路堤荷载下复合地基下卧层附加应力分布研究

研究目的:传统计算下卧层附加应力的方法无法考虑土层分布及复合地基主要设计参数的影响,难以较准确估算下卧层附加应力。针对该问题,本文采用数值模拟,系统分析桩间距、桩体弹性模量、加固区与下卧层弹性模量比及桩长对复合地基下卧层附加应力的影响规律,并引入荷载传递系数,建立下卧层附加应力数值模拟解与Boussinesq解的拟合关系,从而准确估算下卧层附加应力。研究结论:(1)复合地基由于桩体的存在,下卧层附加应力呈明显的应力集中现象;(2)随着桩间距的减小或桩体弹性模量的增大,下卧层附加应力逐渐增大,应力集中现象增强;随着加固区与下卧层弹性模量比的增大,下卧层附加应力逐渐减小;随着桩长的增加,下卧层中附加应力的衰减显著变慢,上部荷载被传递至更深的地层中;(3)本文建立了下卧层附加应力数值模拟解与Boussinesq解的拟合关系,拟合效果良好;(4)该研究结论对工程人员估算下卧层附加应力具有参考价值。     

不同桩端下卧层桩基负摩阻力模型试验研究

研究目的:桩侧负摩阻力对桩产生下拽力,导致基桩沉降增大,竖向抗压承载安全等级降低,甚至造成桩体破坏。为分析不同桩端下卧层(黄土和粗砂)对基桩沉降和负摩阻力的影响,本文通过室内模型试验,对比研究两种下卧层情况下桩体、桩周土变形及桩身轴力分布的差异,明确基桩中性点位置的变化规律并给出建议值。研究结论:(1)下卧层对桩周土沉降的影响较小,但对桩身沉降的影响较大,相同堆载等级下粗砂下卧层的中性点位置明显低于黄土下卧层;(2)两种下卧层的桩身轴力都随堆载等级的增大而增大,但粗砂下卧层的下拉荷载和桩端反力明显大于黄土下卧层;(3)两种下卧层情况下,依据桩土相对位移和桩身峰值轴力确定的中性点位置基本一致;(4)在实际工程中应根据桩端下卧层的地质情况,采取适当措施,尽量减小基桩负摩阻力,充分发挥基桩的承载性能;(5)建议黄土下卧层中性点位置取0.51l~0.6l,粗砂下卧层可取0.6l~0.8l;(6)该研究成果可为类似工程堆载条件下桩基中性点的确定及设计提供一定的参考。     

基坑开挖引起复合地基下卧双线地铁隧道附加荷载的计算研究

为研究基坑开挖时复合地基及竖向、横向"双洞效应"对下卧双线地铁隧道竖向、横向附加荷载的影响,基于Mindlin应力解,得到在复合地基侧摩阻力作用下隧道轴线上的竖向、横向附加荷载,通过迭代法计算得到"双洞效应"引起隧道轴线上的竖向、横向附加荷载,借助竖向、横向总附加荷载引起的隧道位移对比验证,并分析隧道位置改变对侧摩阻力和"双洞效应"引起隧道竖向、横向附加荷载的影响。研究结果表明:侧摩阻力和"双洞效应"对隧道竖向、横向附加荷载的影响是不可忽略的,其影响主要表现为减小隧道的竖向、横向总附加荷载,且影响范围不变;在施工条件和规范容许范围内,应尽量减小双线隧道之间的距离,以及增大隧道与基坑中点的距离;当需要严谨精确地计算小净距地铁隧道"双洞效应"引起的附加荷载时,必须选用迭代法计算。     

基于布西奈斯克及明德林解答的复合地基附加应力解析法探讨

文章结合半刚性桩桩侧摩阻力分布规律,应用Mindlin解答及Boussinesq解答推导出了复合地基中附加应力的计算公式,结合具体算例,计算复合地基的沉降变形量,计算结果与沉降观测数据吻合较好,为复合地基沉降变形分析提供了另一种途径。     

考虑复合地基侧摩阻力作用下土中竖向应力解

为了估算新建路基对既有路基影响,以半无限体内Mindlin应力方程解为计算基础,假设复合地基为一个加固整体,对复合地基侧壁摩阻力进行积分,推导复合地基侧摩阻力在土体中引起的附加应力的解析表达式,计算在复合地基作用下距填筑坡脚处一点的土竖向附加应力。     

基于荷载传递理论的刚性桩复合地基沉降计算

研究目的:软土地区高速铁路路基地基处理一般采用刚性桩复合地基结构,但目前考虑桩土协同工作的刚性桩复合地基沉降计算方法仍存在不足。本文通过荷载传递理论描述桩与桩间土之间荷载转移规律,由最小二乘法拟合桩间土表面荷载引起的加固区附加应力抛物分布方程,尝试建立刚性桩加固区沉降计算模型,为刚性桩复合地基沉降变形验算及桩体平面设计提供理论依据。研究结论:(1)刚性桩加固区桩与桩间土之间存在荷载相互转移现象,桩侧同时分布正负摩阻力;(2)桩间土表面荷载引起的加固区附加应力为非线性分布,可采用五点最小二乘法拟合其抛物分布方程;(3)沉降模型关于京沪高铁试验段刚性桩复合地基沉降计算结果与实测值接近,计算偏差约15%;(4)Randolph理论关于桩侧和桩端刚度系数取值方法使桩土沉降差计算结果偏大,刚度系数取值的合理性需进一步研究总结。     

侧阻附加弯矩对桥梁桩基水平承载力影响研究

为研究桩身被动侧竖向摩阻力对大直径桥梁基桩的水平承载特性影响,首先在抗力矩概念基础上分别建立任意桩身横截面竖向侧摩阻力产生的附加弯矩计算公式及其影响下的桩身单元受力微分表达式。基于传递矩阵法及Laplace正逆变换,分别得出考虑侧阻附加弯矩影响时桩身弹性段、塑性段的传递矩阵系数解。结合推导的桩端水平阻力本构模型和给定的迭代求解方法,进而得出考虑桩侧竖向摩阻力影响的桥梁基桩桩身响应解。通过试验对比验证了本文方法的合理性,证明了桩侧竖向侧摩阻力所产生的附加弯矩对桩基水平承载力的影响非常显著。最后开展了附加弯矩参数影响分析,结果表明:不同τ-s曲线作用时桩身最大变形降低幅度变化规律均类似;桩身最大变形降低幅度随着桩侧摩阻力τ-s曲线极限值τu的增加、临界位移su的减小而增加;当长径比Lb/d≥4时,可忽略桩端水平阻力的影响;当Lb/d≥10时,可忽略侧阻附加弯矩效应的影响;长径比相同时,桩径越大,相应的初始阶段最大位移降低幅度也越大。     

考虑基桩自重作用的桩身轴力计算方法及其应用研究

通过考虑基桩自重影响,改进了基于佐藤悟双折线模型,提出一种考虑基桩自重的轴力改进计算方法,首先修正可以考虑基桩自重的荷载传递微分方程,推导出适用于任意桩周土体沉降曲线的桩侧摩阻力解析解;然后引入荷载作用下土体沉降弹性解,改进佐藤悟双折线桩侧摩阻力应力传递函数,进而提出可以考虑基桩自重的桩身轴力计算公式。同时,结合太焦(太原—焦作)高速铁路CFG桩工程实践进行CFG桩侧摩阻力现场原位测试试验,开展考虑基桩自重影响的桩身轴力计算方法应用研究;通过桩身轴力与侧摩阻力实测结果、未考虑自重的计算结果和考虑自重改进后的计算结果之间对比分析,论证考虑基桩自重作用的桩身轴力计算方法可行性。应用结果表明:改进后的计算结果与工程实测结果更加吻合,考虑基桩自重的桩身轴力计算方法可以获得更高的计算精度。     

支座摩阻力对高速铁路大跨度悬索桥梁轨相互作用的影响

运用ANSYS软件，建立某高速铁路大跨径悬索桥桥梁-轨道-塔墩空间有限元分析模型，采用组合弹簧模拟滑动支座，通过计入滑动支座摩阻力前后悬索桥桥梁-轨道系统的纵向附加力对比分析，研究支座摩阻力对梁轨相互作用的影响。结果表明：滑动支座摩阻力对大跨度悬索桥的制动附加力、偏载下的挠曲附加力和断轨附加力的影响比较显著，对伸缩附加力和对称加载下的挠曲附加力的影响较小；当摩阻系数分别为0.03,0.05和0.1时，偏载下钢轨最大挠曲附加应力分别是不计摩阻力时的58.65%,54.67%和53.39%，对称加载下钢轨最大制动附加应力分别是不计摩阻力时的72.85%,71.87%和71.01%，偏载下钢轨最大制动附加应力分别是不计摩阻力时的42.28%,39.80%和37.67%；随着摩阻系数的增大，钢轨的制动附加应力、偏载下的挠曲附加应力和断轨后钢轨断缝宽度均呈不断减小趋势，而主塔和活动墩的墩顶水平力则呈不断增大趋势。     

风化软岩地区嵌岩桩承载力自平衡试验研究

为研究风化软岩段桩基侧摩阻力承载特性和桩基安全性,采用自平衡试桩法对某工程水稳性较差的风化软岩段3根试桩进行测试分析。结果表明:自平衡法试桩荷载箱上部桩与传统静载法试桩的桩身受力方向相反,前者比后者端阻力发挥更充分;在2倍设计荷载作用下桩顶等效竖向位移较小,桩身侧摩阻力、端阻力大部分未充分发挥,实测桩侧摩阻力可能比勘察提供的侧摩阻力值大;按照经验法和简化法得到的3根试桩的计算安全系数差别较小,均大于2.2,验证了试桩的安全性和自平衡方法的可靠性。