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。     

桩承式加筋路堤等沉面高度影响因素分析

以台缙高速公路桩承式加筋路堤工程为依托,利用有限差分软件FLAC3D建立了桩承式加筋路堤三维数值模型,研究了桩帽净间距、路堤填土内摩擦角、路堤填土粘聚力、水平加筋体拉伸强度对等沉面高度的影响。计算结果表明:等沉面高度与桩帽净间距的比值为3.0~3.7;路堤填土内摩擦角越大,等沉面高度越小;路堤填土粘聚力、水平加筋体拉伸强度的大小对等沉面高度没有影响。     

桩承式加筋路堤关键问题研究

利用弹塑性有限元方法研究了桩承式加筋路堤应用中的几个关键问题,包括桩承式路堤的沉降组成和分布规律、适用条件、荷载分担比的影响因素等。具体研究了未打穿软土层情况下不同路堤高度时的路堤沉降规律,在打穿和未打穿2种情况下荷载分担比随桩托板尺寸、桩间距、路堤高度等因素的变化规律及土工格栅的作用。结果表明:路堤沉降主要取决于桩端以下软土层的压缩;荷载分担比随桩托板尺寸和路堤高度的增加而增大,随桩间距的增加而减小;土工格栅对荷载分担比和路堤沉降影响都不大。     

桩承式路堤土拱效应分析

基于单桩等效处理范围内堤身土体受力平衡,改进了传统的HEWLETT极限状态空间土拱效应分析方法,求得了桩体荷载分担比计算的解析表达式。研究了桩间距、桩帽大小和填料内摩擦角对桩体荷载分担比的影响。研究表明:土拱处于弹性状态时,改进方法计算出的桩体荷载分担比小于HEWLETT极限状态计算结果;土拱处于塑性状态时,改进方法计算结果与HEWLETT计算结果相同。设计桩承式路堤时,若填料内摩擦角较大,则应优先考虑增大桩帽宽度来提高桩体荷载分担比;若内摩擦角较小,则可适当减小桩距来提高桩体荷载分担比。大内摩擦角填料有助于提高桩体荷载分担比。给出了桩体荷载分担比计算图,便于工程应用。最后对一个工程实例作了分析。     

加筋桩承式路堤的三维土拱效应分析与试验验证

为真实反映加筋桩承式路堤的土拱效应,采用三维球形土拱假设,建立了一种路堤荷载和均布荷载共同作用下的土拱效应分析方法。基于Hewlett土拱分析方法推导了无加筋体时路堤荷载和均布荷载作用下的桩土荷载分担表达式;对于加筋桩承式路堤,依据桩帽顶部加筋体沉降的特征,将加筋桩承式路堤分为2个部分,采用不同的沉降假设分别建立其竖向平衡方程,求得桩帽顶面和桩间土表面对加筋体的支撑力;通过离心模型试验和现场实测结果进行对比验证,采用参数分析法对影响土拱效应的主要因素进行等级评价。结果表明：加筋体抗拉强度对桩土应力比以及加筋体拉力均具有很高的影响等级,研究结果能够为分区域铺设加筋体提供理论依据。     

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。     

路堤下水平加筋体与散体材料桩复合地基极限承载力

针对路堤荷载下水平加筋体与散体材料桩复合地基的极限承载力计算问题,分析了水平加筋体、路堤和地基之间的相互作用,得到了三者的作用力关系以及速度关系;研究了散体材料桩对地基承载力的影响,得到了考虑桩体置换率、地基土固结度影响的复合地基土体强度指标的计算公式;根据极限分析理论,从能量平衡角度推导出了地基极限承载力计算公式;对实际路堤工程设计计算进行了研究,搜索出最危险滑动面以及路堤极限高度。最后,通过工程实例,对比了路堤极限高度计算值和实测值,并分析了筋材极限强度发挥系数、固结度等因素对地基极限承载力的影响。结果表明:计算值与实际情况很接近,结果较为理想。     

考虑土拱效应的双向增强复合地基沉降计算

深入分析路堤中心线一个桩中心距范围内路堤填土—加筋垫层—复合地基的相互作用,借助"自然平衡拱"理论分析路堤填土中的土拱效应,将双向增强复合地基中的桩、桩间土视为不同刚度的弹簧体系,土工加筋垫层视为置于弹性地基上的Timoshenko梁,梁上作用经土拱效应调整的路堤荷载,梁下作用桩、桩间土提供的竖向反力,基于弹性地基梁理论提出了考虑土拱作用的双向增强复合地基的沉降计算新方法,结合工程实例验证了本文沉降计算方法的可行性。     

双向增强体复合地基工后沉降分析

采用薄板变形理论和Winkler弹性地基模型计算双向增强体复合地基工后沉降量时,通常忽略了水平加筋垫层的水平抗力作用,本文引用双参数地基模型考虑该水平抗力对工后沉降的影响,推导了桩土加固区工后沉降的计算公式,对双向增强体复合地基工后沉降计算进行工程实例验算及参数分析,包括上覆路堤荷载水平、布桩形式、桩间距、垫层及桩间土的刚度等主要因素的影响。计算表明,加筋垫层的水平抗力对于降低工后沉降量是有利的,其影响不容忽视。加筋垫层的弹性模量及桩间土地基反力系数对工后沉降计算值影响较大,计算时应合理确定这些参数值。     

桩承加筋垫层复合地基桩土应力比分析

对带桩帽的桩承式复合地基水平加筋垫层进行受力变形分析,得出加筋体的挠曲变形量及筋材拉应力。在此基础上,视复合地基中竖向桩体和桩间土体为线弹性体,由静力平衡及变形协调条件,同时考虑筋材拉应力的作用,得到水平加筋垫层上下桩土应力比的计算方法。该方法能反映桩土间的差异沉降量、水平向加筋体抗力作用、桩间距、桩帽直径等因素对桩土应力比的影响。最后,采用该方法对某一现场试验结果进行分析,理论值与实测值吻合较好。水平加筋垫层的存在使复合地基桩土应力比增大,地基承载力提高,用文中方法计算桩承加筋垫层复合地基桩土应力比是可行的。     

加筋对桩承式路堤变形模式与土拱效应影响试验

对于桩承式加筋路堤,加筋改变了路堤底面的变形形态,不可避免地将对路堤变形模式与土拱效应产生影响。为了深入分析加筋的影响,利用开发的多沉陷门(Multi-trapdoor)试验装置和椭圆钢棒相似土填料,开展未加筋桩承式路堤试验并得到不同参数组合下存在的3种变形模式,选取3种变形模式的代表性试验,开展相同参数条件下的加筋试验以及4种不同填料高度和3种不同加筋刚度的桩承式加筋路堤试验。通过粒子图像测速技术(PIV)和自制三点式载荷计准确测试得到全场位移及桩顶和桩间土压力。结果表明:加筋后,未加筋桩承式路堤的三角扩展型和塔形升高型变形模式转化为同心椭圆扩展模式,等沉面模式转化为同心圆等沉模式;2种变形模式之间转化的临界高度为1.5倍桩间净距,但等沉面的高度仅为67%的桩间净距;加筋对土拱效应发挥起到了双重作用,一方面,加筋减小了差异沉降,导致土拱效应发挥程度降低,另一方面,加筋改变了路堤变形模式,为"同心圆"土拱提供了稳定的拱脚,使得土拱效应发挥程度提高;在填料高度低,加筋刚度高的情况下,土拱效应发挥程度进一步降低;而填料高度高,加筋刚度低时,土拱效应达到了充分发挥所需的差异沉降,加筋对土拱效应有提高作用;张拉膜效应发挥程度随加筋刚度增大而提高,且随着桩间土下沉而提高,导致土拱效应减弱。     

高填方路堤PHC管桩加固软土地基土拱发育演化特征研究

依托京滨铁路宝坻至滨海新区段JBSG-3标段的建设项目工程,基于现场原位试验,分析在含有软土地层的崎岖地形下填筑大于30 m的路堤,加固高填软基路堤中土体的土拱演化规律,探究预应力高强混凝土（PHC）管桩在高填方路堤中抑制土拱效应的效果。研究表明：群桩（管桩）能够有效地提高桩间土体的承载性能;地基加固方式深受基底压力分布规律的影响,当基底压力呈非均匀分布时,会导致桩间土压力过大,极端情况下局部超过地基承载力设计值;压实桩端土体导致桩间土压力上升和桩承荷载下降现象,若荷载较大时,也存在桩端产生“刺入”现象,引起桩间土沉降速率低于桩体沉降速率;管桩复合加固高填方路堤中土体的土拱演化规律的关键因素是持力层和荷载强度,若桩端产生刺入情况会引起土拱骤停,导致桩间土剪切破坏,引起高填路基整体变形,进一步加深桩体形变量,可通过设置连梁来减少桩体不均匀形变,提高其整体稳定性。     

软基处理路堤极限填高计算分析

根据吉林省东部山区广泛分布的草炭土软土层的力学特性,针对反压护道、土工格栅、聚苯乙烯泡沫塑料块、砂桩、砂砾换填及土工格栅加聚苯乙烯泡沫塑料板等6种公路常用的软基处理措施,对天然软土地基及处理后的地基用JANBU法进行稳定性计算,得出指导施工快速填筑而不致失稳的路基极限填高。经过对数据进行分析比较,发现处理此种软基最有效的方法是用砂砾换填。处理后路基的极限填高可提高2．4m;其次是砂桩加复合土工布、土工格栅加聚苯乙烯泡沫塑料板,极限填高可提高1．9m;而反压护道应根据不同的路基填高对其宽度进行必要的调整,才能达到预期目的。     

复合地基中桩帽作用数值分析及桩帽承载力计算

采用三维快速拉格朗日分析程序,依据某路基试验段的工程地质和设计施工情况建立了路堤荷载下带桩帽刚性桩复合地基数值分析模型,分析了桩帽直径变化对刚性桩复合地基沉降的影响,结果表明:桩帽直径的增大能够起到提高桩荷载分担比、减小复合地基总沉降和桩土沉降差的作用,桩帽直径的变化对下卧层沉降的影响较小。根据相关文献的研究成果,建立了路堤荷载下素混凝土圆板桩帽和倒圆台桩帽的承载力计算方法,并结合实例验证了承载力计算方法可靠性。研究成果可为路堤荷载作用下刚性桩复合地基中素混凝土桩帽的设计提供参考。     

刚柔性长短桩复合地基工程特性有限元分析

以邢衡高速公路一期工程为例，采用数值模拟的方法，对高速公路路基下刚柔性长短桩复合地基的桩土应力比和沉降变形的变化规律进行了研究。研究结果表明:桩间距、柔性桩桩长、下卧层土体变形模量对桩土应力比的影响较小，适当提高柔性短桩变形模量可增加柔性短桩的荷载分担比；适当减小桩间距和提高柔性短桩变形模量可在一定程度上减小路基的沉降变形；下卧层土体的变形模量对路基的沉降变形影响较大。     

矩形桩竖向受荷三维弹性变分解

矩形桩作为一种典型的横截面非圆形桩，通常采用等效圆形桩的近似方法来分析，未能从理论上考虑桩-土相互作用。针对该问题，结合复变函数保角变换技术提出一种适用于竖向受荷矩形桩的三维弹性变分方法。基于最小势能原理和变分法获得桩位移函数和土竖向位移传递函数的控制微分方程，为克服土体位移传递函数求解域边界形状复杂的困难，应用保角变换将桩-土接触面的复杂边界形状转化为简单边界，并获得了桩位移函数的解析解及土体竖向位移函数的半解析解。使用MATLAB软件编制相应的分析程序，并将分析得到的结果与有限元分析及现有解答进行对比。最后，对影响桩沉降的主要因素进行参数分析。研究结果表明：所得解与有限元分析结果吻合得更好，证明了所提分析方法的正确性；摩擦桩量纲一化的桩顶刚度随桩-土模量比的增加逐渐减小，当桩的长细比增加到某数值时，其对桩顶刚度的影响可忽略不计，即摩擦桩存在有效桩长；相对于摩擦桩，当桩-土模量比较大时，其对端承桩的桩顶刚度影响较小，当端承桩长细比足够大时，可转化为摩擦桩；桩顶刚度随土体泊松比先减小后增加，间接表明其不仅受土体抗剪强度的影响，而且受土体压缩性能的影响；在相同混凝土用量下，当桩-土模量比较小时，与等横截面面积圆桩相比，矩形桩的桩顶刚度明显大于圆桩，当桩-土模量比超过某数值时，二者桩顶刚度逐渐趋于一致；当桩-土模量比较小时，等横截面面积矩形桩随横截面长宽比的增加，桩顶刚度增加。     

软土中无筋刚性桩复合地基支承路堤的整体稳定实用计算方法

为了合理评估无筋刚性桩复合地基支承路堤的稳定性,基于已进行的软土地基上刚性桩复合地基支承路堤的破坏机理研究,提出了刚性桩复合地基的整体稳定性简化分析方法,结合3个典型算例,与基于桩身抗剪强度的传统复合地基稳定方法进行了对比分析。结果表明：基于传统的复合地基稳定计算方法,采用桩身抗剪强度将显著高估路堤稳定性,桩身等效抗剪强度法可更好地反映刚性桩复合地基的破坏机理;采用等效荷载法、等效砂桩法和等效抗剪强度法计算得到的路堤稳定安全系数很接近;采用英国BS 8006规范方法、等效荷载法、摩擦接触法计算得到的路堤稳定安全系数显著依赖于桩土应力比。建议对无筋刚性桩复合地基支承路堤采用多种简化分析方法进行分析,保证设计的冗余度。     

刚性桩加固软土路基设计方案探讨

采用有限元软件Plaxis建立了四个模型,通过对比模型计算结果,分析了土工格栅和桩帽对刚性桩加固软土路基中的作用,并与柔性桩加固软土路基的效果进行对比。结果表明:土工格栅对调节桩土应力比、均化沉降有一定作用;桩帽对提高桩土应力比、减小差异沉降的作用较明显;与柔性桩相比,刚性桩更能有效控制路堤总沉降和约束地基土体的侧向位移。     

基于Timoshenko梁理论考虑阻尼的承台-桩-土耦合横向振动解

由于缺乏合适的激振和接收位置,传统竖向低应变反射波法在检测带承台或未凿桩头的桩基动力特性时存在明显不足.为进一步拓展低应变检测波法应用范围,基于Timoshenko梁理论,考虑桩身材料阻尼、附加轴力及桩顶等效质量作用,建立了一种横向激励条件下承台-桩-土耦合振动模型,并求解了该模型的频域内解析解及其时域半解析解.进一步...