水平荷载作用下考虑轴向力的桩间动力相互作用因子

在前人工作的基础上,考虑水平荷载作用下桩受轴向力作用,采用动力WINKLER地基模型,利用梁的动力微分方程,求解桩间动力相互作用因子的简化计算方法。通过分析表明,在轴向力作用较大的情况下,动力相互作用因子所受的影响较为明显,将对动力反应峰值产生影响。在将所得结果与前人工作结果比较的基础上,提出考虑轴向力作用时的影响因素为桩土之间的弹性模量之比、无量纲频率及桩距等,同时指出各影响因素的影响程度。     

夯扩碎石桩群桩承载性状研究

对2个初始直径为0.76m、桩长为2.79m和5.10m的夯扩碎石桩群桩进行载荷试验,并采用三维拉格朗日有限差分程序建立数值模型,模拟其夯扩和载荷试验分级加载过程,并分析了桩土应力比、群桩效应和桩间土单元的应力路径。结果表明:数值分析很好地模拟了夯扩碎石群桩的夯扩过程,群桩夯扩成桩后最大垂直位移位于桩间土中心且表现为地面隆起;计算和实测的荷载-沉降曲线基本一致;2个不同桩长的夯扩碎石桩群桩在各级荷载下的桩土应力比都比较接近,其值在3.8～6.5之间;群桩效应跟桩长与承台宽度比L/Bc相关,群桩负效应随L/Bc的增大而减弱;2个不同桩长的群桩桩间土单元在夯扩过程中其水平应力大于垂直应力,单元应力处于临界破坏状态;夯扩作用在桩间土中产生预应力,提高了土体刚度和夯扩碎石桩的承载能力,靠近桩端的土体单元预应力受桩端夯扩效应影响而增大。     

现浇X形桩复合地基桩土应力比及负摩阻力现场试验

结合南京市桥北污水处理厂软基处理工程,开展了现浇X形桩(简称X形桩)单桩及单桩复合地基竖向承载力特性现场试验,测得了荷载-沉降曲线、桩土应力比、桩身轴力以及桩侧负摩阻力等分布规律,分析了不同桩间距与荷载等级下复合地基中桩土协调相互作用和荷载分担比;并进行了同等条件下等混凝土用量圆形桩竖向承载力特性试验和分析。结果表明:复合地基中X形桩桩侧负摩阻力主要发生在0.27倍桩长以上;同等条件下,桩侧负摩阻力最大值约为其正摩阻力最大值的60%;X形桩复合地基桩土荷载分担比较普通圆形桩复合地基桩土荷载分担比更合理,承载力也更高。     

轴向附加力系作用下的群桩动态反应分析

为了较全面亦合理地揭示水平桩基振动特性,在建立桩的动力平衡方程式时均引入了桩顶静轴向力对水平位移影响的二阶偏导项,较为全面的揭示了群桩-分层土系统中各桩间的惯性相互作用效应(文中表征为动力位移相互影响因子)。由数值计算可知,桩顶轴向力的引入不能从本质上改变桩基振动形式,但会具有一定的P-△效应,其存在不仅增大了单、群桩水平变位,而且对基桩动力反应也会有明显影响。     

高速铁路CFG桩复合地基现场试验对比研究

结合现场试验,研究了柔性基础下采用CFG桩帽网复合地基和CFG桩桩板复合地基的工作性状,并对二者的地基沉降和桩土应力比进行了对比分析。试验结果表明:复合地基帽网比桩板的沉降大;CFG桩复合地基桩土应力比随着荷载增加而增大,当加载结束后,桩土应力比趋于平缓;稳定后,帽网复合地基的桩土应力比为516,荷载分担比为62 %,桩板复合地基的桩土应力比为663,荷载分担比为79 %;CFG桩桩板结构的整体特性优于桩帽结构。     

上拔力作用下桩土相互作用数值分析

上拔力作用下桩土之间的相互作用较复杂。文中利用ANSYS软件建立石首建宁大桥桩土模型,选择桩土作用非线性Drucker-Prager模型,结合桩土接触面特性与荷载传递机理分析上拔力作用下桩身轴力、桩侧土压力和桩侧摩阻力的变化。结果表明,上拔力作用下桩身轴力由上到下逐渐减小,钢管桩表现为纯摩擦桩;桩侧土压力随深度逐渐增加,与库伦土压力公式计算结果吻合;上拔力作用下桩侧摩阻力自上而下逐步发挥,最大摩阻力出现在桩的中下部。     

高速公路CFG桩复合地基承载特性现场试验与数值分析

对某高速公路软基试验段填砂路堤下CFG桩复合地基承载力特性进行了现场试验,同时采用有限差分法建立数学模型,对复合地基桩土应力与土体沉降进行了数值仿真计算。结果表明:现场实测路堤加载下的桩土应力比与静载试验测试的桩土应力比相差较大,数值计算的桩土应力与实测路堤加载下的桩土应力比较为吻合。目前采用静载试验确定路堤荷载下CFG桩复合地基承载力是不合适的,该文的研究成果可为该地区公路软基CFG桩复合地基设计提供参考。     

桩-土-结构共同作用下声屏障结构自振特性

在考虑桩-土-结构共同作用的基础上,对插板式声屏障结构的自振特性进行了分析,重点研究了桩-土-结构相互作用因素以及声屏障结构设计参数对自振特性的影响。结果认为:考虑桩-土-结构共同作用时的结构自振频率小于刚性假定下结构体系的自振频率;声屏障结构的高度对结构自振频率影响较明显;随延伸长度增加结构自振频率变化较小。     

桩网复合地基桩身受力特性模型试验

以某沿海铁路软土地基处理工程为依托,对桩网复合地基桩身受力特性进行了室内模型试验,得出了桩身轴力随着路堤填土荷载的增加而增大,随着桩间距的加大,桩身中性点下移;桩土应力比随着路堤填土荷载的增加而增大,随着桩间距加大明显增大等结论,为工程设计提供了理论参考依据。     

素混凝土桩和搅拌桩处理城市道路路基的原位试验

在较差地质条件、不同填筑材料情况下,用素混凝土桩和搅拌桩进行了城市道路路基处理的原位试验,分析了超孔隙水压力、桩间土分层沉降、附加有效应力、路基深层土的侧向位移等数据。结果表明:在正常荷载作用下,素混凝土桩复合地基浅层应力向桩体集中,并通过桩向深层扩散,桩顶和桩底的刺入较为明显,有单桩效应;而对于搅拌桩,大部分桩间土和桩没有相对位移,形成了一个加固整体,应力在桩顶和桩底较集中,大部分荷载传到了桩底桩间土和下卧层中。     

竖向循环荷载下单桩的累积沉降特性模型试验

高速公路、铁路桩承式路基中桩基的累积沉降发展对路基变形影响很大,为有效控制路基变形并利于后续运营,有必要深入研究竖向循环荷载下单桩的累积沉降发展规律。通过新研发的土体加压装置对模型试验中桩侧土体施加额外的侧向压力,开展了竖向循环荷载下双层地基中单桩模型试验,基于模型试验结果分析了循环荷载下侧向压力对桩顶累积沉降的影响,并进一步探究了侧向增压地基中循环荷载频率、循环荷载比（CLR）、静偏荷载比（SLR）对桩顶累积沉降的影响。研究结果表明：增加侧向压力不仅提高了单桩的极限承载力,还对循环荷载作用下桩顶累积沉降的影响明显,尤其循环荷载较小时增加侧向压力可能会改变桩顶累积沉降的发展模式。循环荷载下单桩的桩顶累积沉降明显受到循环次数、SLR、CLR及循环荷载频率的影响,桩顶累积沉降随着循环次数、CLR和SLR的增加而增大,且在循环加载前期的桩顶累积沉降发展较快,CLR对桩顶累积沉降的影响比SLR的大;荷载频率的增大同样会导致桩顶累积沉降增加,并朝着不利于桩基安全的方向发展;发展型的桩顶累积沉降与循环次数的关系可用对数函数进行表述。当前仅以荷载大小作为桩顶累积沉降发展类型的判定标准存在一定的局限性,应在工程设计及运营中特别注意循环荷载频率、CLR、SLR等因素的影响。     

成层土中基于虚土桩模型的桩基纵向振动响应

基于虚土桩模型,对成层广义Voigt地基中桩基纵向振动响应进行研究。将桩截面面积范围内有限层桩端土模拟为与桩完全接触的虚土桩,桩侧土采用广义Voigt模型,结合Laplace变换求得了瞬态半正弦脉冲荷载作用下桩顶频域响应的解析解及时域响应的半解析解;同时采用参数研究方法讨论了单层桩端土和双层桩端土情况下,土层参数对桩顶振动响应的影响,并将虚土桩模型与其他桩端土支承模型进行了对比;最后将理论结果与实际工程桩实测曲线进行了拟合对比。结果表明：该虚土桩模型较为合理,能够较真实地反映桩土相互作用机理。     

岩石地基中群桩基础对相邻车站隧道影响分析——以重庆地铁1号线七星岗站为例

桩基加载会造成周围土体的位移和应力变化,继而对邻近隧道的内力和位移造成影响,特别是在群桩基础的作用下,这种影响不可忽视。以岩质地基中大跨径车站隧道与群桩基础的相互影响为研究对象,采用有限元软件对群桩位于隧道顶板上方、隧道侧壁破裂面以下及隧道底板3种模型进行对比分析,重点比较桩基加载工况下隧道位移变化及衬砌内力变化。分析表明当桩基础荷载大,隧道洞跨大时,置于隧道顶板的桩基础会明显降低衬砌安全系数,使衬砌结构遭受破坏;通过数值模拟对比分析得出当桩基位于隧道侧墙破裂面以下,且临近隧道侧墙的桩基加长至隧道拱底标高时,能大大降低对隧道衬砌结构和位移的影响,并能确保运营隧道的结构安全。     

整体式桥台-桩基-土相互作用内力计算方法研究

整体桥具有使用寿命长、施工方便、造价及养护费用低等特点，目前在国内外得到了广泛的应用与推广。以某整体桥为工程背景，设计制作了桥台-桩基结构试验模型，开展了整体式桥台-H形钢桩-土相互作用低周往复荷载拟静力试验，主要研究了桥台和桩基的应变、弯矩与剪力等。试验结果表明：桥台正向移动时桩身应变呈现“酒杯”形分布，负向移动时呈现“橄榄”形分布；同时，无论是最大压应力还最大拉应力，均是正向位移荷载作用下的要明显大于负向作用下的。因此，升温时桩基的内力要大于降温时的，也即夏季高温时的H形钢桩基受力最为不利。为减小升温对桩基的不利影响，建议整体桥合龙温度取略高于年平均温度。同时，在试验研究的基础上，进行了整体式桥台和桩基的内力计算。计算结果表明：采用现有的经典台后土压力理论或桥梁规范计算得到的台底弯矩和剪力与试验结果均存在较大偏差，而采用黄-林法可较准确地得到台底弯矩和剪力。另外，计算结果还表明：负向加载时，采用现有计算方法得到的桩身弯矩和剪力与试验结果偏差不大，分布规律也与传统桩基的相似；但是，正向加载时，采用现有的计算方法得到的桩身弯矩和剪力与试验结果存在较大偏差，分布规律也明显不同。所提出的多项式拟合法和黄-林法能够较为准确地计算得到整体式桥台-桩基-土相互作用时的弯矩和剪力，实际工程中可采用该方法来计算整体桥的桥台和桩基内力，该方法可为中国整体桥的设计与应用提供参考和借鉴。     

成都膨胀土(岩)地区地铁深基坑围护桩体系设计探讨

成都地铁2号线穿越成都市东部膨胀土（岩）地区,是国内首次大范围在膨胀土（岩）条件下修建地铁工程。当地铁深基坑采用内支撑＋围护桩体系设计时,必须考虑水平膨胀力的荷载性质和大小对深基坑的影响。运用理正深基坑计算软件计算常规下围护桩的内力设计值,再用MIDAS/GEN有限元软件对深基坑膨胀土(岩)的水平膨胀力进行分析,并提出合理的设计方法,工程实践证明,设计方法合理,工程安全可靠。可为此类设计提供参考。     

刚性桩复合地基模型在拟动力试验下的桩身反应研究

随着刚性桩复合地基在土木工程中的广泛应用,其抗震性能越来越受到人们的关注,而复合地基中桩身动力响应是确定其抗震能力的关键。为此依据相似理论,设计制作出一套主要由钢制砂箱、砂土以及比例为1∶10的3×3群桩模型组成的试验装置。将装置置于伺服加载系统下进行拟动力试验,按照相关规范输入地震波加速度时程并施加上部荷载,获得不同工况下刚性桩复合地基桩身应力应变响应结果。试验结果表明:①各桩最大剪力均发生在桩顶处,对比不同位置桩的剪力,角桩剪力响应值最大;②各桩最大弯矩值均发生在Z/L=0.3~0.43的区间内,对比不同位置桩的弯矩,角桩的桩身弯矩响应值大于边中桩,而边中桩又大于中心桩;③保持地震波的加速度峰值不变,增大施加的上部荷载,剪力和弯矩响应值会有比增大加速度峰值更大的增加幅度。     

动力湿化作用下粗粒土高路堤渗流场时空演化模型试验

为了研究动力湿化作用下渗流水在粗粒土高路堤内的迁移特性，自主研发设计制作一种室内喷洒降雨装置及车辆动力荷载模拟装置，开展动力湿化作用下粗粒土高路堤渗流场时空演化模型试验，从时间和空间2个角度描述渗流水在路堤内的迁移特性，然后根据模型试验结果，建立粗粒土渗流场时空演化机制，揭示动力湿化作用下的粗粒土高路堤边坡渐变失稳发育机理。研究结果表明：基于相似理论，开展粗粒土高路堤渗流场时空演化模型试验可以较为真实地反映粗粒土高路堤在动力湿化作用下渗流水的迁移特性；动力湿化作用下，湿润锋首先在路堤边坡表面形成，并逐渐从边坡表面向内部拓展，在坡顶处的拓展速率较小，坡脚处的拓展速率较大；受湿润锋演变规律的影响，路堤边坡监测点负孔隙水压力逐渐减小，体积含水率逐渐增大，坡前应力逐渐增加，位于坡脚浅层区域的应力增加速度较快；依据渗流水的迁移规律，将渗流影响范围内的土体自上而下分为浅层暂态饱和区、渗流水填充区及渗流水湿润区；在动力湿化作用下，粗粒土高路堤边坡将逐渐产生沿坡脚深层滑移的渐变趋势。     

连续刚构箱梁桥的剪力滞效应分析

根据一座单箱三室连续刚构组合桥梁,考虑桩-土相互作用分别建立了变截面三维梁单元和三维实体、板壳单元组合两种有限元模型,分析了桥梁在均布荷载和集中荷载作用下的剪力滞效应,并讨论了两种计算模型对动力特性的影响。结果表明,在均布荷载与集中荷载作用下箱梁的剪力滞效应明显不同,对于地震时程反应分析而言,采用变截面三维梁单元模型计算效率较高。所得的分析结果对指导这类桥梁的设计具有重要的工程实用价值。     

下滑力分布模式对抗滑桩受力特性的影响分析

为了研究下滑力分布模式不同对抗滑桩内力和位移的影响，基于桩体平衡微分方程和差分解法编制的抗滑桩计算程序，分析了下滑力分别为三角形、矩形、梯形分布模式下对抗滑桩的受力特性的影响。计算结果表明:三角形分布引起的桩体位移和内力远小于矩形分布的情形，梯形分布则介于三角形与矩形分布之间。