水平荷载作用下筒桩承载性状数值研究

采用三维有限元、无限元耦合分析模型,并考虑了桩土体系中混凝土开裂引起的非线性、钢筋与混凝土的耦合作用等因素,研究了水平荷载作用下筒桩的承载性状。结果表明,大直径筒桩荷载-水平位移曲线呈缓变型,水平承载力主要应由桩顶的水平变形予以控制;剪力集中分布在桩顶及地面附近,建议对上两处加强配筋;当桩体周围土质条件较差时,增加桩长并不能有效地提高桩的水平承载力,且存在一个最优桩长,同时满足承载、抗弯和稳定性要求;筒桩壁厚存在临界厚度,靠增加壁厚的手段来减小桩的横向变形能力有限;随着桩径的增加,桩的水平极限承载力增加明显。     

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。     

公路扩建工程管桩贯入过程桩土位移特征

PHC管桩被广泛应用于软基处理中。近年来高速公路改扩建项目较多,基于中-江高速公路改扩建项目,开展了PHC管桩挤土效应现场试验研究,实时监测沉桩时桩周土与既有管桩桩身不同深度及不同水平距离处的水平位移,分析管桩的沉桩挤土位移。试验结果表明：管桩沉桩引起的土体位移随距离增大而减小,群桩引起的挤土位移呈现顶部大、底部小的分布形式,X、Y方向位移量差值大;既有桩体桩身位移分布在桩身的1/3～2/3处,影响范围为4倍桩距;既有路基对管桩挤土位移有明显的约束作用。     

沉桩挤土效应的桩身与土体水平位移分析

依托XT高速公路K63+500附近引孔加桩加固管桩地基路堤工程,划出一块区域作为试验区,进行了管桩施工时的桩体及桩间土的水平位移测试,并根据桩体水平位移(沿深度)曲线推算得到新加管桩的桩身最大弯矩。结果表明:(1)沉桩挤土效应对桩体和桩间土所产生的水平位移基本一致;(2)由管桩和桩间土内测斜管测得的水平位移沿深度曲线计算出的最小曲率半径接近,其中曲线上段所得的管桩最小曲率半径是桩间土的0.93倍,下段为0.90倍。(3)引孔加桩施工的挤土效应明显,部分新加管桩桩身最大弯矩超过管桩最小开裂弯矩,可能已经出现开裂。     

基于FLAC3D的大直径实心桩承载性能数值模拟研究

基于FLAC3D模拟软件，对大直径实心桩竖向及横向的承载性能和变形特性进行数值模拟。深入而全面的研究了大直径实心桩的受力机理、承载性能与变形特性，得出以下结论：本次模拟的大直径实心桩的单桩承载力极限值为82000kN，单桩承载力特征值为41000kN，水平承载力极限值为1750 kN，水平承载力特征值为1000 kN。随着竖向位移的增大，桩周土体的沉降随着距离桩体距离的增大而减小，桩端土体与桩体和桩周土体相比沉降较小，模型承受荷载过程中桩身的压缩量较大。在各级荷载作用下，桩身轴力随着深度的增加而减小，至桩端处桩身轴力几乎降至为零。在施加水平荷载之后，桩顶部分的水平位移最大，随着桩体埋藏深度的增加，桩身位移迅速减小至零，桩身弯矩随着桩体埋藏深度的增大呈先增大后减小至零。     

含桩地基重复加卸载过程中侧向约束桩弯矩变化规律试验研究

侧向约束桩桩身弯矩问题比较复杂,该文采用室内模型试验研究含桩地基重复加卸载过程中侧向约束桩桩身弯矩特性,结果表明:1含桩地基重复加、卸载过程中,侧向约束桩桩身弯矩沿深度先增大、后减小,有1个峰值(首次加载有2个峰值),峰值出现在0.37倍埋置桩长附近;2桩身弯矩随含桩地基加、卸载而相应增、减。重复加、卸载到相同荷载时,桩身弯矩随加、卸载次数增加而减小;3首次加载达到P-s曲线拐点荷载时,弯矩增长缓慢,第2~4次加载到P-s曲线拐点荷载的前级荷载时,弯矩增长缓慢。说明加载到一定程度时,桩间土作用恒定,桩体作用逐渐发挥,桩体抑制了侧向约束桩弯矩的增长。侧向约束桩弯矩受含桩地基桩间土控制。试验结果为含桩地基侧向约束桩的设计提供了依据。     

用三维有限元法对超长单桩承载性能的研究

为了研究超长单桩与普通单桩承载性能的异同,基于有限元-荷载传递联合法,利用通用有限元软件ABAQUS,对均匀土中超长单桩的承载性状进行了分析研究。具体分析了桩长、桩径对超长大直径桩承载性能的影响,桩长越长,单桩极限承载力越高,同样荷载条件下桩顶位移越小,但这种提高的趋势变缓;桩径越大,相应桩的极限承载力越低;桩顶荷载位移曲线基本呈缓变型。桩身压缩量随桩长增加而增加,随荷载增加的变化基本上呈线性变化,但是桩长越长,这种变化表现出非线性,即桩身压缩量随桩顶荷载增加的趋势变大。     

土工格栅包裹碎石桩力学特性数值模拟分析

为了研究加筋包裹碎石桩中土工格栅和碎石的力学参数对桩体承载性能的影响程度,基于室内试验建立ABAQUS三维有限元计算模型,分析碎石内摩擦角、碎石弹性模量和土工格栅弹性模量对桩体承载力、桩身侧向变形和桩土应力比的影响,探讨分析了3个参数提高桩体承载性能的作用机理。结果表明:碎石内摩擦角对加筋包裹碎石桩的桩体承载力的敏感度最高,碎石弹性模量对桩土应力比的敏感度最高,土工格栅弹性模量对桩身最大侧向变形的敏感度最高;碎石内摩擦角、土工格栅弹性模量、碎石弹性模量对于桩体承载性能的影响分别主要表现为提高桩体承载力、减小桩身侧向变形,以及提高桩土应力比、增强桩身荷载传递性能。     

水平荷载作用下斜桩承载变形性状数值分析

为研究水平受荷斜桩的承载变形性状,采用有限元软件模拟了斜桩在水平荷载作用下的性状并与直桩进行了比较,分析了桩身倾角、桩顶竖向荷载对斜桩桩身水平位移、桩身弯矩及剪力的影响,研究了斜桩与桩侧土之间的挤压、剪切相互作用,对水平受荷斜桩有效桩长的影响因素进行了探讨。结果表明:正斜桩的水平承载力比直桩大,负斜桩的水平承载力比直桩小;桩身倾角对斜桩水平位移、桩身弯矩及剪力有较大的影响;正斜桩桩顶水平位移小于直桩,负斜桩桩顶水平位移大于直桩,桩身倾角越大,斜桩与直桩桩顶水平位移差异越大;正斜桩、负斜桩的桩身弯矩均小于直桩,桩身倾角越大,正斜桩桩身弯矩越小,负斜桩桩身弯矩越大;正斜桩及负斜桩桩身剪力均小于直桩,正斜桩桩身剪力小于负斜桩桩身剪力;桩顶竖向荷载对正斜桩、负斜桩水平承载力的影响不同,竖向荷载提高了负斜桩的水平承载力,削弱了正斜桩的水平承载力;水平受荷斜桩与桩侧土之间的相互作用以挤压为主,剪切作用较弱;水平受荷斜桩存在一个有效桩长,对于相同的土层,无论是正斜桩、负斜桩,其有效桩长基本相同;桩侧上部土体剪切模量增大对减小有效桩长有显著的影响,下部土体剪切模量变化对有效桩长影响不大。     

砂土地区超长钻孔桩承载性状研究

加蓬共和国Ogooué特大桥桥位处的地层为深厚砂土层,基桩均采用钻孔灌注桩,采用数值方法研究了桩长、桩径、桩土弹模比、桩端土与桩侧土弹模比对超长钻孔桩承载性状的影响,分析了各因素下桩顶位移-荷载曲线、桩端位移-荷载曲线、桩身轴力传递、桩身压缩以及桩侧摩阻力的承载特性。结果表明:在一定桩长范围内增加桩长可提高基桩承载力,超过一定长度后增大桩长并不能提高基桩承载力;超长基桩在达到承载力时桩顶位移大,其中桩身压缩量占较大的比例,在大吨位超长基桩设计时应选择合理的长径比来提高基桩承载力;提高混凝土强度等级对增加基桩承载力较小,但能改善桩顶的沉降特性,基桩混凝土强度等级可选用C30～C35;增大桩端土的弹性模量可改善桩顶荷载-位移特性;其研究成果为砂土地区超长钻孔桩的设计与施工提供了一定的理论参考依据。     

层状地基中水平受荷桩-土相互作用试验

为了深入研究侧向受荷桩的承载特性及抵抗变形的能力,结合实际工程中天然土体的成层特性,开展了侧向受荷桩的室内模型试验,研究了不同粒径土层厚度及相对密实度对桩土相互动态耦合作用的影响,并结合PIV图像技术,分析了桩周土体位移场的发展趋势,为水平受荷桩的设计提供了理论依据。试验结果表明：①土体刚度与较小粒径土层的厚度呈正相关关系,而较大粒径砂土层厚的增加则对整个桩土体系的刚度产生了弱化作用;②当桩顶位移相同时,随着较小粒径砂土层厚的增大以及相对密实度的提高,土抗力随之增大,在深度为5~6倍桩径范围内达到最大值,且相对密实度对土抗力的影响更大;③水平受荷桩的桩前和桩后砂土表面均形成了一个纺锤形的位移影响区域,且此区域与水平加载方向的最大夹角随土层条件和相对密实度的变化很小,其值均为45°左右;④在相同的桩顶荷载下,砂土相对密实度的增大约束了桩体的运动趋势,使得桩体的水平位移减小,例如,当桩顶荷载均为30 N,密实度为0.5时桩前砂土的最大位移影响范围比密实度为0.3时普遍减少了约1倍桩径的距离;⑤桩身弯矩值随着较小粒径土层厚度的增大而增大,最大弯矩约出现在0.15 m深度（5倍桩径）处;随着砂土相对密实度的提高,桩身弯矩也逐渐增大,最大弯矩所在的位置逐渐上移。     

竖向加卸载下邻近双端约束倾斜桩侧移规律试验研究

深厚软基上修建高路堤时,路基经常发生不均匀沉降、滑移甚至垮塌,必须探索有效控制措施。基于倾斜桩和竖直桩工程特性,提出在坡脚设置倾斜桩、桩顶部设置连梁方案。采用室内模型试验,对承压板进行3次循环加卸载,测试承压板侧面处顶端设置连梁、底端约束的倾斜双排桩的水平位移,研究高路堤荷载作用下坡脚倾斜桩水平位移变化规律。结果表明:加载过程中,桩顶和桩身水平位移均随地基侧向荷载增加而增长,增长率随加载次数增加而降低;第2次加载超过首次加载最大压力时,加载曲线沿第1次加载曲线的延长线发展,水平位移随着荷载的增大继续增加;卸载的初、中期,桩身的回弹变形均不敏感,卸载到0时才产生明显的回弹变形,说明加载所产生的变形均主要为塑性变形;桩顶与桩底回弹量均小于桩身中部,说明桩顶连梁、桩底约束嵌固约束了水平位移;地基侧向荷载一定时,在0°～9°范围内,桩顶和桩身水平位移均随倾斜角增加而减小;相同荷载作用下,负斜桩顶侧移小于竖直桩,与负斜桩主动承受桩顶水平荷载作用下桩顶水平位移大于直桩相反;实际工程中,坡脚桩采用底部嵌岩、顶部设置连梁的倾斜桩,更有利于抵抗滑移。     

考虑软化效应的滨海软土区基桩受力与变形特性分析

为探讨水平荷载作用下滨海软土区基桩受力与变形性能,首先根据滨海软土区基桩受荷特点建立相应的简化受力模型;其次,考虑滨海软土的软化效应,对现有的p-y曲线模型进行修正;据此导出滨海软土区基桩挠曲微分方程,并通过传递矩阵法对其内力及位移进行求解,获得考虑软化效应的滨海软土区基桩非线性计算方法;最后,结合相关工程案例,分析软化参数、桩径和桩体弹性模量对基桩水平承载性能的影响。研究结果表明：采用传递矩阵法对软土区水平受荷桩进行受力分析精度较高,计算效率也高,可为相关工程提供参考;软化参数每增加0.3,地面处桩身水平位移分别减小24.12%和43.04%;桩径每增加0.7 m,地面处桩身水平位移分别减小62.63%和79.65%,桩体位移及内力的影响深度随桩径增大而增大;桩体弹性模量由25.5 GPa增加到36.0 GPa时,桩身变形量分别减小了6.25%和23.06%。     

路堤下水泥土桩复合地基荷载传递规律研究

考虑到路堤荷载下水泥土桩复合地基变形特性,假设了桩间土竖向变形模式,在此基础上,根据弹性力学基本原理,推导得到了水泥土桩复合地基桩身轴力与桩侧摩阻力的解析表达式。理论分析和有限元计算表明,路堤下复合地基桩身出现中性点,中性点以上产生负摩阻力;桩侧正、负摩阻力以及桩身轴力随桩体模量增加或土体模量减小而增加,随桩顶荷载增加而增加。理论计算结果与有限元计算结果比较一致。推导的桩身轴力与桩侧摩阻力解析表达式可为工程应用参考。     

饱和黄土地区CFG桩复合地基承载特性有限元分析

以西部管道工程兰州原油末站为工程背景,运用ANSYS有限元软件分别研究了不同荷载、褥垫层厚度、桩体模量及桩径对饱和黄土地区中CFG桩复合地基沉降的影响。结果表明:沉降随着荷载的增加而增大,桩间土荷载分担比随着荷载的增加逐渐减小,而桩荷载分担比逐渐增大;承台的沉降随褥垫层厚度增加略有增加,桩顶沉降却略有减小,且当褥垫层厚度相同时,桩土应力比随着荷载的增加而增大,在相同荷载下,桩土应力比随着褥垫层厚度的增加而减小,沉降与桩体模量的变化关系类似于玻尔兹曼函数;沉降随桩径的增大而减小。     

横轴向荷载作用下空心桩受力性状数值仿真

利用MARC软件,建立了空间三维有限元模型;对横轴向荷载作用下不同长、径比下空心桩的水平位移分布规律进行了分析,提出了大直径空心桩的刚性与柔性界定标准,并得到了桩身第一水平位移零点随桩长的变化规律,在同一桩长和桩径情况下,第一零点位置受荷载的影响很小。     

刚性基础下筋箍碎石桩复合地基桩土应力比计算模型

桩土应力比是筋箍碎石桩复合地基沉降计算中最重要的参数，但由于其涉及到桩体、土体及筋材三者之间的复杂关系且影响因素众多，目前尚无明确的计算方法。基于此，根据刚性基础下筋箍碎石桩复合地基的受力变形特征，首先通过数值模型研究筋箍碎石桩复合地基桩土应力比与荷载、埋深、筋材刚度以及桩土弹性模量比的关系。根据数值模型揭示的桩土应力比变化规律，提出一个新的桩土应力比计算模型，并依据该模型在假设桩体、土体及筋材应变协调的基础上利用弹塑性分析方法推导刚性基础下筋箍碎石桩桩土应力比的解析公式；基于建立的模型及计算公式探讨桩土应力比与各主要影响因素之间的关系。研究结果表明：该解析公式基于弹塑性理论分析，但也能考虑现场桩土应力比实测值，能够综合反映桩体、土体、筋材、埋深及荷载之间的相互影响作用，并且形式简单，计算方便；刚性基础下筋箍碎石桩桩土应力比在相同荷载水平下随埋深、筋材刚度、面积置换率、桩土弹性模量比及桩体摩擦角的增大而增大，随着荷载水平的增加则会逐渐降低并趋于稳定值；在碎石桩复合地基沉降计算中不宜采取单一的桩土应力比参数，而是应该根据荷载水平以及计算深度分层选取合适的桩土应力比作为计算参数。     

群桩复合地基桩土应力比数值模拟研究

结合南京某软基处理工程现场试验,应用有限元软件ABAQUS建立模拟群桂复合地基的三雏模型,分析了不同桩身模量、土体模量、桩长、褥垫层厚度及褥垫层模量下的桩土应力比分布.结果表明群桩复合地基桩土应力比随桩身模量、褥垫层模量和桩长的增大而增大,随桩周土体模量和褥垫层厚度的增加而减小;群桩复合地基桩土应力比理想值为20～25...     

路堤重复加卸载下坡脚倾斜摩擦桩变位规律试验研究

通过模型试验研究路堤重复加卸载下坡脚处顶部约束双排倾斜摩擦桩变位规律,为坡脚处抗滑桩优化设计提供依据。结果表明:①加载过程中,顶部约束后排摩擦倾斜桩桩身侧移随深度变化曲线与纵轴之间呈"上宽下窄"的倒梯形,破坏模式为"平移+绕桩底转动"。对于0～9°负斜桩,加载过程中桩身侧移随倾斜角增大而减小。首次加载过程中,桩身侧移随加载增加而增加。再次加载过程中,首次极限压力范围内桩身侧移不敏感,超过首次极限压力时,侧移随加载增加而增加;加载到一定压力下,侧移增速减小;②相同荷载作用下,负斜桩顶侧移小于竖直桩,与负斜桩主动承受桩顶水平荷载作用下桩顶水平位移大于直桩相反。首次加载时,各倾斜桩顶侧移均随荷载增大而增大,加载到一定值时,竖直桩顶侧移突增、率先屈服,随后趋于稳定。再次加载时,桩顶侧移随荷载增大而缓慢增加,荷载超过前一次加载的最大荷载时,倾斜桩顶侧移突增,地基侧向加载与桩顶侧移曲线将回到前次加载曲线的延长线,即具有记忆效应,随后屈服、趋于稳定;③卸载过程中,桩身各截面侧移不敏感,仅仅卸载到最后1～2级荷载时才有明显减小。工程中,建议将坡脚抗滑桩尽量斜向道路中线设置一定倾斜角度,以减少桩顶桩身侧移,提高抗滑移效果。     

水泥搅拌桩有效桩长的相关探讨

分析了水泥搅拌桩单桩静载试验成果,发现有效桩长是真实存在的,在有效桩长外加大桩长并不能提高搅拌桩的承载能力.提出了以桩侧摩阻力作为控制条件确定有效桩长的方法,同时分析了桩顶荷载、桩体刚度、桩身强度等因素的影响,发现桩顶荷载越大、桩体刚度越大,荷载越容易传递到桩身下部,因而有效桩长越长;当桩身强度合格时,分析得出的有效桩长是真实的,而当水泥土搅拌不均、桩身不连续、强度过低,则显示出较小的、虚假的有效桩长.