著;长方体和圆柱体溶洞形态条件下的岩溶桩基安全厚跨比临界值选为1,而椭球体形态条件下的岩溶桩基安全厚跨比临界值选为2/3。通过顶板厚度对桩端承力影响曲线、顶板厚度对桩侧摩阻力影响曲线进行拟合,得到修正后的影响因子,进而对桩基经验公式进行修正,由修正后的经验公式所计算出的桩基极限承载力更贴合岩溶地区的实际情况。     

基于离散单元法的下伏溶洞上方桩基承载力研究

为研究下伏溶洞对其上方桩基承载力的影响，以广州市白云机场北某道路工程为依托，采用PFC^2D颗粒流软件，建立灰岩地层下桩基+溶洞离散元模型，研究下伏溶洞的径长、顶板厚度、溶洞形态与溶洞偏桩位移对其上方桩基承载力的影响。结果表明：1)在桩基下伏单溶洞的情况下，增加溶洞径长、洞高或洞宽均会降低桩基极限承载力；2)相较洞高，洞宽对桩基承载力的影响更加显著；3)增大溶洞顶板厚度会提高桩基极限承载力；4)当偏桩位移超过6倍桩径时，基本可忽略其对桩基承载力的影响。该研究结果可供类似工程设计参考。     

桩侧溶洞对桥梁桩基沉降和桩端受力影响分析

以处于灰岩地区的某桥梁工程为依托,建立桩基-溶洞三维仿真模型,分析不同荷载下桩侧溶洞关键尺寸大小对岩溶区桥梁桩基桩顶位移和桩端反力的影响。结果表明:桩侧溶洞高度的增加会导致桩顶位移增大,但对桩端反力影响较小;桩侧溶洞跨度的增大对桩顶位移和桩端反力影响不大;桩侧溶洞跨度相同时,桩顶荷载及高跨比的增大会引起桩基沉降量和桩端反力值增加;桩侧溶洞高度及高跨比较大时,建议增大桩基嵌岩深度,以确保相邻桩基差异沉降量满足要求,桩侧溶洞高度为4~6 m时,可考虑采用强度较低的桩端持力层。     

陡坡—岩溶耦合作用下公路桥梁桩基极限承载力的计算

为研究陡坡—岩溶耦合作用对桩基竖向承载特性的影响,基于现行规范中的桩基极限承载力标准值公式,采用Marc有限元软件对4种顶板厚度、5种坡度进行正交模拟试验,分别提出了针对顶板厚度和坡度对于桩基竖向分项承载力的修正系数。试验结果表明,桩基极限承载力随坡度增大而逐渐减小,坡度大于45°时,减幅达到29.83%;当顶板厚度大于3倍桩径后,继续增加顶板厚度对桩基极限承载力的提高效果不大,稳定在19%左右。根据计算结果分析桩基竖向分项承载力占比的变化规律,提出了同时考虑顶板厚度和坡度的桩基竖向极限承载力标准值的计算公式以及修正系数αi、β。     

串珠状溶洞地区高速公路桥梁桩基沉降量安全性分析

在桥梁工程位于岩溶地区时,溶洞会降低桩端承载力,加剧桩基沉降,一旦桩基因沉降而发生失稳甚至失效,可能引起桥梁开裂或破坏,威胁公路运输安全。为合理设计桩基参数,保障岩溶区高速公路桥梁桩基的安全,文中结合某工程案例,建立串珠状溶洞-桩基-岩土一体化有限元模型,得到3个桩基在不同桩基长度、直径及弹性模量下桩基沉降量的变化规律。结果表明,溶洞会加剧高速公路桥梁桩基的沉降;桩基沉降量随桩基长度、直径、弹性模量增大而减少;为保障桩基安全,防止桩基沉降量超过最大容许沉降量40 mm, 5,6,9号桩基的长度不应小于36.62 m,直径不应小于1.73,1.92,1.79 m,弹性模量不应小于33.47,35.37,34.58 GPa。     

基于扁拱突变理论的路基下伏溶洞顶板稳定性分析

根据路基下伏溶洞受荷体系的力学特性,将结构体系简化为两端固定铰支的扁拱模型;基于突变理论推导得到扁拱的能量势函数和分叉集方程,从而建立了路基下伏溶洞顶板突变模型平衡曲面;根据溶洞顶板突变失稳的条件,提出了确定路基下伏溶洞顶板的极限承载力及最小安全厚度的方法;并对溶洞顶板厚度h、溶洞顶板跨径l、溶洞顶板失高f、岩层的弹性模量E、溶洞顶板上覆荷载q五个影响因素进行参数分析,可得如下结论:溶洞顶板的极限承载力随着溶洞顶板厚度的增加,溶洞顶板失高的增加、岩层弹性模量的增加而增加,随着溶洞顶板跨径、溶洞顶板上覆荷载的增加而减小.     

盐沼泽腐蚀对公路桥梁桩基础竖向极限承载力影响的数值模拟研究

依托在建的青海省德香高速公路盐沼泽区的桥梁工程,以MARC有限元软件为平台,采用室内腐蚀试验参数,构建盐沼泽区桥梁桩基受腐蚀有限元模型,分析不同桩长和桩径的情况下,桩基受腐蚀后的剥落厚度和腐蚀深度对桩基竖向极限承载力的影响。研究结果表明,桩基受腐蚀后其竖向极限承载力呈现降低趋势,相比桩基混凝土剥落厚度来说,桩基受腐蚀的深度对桩基竖向极限承载力的影响较大。研究结果还表明,剥落厚度不大于6cm时,增加桩长能够有效提高桩基竖向极限承载力;剥落厚度大于6cm时,增加桩径能够有效提高桩基竖向极限承载力。     

隐伏岩溶洞群对公路隧道顶板承载力影响的研究

针对西南地区岩溶隧道的实际工程,开展了隐伏岩溶群对公路隧道顶板承载力影响的三维数值敏感性分析研究。经对岩溶顶板稳定性影响因素分析,选择溶洞顶板厚度、顶板岩体的工程地质特性(定量指标为岩体的力学参数)、溶洞的宽度、溶洞高度、上覆土层厚度为影响溶洞顶板稳定性的五个主要影响因素作为影响因子,进行正交敏感性数值试验。根据影响因素敏感度的正交三维有限元法分析结果得出,影响顶板承载力和顶板中心下沉位移大小顺序依次为:岩体力学参数、顶板岩层厚度、覆盖土层厚度、溶洞宽度、溶洞高度。     

非对称荷载下溶洞顶板极限承载力计算

针对非对称荷载下溶洞顶板极限承载力问题,引入抛物线形式的Hoek-Brown强度准则,并假定非对称荷载下溶洞顶板的冲切破坏体为轴对称旋转体。采用极限分析上限法建立了冲切破坏体的功能方程,利用变分原理和偏导求得了非对称荷载下溶洞顶板冲切破坏模式的极限承载力计算表达式。最后通过室内试验验证了理论方法的合理性,并分析了厚径比h/D、荷载位置偏移量e及岩体地质力学分类指标GSI对溶洞顶板极限承载力的影响。结果表明:(1)当e一定时,随着厚径比h/D的增加,顶板极限承载力大致呈线性增长,增大到一定值时,溶洞对顶板承载力无影响,顶板极限承载力趋向于完整基岩承载力;(2)当h一定时,随着荷载位置偏移量e的增大,溶洞顶板极限承载力呈非线性增长,增大到一定值时,溶洞对顶板承载力无影响,顶板极限承载力接近完整基岩承载力;(3)当h一定时,随着GSI的增大,顶板极限承载力增长的幅度逐渐变大。其中对于h为2D的溶洞顶板,且当GSI为44,e为0,0.25l,0.5l时,顶板的极限承载力分别为1.8,2.2,3.6 kN;当GSI为100时,相应的极限承载力分别为24,29,43 kN,近似为前者的12倍。因此GSI的选取对承载力的确定有重要意义,可为实际工程设计提供参考。     

下伏岩溶与桩基耦合作用研究

为探求下伏岩溶与上方桩基之间的耦合作用,对岩溶顶板与桩基作用体系进行抽象概化,建立8种力学模型,基于弹性力学薄板理论及材料力学梁理论进行理论力学分析,并结合工程实践对比分析各力学模型下岩溶顶板安全厚度及桩基极限承载力。计算结果表明：不同力学计算模型适用于不同实际工程;同一条件下各力学模型计算结果差别较大。因此,合理选择适合于实际工程的溶洞顶板及桩基作用体系力学模型至关重要。     

挤扩支盘灌注桩承载力影响因素的数值模拟研究

运用PLAXIS有限元软件,基于岩土弹塑性本构关系的数值计算理论,建立桩-土轴对称模型,模拟支盘形状、位置、大小、数量和距离软弱层高度等参数条件下的桩基承载力特性及变化规律,分析在竖向荷载作用下挤扩支盘灌注桩对桩基承载力的主要影响因素。研究结果表明:支盘形状对于承载力没有明显影响;桩基承载力随支盘位置向下移动而逐渐提高,但是当支盘距桩底部距离小于L/3(L为桩长)时,支盘位置下移对桩基承载力影响不显著;桩基极限承载力随着支盘半径和支盘数量的增加逐渐提高;当支盘与软弱层间距小于4倍夹层厚度时,桩基承载力随支盘与软弱层距离的逼近而逐渐降低。研究结果可为挤扩支盘桩的设计参数选取提供参考,为支盘灌注桩的工程设计和优化提供技术支持。     

岩溶区桩基极限承载力有限元上限分析

根据上限有限元的基本原理,依托Matlab平台编制了有限元上限分析程序,将修正的Hoek-Brown屈服准则嵌入有限元计算程序中;引入参数k来表征溶洞存在对桩基极限承载能力的削减程度,探讨了土体自重、嵌岩深度、溶洞半径、桩与溶洞水平和垂直距离对桩基上限承载力的影响。结果表明:参数k随着土体自重、嵌岩深度、溶洞半径的增加而逐渐降低,随着溶洞与桩端水平距离、溶洞与桩端竖直距离的增大而非线性增大;从溶洞各参数对极限破坏模式的影响展开讨论,极限破坏模式主要有:溶洞顶板的冲切破坏,溶洞侧壁发生破坏,溶洞顶板冲切和侧壁的联合破坏,岩体的整体剪切破坏。最后,通过与无溶洞条件下桩端极限承载力对比,验证了该文所提方法的正确性。     

含溶洞地基变截面桩承载机理与设计方法研究

通过分析含溶洞地基中变截面桩基荷载传递机理,认为变截面处承载力的取值是桩基设计中的关键问题。基于有限差分法分别建立不同岩石的单轴抗压及中部端承面模型,引入实际工程中的岩石参数开展对比计算分析,分析结果表明,桩基中部端承面极限承载力高于单轴抗压强度,可以沿用规范中的桩端岩石承载力计算公式确定。最后,对桥梁规范中嵌岩桩极限承载力计算公式进行修正,结合张花(张家界—花垣)高速公路某标段工程地质资料对常规桩基和变截面桩的极限承载力进行对比计算,由计算结果可知,当桩基下伏持力岩层性状不良时,变截面桩可以有效提高单桩承载力。     

溶洞顶板极限承载力计算方法及试验研究

针对下伏溶洞顶板极限承载力问题,提出了一种计算下伏溶洞顶板极限承载力的方法。假定冲切体为一母线未知的旋转体,且破坏面与底面夹角为45°-φ/2,由极限分析法求出其母线表达式及溶洞顶板极限承载力计算公式。同时进行了下伏溶洞顶板及相应的基岩极限承载力室内模型试验,得到了1~5倍桩径的顶板厚度下溶洞顶板以及相应基岩的极限承载力,实测结果与本文理论吻合良好。研究表明:当溶洞顶板厚度为1~3倍桩径时发生冲切破坏,顶板厚度为4倍桩径时呈现冲切+撕裂复合破坏,顶板厚度为5倍桩径时,发生洞顶撕裂+桩端塑性复合破坏;同一跨径比条件下,溶洞顶板厚度为1~4倍桩径时,溶洞顶板的极限承载力随其厚度的增加呈线性增长,达到5倍桩径时溶洞顶板承载力与基岩基本一致。     

基于有限元分析法的溶洞对桩基沉降的影响研究

以国道322零陵段萍州大桥为工程背景,通过有限元软件计算分析,找出不同尺寸溶洞、不同溶洞与桩体的距离及不同岩体溶洞对桩基沉降的影响规律,并用MIDAS和ABAQUS软件分别就溶洞对桩沉降的影响进行了计算,分析验证了其计算结果的准确性。计算结果表明:桩基沉降随着溶洞水平尺寸的增大而增加;当溶洞竖向尺寸增大时,桩基沉降量增加较少;在一定范围内,当洞顶至桩尖的竖向距离增加时,桩基沉降量逐渐减小。     

桥梁桩基岩溶地质施工技术探讨

对桥梁桩基岩溶地质进行处理,是为了使桩基在成孔过程中能够顺利通过岩溶地质,并使成桩完整和桩基承载力满足设计要求。结合工程施工实践,对有溶洞的桥梁桩基成功处理方案作了总结。     

冻土桩基极限承载力试验方法

为提高冻土地区桩基极限承载力试验结果的准确性,以高温、高含冰量冻土桩基为例,利用室内冻土桩基模型试验开展了不同加载方式下冻土桩基极限承载力的研究,各加载方式分别为现行规范中已在采用的快速维持荷载法、慢速维持荷载法及稳定维持荷载法这一新方法。提出充分考虑冻土流变性的S-P-T曲面,相对传统的以S-P曲线为基础判断桩基极限承载力的方法,当考虑桩土流变效应时,宜考虑时间效应而采用S-P-T曲线来确定冻土桩基的极限承载力,以此为基础,提出了在不同加载方式下确定极限承载力时桩基破坏的新形式判断准则,并对各种加载方式下冻土桩基的极限承载力进行了分析。结果表明:桩土流变效应能够有效地影响桩基的承载力,现有规范中的快速维持荷载法和慢速维持荷载法由于没能考虑或充分考虑桩土流变效应,导致所得出的桩基极限承载力均不同程度地偏大;为了克服上述不足,建议用修正系数使现有冻土地区桩基承载力检测规范满足桩土流变效应。     

冻土桩基极限承载力试验方法（双语出版）

为提高冻土地区桩基极限承载力试验结果的准确性,以高温、高含冰量冻土桩基为例,利用室内冻土桩基模型试验开展了不同加载方式下冻土桩基极限承载力的研究,各加载方式分别为现行规范中已在采用的快速维持荷载法、慢速维持荷载法及稳定维持荷载法这一新方法。提出充分考虑冻土流变性的S-P-T曲面,相对传统的以S-P曲线为基础判断桩基极限承载力的方法,当考虑桩土流变效应时,宜考虑时间效应而采用S-P-T曲线来确定冻土桩基的极限承载力,以此为基础,提出了在不同加载方式下确定极限承载力时桩基破坏的新形式判断准则,并对各种加载方式下冻土桩基的极限承载力进行了分析。结果表明：桩土流变效应能够有效地影响桩基的承载力,现有规范中的快速维持荷载法和慢速维持荷载法由于没能考虑或充分考虑桩土流变效应,导致所得出的桩基极限承载力均不同程度地偏大;为了克服上述不足,建议用修正系数使现有冻土地区桩基承载力检测规范满足桩土流变效应。