路堤下复合地基桩土应力比计算方法研究

通过深入研究复合地基桩土界面摩阻力发挥机制,将桩侧摩阻力分为塑性区与弹性区,并假设了其折线形分布模式,根据中性点、桩土界面屈服点以及桩端处的桩土相对位移条件,建立了桩土相互作用的控制代数方程组,同时引入"等沉面模型"考虑路堤土拱效应,根据路堤与桩土加固区的变形协调,最终建立了路堤荷载复合地基桩土应力比计算方法,并编制了相应的计算程序。最后采用某工程实例对本文方法进行了验证,计算结果与实测值较为接近,表明了方法的合理性。     

考虑桩土滑移的路堤下刚性桩复合地基沉降计算

为建立能考虑桩土滑移特性和桩间土非均匀压缩变形特征的路堤下刚性桩复合地基沉降计算方法,以均布荷载下等桩长刚性桩复合地基中单桩等效加固单元体为研究对象,基于桩土相互作用的上部负摩阻塑性区、中部协调变形弹性区和下部摩擦承载塑性区三区段模式,采用剪切刚度和极限摩阻力随法向应力变化的等单位长度极限剪切位移理想弹塑性模型,建立了弹性区非线性和塑性区非均匀的桩侧摩阻力分布模型;考虑桩土滑移特性及桩间土非均匀压缩变形特征,根据单元体桩土荷载传递微分方程,导出了表征路堤下刚性桩复合地基性状的沉降和桩土应力比的解析表达式,分析了路堤荷载及垫层柔度系数对沉降和桩土应力比的影响。研究结果表明:沉降随路堤荷载及垫层柔度系数的提高而增大;桩土应力比随垫层柔度系数的增加而减小,随路堤荷载的提高呈先增大后减小的变化趋势,据此提出了采用最大桩土应力比进行路堤下刚性桩复合地基承载力及沉降设计的技术原则。     

柔性桩与土相互作用非线性分析的增量传递矩阵法

对桩侧土采用非线性荷载传递函数,对桩端土采用线性荷载传递函数,同时考虑桩周土所分担的荷载对单桩荷载传递规律的影响,利用增量荷载传递矩阵法及微分方程的近似解法--子域法,推出了刚性承台下柔性桩与地基非线性相互作用的近似解析算式。为了验证该方法的可行性,通过试验将试验结果与有限元结果及该方法所得结果进行了对比,对比表明:该理论解与现场实测值、有限元计算值都非常接近。     

疏桩路基中桩土荷载分担的荷载传递解析法

针对疏桩路基结构的作用特点,分析了路堤荷载下基底桩、土荷载效应。基于Marston埋管理论,建立了一种疏桩桩帽荷载作用于上部路基(垫层)的应力重分布解析模型,考虑了路基应力重分布时竖向荷载应力水平和剪切强度发挥的影响,结合路基-垫层双层体系工程性状特点,建立了一种适用于路基多层体系的基底荷载分担分段平衡解析法,进一步揭示了路基荷载转移机制。通过工程实例现场实测结果对本文计算方法进行了验证,并与其它计算方法结果进行比较分析,结果表明采用本文方法计算的桩土应力比接近实测结果。     

考虑桩土界面相对位移与界面外土体剪切变形抗拔桩荷载传递分析

传统理论分析方法在分析桩体荷载位移关系时,都存在各自不同的缺陷。剪切位移法假定桩土界面不产生相对滑移,荷载传递法的分析计算是基于一种表征桩侧摩阻力与桩体总位移关系的桩土荷载传递模型之上,但事实上桩侧摩阻力是由桩土界面相对滑移产生的。通过对抗拔桩变形模式进行分析发现,桩体总位移可以分为桩土界面相对位移与桩土界面外土体位移两部分。因此,通过建立一种表征桩侧摩阻力与桩土界面相对位移关系的桩土界面荷载传递模型,结合使用桩土界面荷载传递原理与剪切位移法对两部分位移量进行计算,从而得到了不同荷载作用下桩体总位移。通过与工程实例进行对比,证明了本方法的合理性。     

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。     

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。     

基于RBF神经网络桩土荷载分担比计算研究

将神经网络理论应用在桩土荷载分担比计算领域,借助自控领域信号处理的思路,利用高度的非线性拟合和预测功能,应用径向基函数神经网络的映射模式进行桩土荷载分担比的计算.经分析和实例验证,说明使用RBF神经网络来计算桩土分担荷载比是可行的.     

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。     

路堤荷载下CFG桩复合地基沉降计算及应用

对路堤荷载下刚性桩复合地基桩土变形特点进行分析,针对前人桩间土位移模式存在的不足,提出了改进的位移模式;再对桩体和土体进行受力分析,在此基础上建立了路堤荷载下刚性桩沉降计算方法,该方法能同时考虑桩土相对滑移的因素和土体变形的非同步性;通过工程实例分析,表明了该方法的合理性与可行性。     

柔性基础下刚性桩复合地基沉降计算

针对刚性桩复合地基中桩、土、垫层相互作用特点,通过拟合桩土单元体竖向相对位移分布函数,引入弹塑性荷载传递模型,并考虑桩体的上刺与下刺变形以及中性点和桩土界面变形协调,对桩土相对位移变形形式、桩侧摩阻力变化规律、桩端土反力模型作一定的简化,建立出刚性桩桩复合地基沉降计算的基本微分方程,进而提出了一种新的能考虑桩-土-垫层体系共同作用的柔性基础下刚性桩复合地基沉降计算方法。最后,采用该沉降计算方法对模型试验及工程实例进行分析。结果表明,柔性基础下与刚性基础下刚性桩复合地基变形模式与桩土应力比有很大的差异,沉降计算值及桩土应力比与实测值吻合较好,且该方法计算工作量小,能够对刚性桩复合地基沉降量计算提供参考。     

基于能量法的桩柱式高桥墩-桩基结构稳定性分析

在深入研究山区高桥墩—桩基结构屈曲机理基础上,首先,根据工程实际及桩柱式高桥墩—桩基结构平面受力模式,确定出符合工程特性的框架结构简化计算模型,其次,通过研究其失稳模式及内力计算方法,求得考虑高桥墩—桩基轴向变形的转角—位移方程,并结合能量分析方法建立桩柱式高桥墩—桩基结构平面内稳定性分析方法,然后,框架结构平面外受力特点确定出其稳定性分析力学模型,进而建立出考虑竖向荷载与水平荷载共同作用时高桥墩—桩基结构平面外稳定性分析方法,工程实例分析表明,考虑高桥墩与桩基共同作用的框架结构稳定系数比高桥墩框架结构稳定系数低,符合工程实际,表明了本文所建立方法的合理性与可行性。     

基于摩擦拱的抗滑桩间距计算模型研究

基于桩间摩擦拱效应,考虑坡面倾角对抗滑桩桩间距的影响,并以此建立计算模型,分别得到了相应的桩间距计算方法。通过考虑摩擦拱顶部和拱脚处土体强度,得到了相应的计算桩间距公式,并在一定条件下以此为临界点来最终确定桩间距的计算结果。通过工程实例,进一步验证了考虑斜坡倾角情况下抗滑桩桩间距的计算模型比较合理,并分析了桩间距与土体内摩擦角以及桩间距与斜坡倾角之间的关系。     

考虑桩侧土软化时单桩荷载-沉降关系的解析算法

桩周土选用三折线软化模型 ,桩端土选用双折线硬化模型 ,在此基础上导出了桩身截面轴力随深度变化及桩顶荷载—沉降关系的解析算式 ,并由此分析了桩周土和桩底土性状对桩身截面轴力及 P0 - S0 关系曲线的影响。通过对株洲地区试桩进行理论拟合得到了所需的计算参数 ,然后对邻近试桩进行计算对比 ,计算值与实测值相当接近 ,这说明该方法在工程中是可行的     

对桩尖位移等值法的改进

在承受竖向荷载时,单桩承受桩端阻力和桩侧摩阻力。通过计算桩的荷载传递曲线,可得出桩侧摩阻力以及桩的轴力随单桩深度的变化关系,以及求解不同荷载对桩端阻力和桩侧摩阻力的影响。通过Excel以及VBA内嵌Excel编程对曹汉志提出的桩尖位移等值法进行探讨,经计算发现:只有桩的某一段,轴力、摩阻力、位移可以得到合理的结果,而其余桩段部分,结果与实际不相符合。探讨了计算结果不合理的原因,并对其方法进行改进,经检算,计算结果更符合工程实际。     

软土地基水平受荷桩基础力学性能研究

通过国内不同规范和文献的对比研究以及工程实例分析,建议以桩基地面水平位移达到6 mm的水平荷载作为桩基横轴向容许承载力,或者采用建筑桩基规范桩基水平承载力公式估算。考虑到软土地基桩土作用非线性的特点,引入了NL法对水平受荷桩内力和变形进行分析,建立了软土地基桩基在水平荷载作用下的精确分析方法;在相同的水平荷载作用下,采用m法计算的水平受荷桩变形值和内力值要比采用NL法计算的数值分别增大150%、15%左右,采用m法进行水平受荷桩设计时偏于保守。     

基于位移的PHC管桩-土相互作用计算方法

在预应力高强混凝土（PHC）管桩-土相互作用低周往复荷载拟静力试验的基础上,研究桩身水平变形和桩侧土压力分布规律和计算方法,提出基于位移的桩-土相互作用计算方法,并与常用的M法和土压力（p）-桩身位移（y）曲线法等进行了比较。研究结果表明：应变换算法、M法以及p-y曲线法在计算桩身水平变形时存在较大误差;桩侧土压力分布规律为沿桩深度方向先增加后减小并在一定深度内反向;同时,随着位移荷载的增加,较浅层土压力增加较快,最大接近极限被动土压力,而较深层土压力增加相对缓慢;采用M法计算得到的桩身内力与变形呈线性变化,会高估桩身的承载能力,给抗震设计与计算带来不利影响,偏于不安全;p-y曲线法计算得到的桩身内力与变形关系没有明显的破坏与下降段,高估了桩-土体系的延性,偏于不安全,也与试验结果相差较大;提出的基于位移的桩-土相互作用简便计算方法能较好地计算静载或周期性荷载作用下桩基的内力、变形以及桩周土压力,可为有关规范的制定提供参考与借鉴。     

黄土地区抗滑桩嵌固段桩前被动土拱形成演化过程试验

抗滑桩是大型交通基础设施中稳定边坡和治理滑坡的主要手段之一，嵌固段桩前被动土拱效应是影响抗滑桩水平承载力的重要因素，被动土拱的形成演化过程是抗滑桩水平抗力调整的关键。通过几何缩尺比例为1∶15的抗滑桩物理模型试验，对桩前被动土拱的形成演化过程进行了探究。根据抗滑桩桩前被动土拱和模型试验系统的对称性，自主设计土压力传感器的布设方案，以保证在试验过程中对桩前土体各测点的x和y方向土压力分布规律进行实时采集；采用千斤顶对模型桩施加水平荷载，对加载过程中抗滑桩嵌固段桩身弯矩、桩前土压力及桩前土体应力变化规律进行了分析。绘制桩前土体应力云图并对桩前被动土拱拱轴线进行了拟合，同时采用数值模拟方法进行对照分析，以揭示桩前被动土拱的演化过程。结果表明：①桩身弯矩和桩前接触土压力均在嵌固点下4倍桩宽处附近出现极大值，后随埋深逐渐减小；②桩前被动土拱是由相邻桩对桩前土体的相互作用使主应力发生偏转而逐步形成的，其演化过程可分为初步形成阶段、承载阶段和破坏阶段；③桩前被动土拱拱轴线呈抛物线形式，随埋深逐渐增大形成被动土拱所需桩顶位移随之增大；④同一埋深处桩前被动土拱矢跨比随桩顶位移增加而逐渐变大，在承载阶段土拱矢跨比随埋深逐步减小。     

填土荷载对邻近桩排影响的有限元分析

建立了填土荷载对邻近桩排作用的三维有限元模型,分析桩顶边界条件和桩-土接触变化时桩基的不同性状,探讨了桩-土间土拱效应,分析了桩身挠曲、桩侧土压力和桩身轴力同填土荷载之间的变化规律。结果表明,填土荷载作用下,桩身挠曲与填土荷载成非线性关系,可以用三折线模型来模拟;桩顶自由时,桩前的土压力介于朗肯主动土压力和被动土压力之间,呈非线性分布。同种土中,桩侧土压力沿桩身呈线性分布,但比Ito理论和沈珠江理论求得的极限土压力都小。桩-土间设置接触单元能更实际地模拟桩基负摩擦力。所得结论对研究被动桩桩-土相互作用以及桥台桩基的设计和施工提供参考。     

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。