考虑土拱效应的土钉墙内部竖向平均应力分析

土钉支护模型多被简化为平面应变问题,土钉间沿竖向土拱效应成了主要的考虑因素。若考虑问题的空间性,则可建立基于水平土拱效应的钉土相互作用理论。在土钉墙内部应力分析中,将竖向平均应力作为重要的一个方面,可通过给定有限的假设得到解析解。基于水平土拱原理推导了竖向平均应力和水平平均应力的计算式,并通过实例进行了讨论。     

成层土中粘弹性桩纵向振动分析及工程应用

为了合理解释成层土中桩的完整性测试,建立了桩端为弹性阻尼支承、桩顶在任意荷载作用下粘弹性桩与多层土共同作用的数学模型,并利用拉普拉斯变换和矩阵理论求得了该模型的振动半解析解;然后利用卷积定理和傅立叶逆变换求得瞬态半个正弦波作用下桩顶响应的振动半解析解;最后采用数值模拟分析了桩侧土阻尼因子和桩身阻尼因子对桩顶速度响应的影响主要表现在对峰值点的衰减上,而桩侧土刚度因子主要对桩顶速度响应曲线的整体形状产生影响。     

地震作用下欠固结土桩基响应数值分析

为了研究地震作用下桩-土相互作用响应情况,采用FLAC3D数值计算软件,建立欠固结土-桩体模型,分析地震作用下,不同时间段桩侧摩阻力、桩体轴力和土体应力变形情况.结果表明:由于地震波的往复运动,引起土体水平和竖直方向的位移也发生往复变化,易导致不同位置土体发生不均匀沉降和水平剪切运动,设计时需考虑地震作用效应所导致地基与基础的不均匀沉降和水平剪切作用.但桩侧摩阻力和中性点受到地震的影响较小,因此,对这两方面进行设计时,可减少地震因素的考虑.     

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。     

大跨连续刚构桥施工阶段地震响应分析

为了研究大跨度连续刚构桥施工阶段桩-土效应对地震响应的影响,以赤水河大桥为例建立考虑桩-土效应和不考虑桩-土效应的两种MIDAS有限元模型,分别采用响应谱法和动态时程分析法对施工过程中最大悬臂端进行地震响应分析,通过对最大悬臂端位移、加速度及墩梁刚接处和墩底的弯矩、剪力的对比分析,得知考虑桩-土效应时,桥梁整体刚度下降,结构变柔,桩-土效应影响桥梁的某种动力特性;桥梁最大悬臂端位移、加速度及墩梁刚接处和墩底弯矩、剪力随着激励方向不同产生不同的变化。     

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...     

考虑土拱效应的边坡桩间土钉墙受力计算

边坡抗滑桩桩间土拱效应对桩间土钉墙各部分的受力及土钉的设计长度有重要影响,然而现阶段多依个人或者设计单位经验对桩间土钉墙各部分的受力进行计算,对土钉长度进行设计,以上传统的受力计算及土钉设计方法均未充分考虑土拱的影响,使得土拱在工程运用中受到了限制。为了推广土拱在工程中的运用,首先描述土拱形状,继而深入研究土拱对桩间土钉墙各部分受力的影响,提出了基于土拱效应桩间土钉墙受力计算方法和土钉长度设计方法,此受力计算方法认为：土钉墙的受力取拱前土体主动土压力或剩余下滑力两者中的较大者,抗滑桩的受力为拱后土体剩余下滑力与土钉墙受力之和,土钉长度设计中土钉自由段和锚固段的分界线为土拱迹线。继而结合巴（中）达（州）铁路堑坡,通过数值模拟描述土拱形状,计算土拱影响下不同截面处抗滑桩和土钉墙的受力,并结合土拱形状对土钉长度进行设计,与不考虑土拱效应时受力计算结果和土钉长度设计结果进行对比。研究结果表明：考虑土拱效应较不考虑土拱效应时,抗滑桩纵断面受力明显增大,增幅大于11%,土钉墙纵断面受力明显减小,减幅大于12%,土钉用量节省接近13%,充分说明考虑土拱效应确实对抗滑桩受力、土钉墙受力和土钉设计长度造成较大影响。     

桩板式挡土墙土压力分布特征的试验研究和数值分析

为深入揭示抗滑桩间距和桩间挡板布设位置对桩板式挡土墙土压力分布特征的影响,拟首先采用室内模型试验,研究不同桩间距与不同置板工况下桩板墙的水平受荷特性,并结合ABAQUS数值计算软件对模型试验进行对比验证,藉此探究抗滑桩间距对土拱效应影响的一般规律。结果表明：在不同桩间距下,桩前置板桩背侧土压力所达到的峰值均大于桩后置板,且同一高度下桩前置板土压力均略高于桩后置板。同时,随着桩间距的增加,桩背侧承受更多由土拱效应传递的推力荷载,致使桩间挡板位移随之增大,填土内土压力峰值向土体深处与远离桩背方向发展。在一定桩间距范围内,桩间距越大抗滑桩所承担的土压力越多,越有利于挡土板后土拱效应的发挥,但需预防桩间填土的局部坍塌破坏。采用数值模拟弥补室内模型试验监测数据的方法不足以全面获取模型内的应力应变特性。数值计算结果发现：土拱的拱矢高度与桩间距呈正相关,在一定范围内,桩间距的增加有利于土拱效应的发挥。     

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。     

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。     

基于桩土耦合作用的山坡薄壁管桩结构参数变化对力学性能影响分析

边坡上的建筑结构,由于山坡坡势的变化,基础一般承受水平荷载。运用桩基在水平荷载作用下的计算理论,对某建筑结构进行了在水平荷载下桩-土共同耦合作用的受力机理及工作性能研究,并建立山坡管桩在水平荷载作用下的有限元模型,通过改变管桩刚度、直径、壁厚、桩长等结构参数,对桩体在桩—土共同作用下的工作状态进行数值模拟,研究山坡薄壁管桩承受水平荷载时的受力、变形规律,结果表明:在横向荷载作用下,桩体的顶部出现的位移最大,且随着入土深度的增加水平位移不断减小,在桩体达到一定深度时,位移值出现了转折点,桩底出现嵌固作用;桩身弯矩随弹性模量、外径、桩长的增加而增大,随桩体壁厚的增加而减小;对桩身水平位移影响最大的为桩体弹性模量、外径、桩长,而壁厚对桩身水平位移基本没有影响;桩身的水平位移随桩体弹性模量、外径、桩长增加而减小。     

动载下桩承式路堤中平面土拱形态演化的数值模拟

精确的静、动力土拱形态是建立桩承式路堤中相应的土拱效应计算模型的基础。为研究交通动载下桩承式路堤中既有土拱形态的演化,基于典型单元体建立了二维土拱静、动力分析的弹塑性有限元模型,模型中无黏性路堤填土采用摩尔-库伦弹塑性模型,交通循环荷载采用简单的正弦波来模拟。针对不同高度的无筋桩承式路堤,考虑路堤荷载和后续的交通循环动力荷载的连续作用,计算出桩间土上方路堤中的竖向应力分布曲线。据此确定出相应的静力土拱和动力土拱的形态曲线,用于分析动力荷载对既有土拱形态的影响。最后,通过参数分析研究了主要因素对动力土拱形态的影响。结果表明:动应力在基底面并不均布,桩帽上承担了大部分的交通动载,路堤中存在动力土拱;路堤荷载下静力土拱的形态为半个椭圆,交通动载作用下动力土拱的形态仍是半个椭圆,循环动载的作用使静力土拱的高度降低,跨度增大;路堤越高,静力土拱高度降低的幅度越小,静、动力土拱的拱脚都落在桩帽上;动力土拱的高度随路堤高度的增加先增加后稳定不变,随动载作用周期的增加先减小后稳定不变;行车车速和路堤填料内摩擦角的变化对动力土拱形态曲线的影响很小。     

考虑土拱效应的挡土墙被动土压力研究

针对多数挡土墙被动土压力研究未考虑土拱效应和仅考虑砂土影响的现状,对考虑土拱效应的黏性土挡土墙被动土压力进行了研究,给出了黏性土下的侧向被动土压力系数;用应力状态法求解出了绕墙顶转动下的挡土墙被动土压力竖向平均应力及土压力合力及作用点,并结合算例研究了不同土拱效应对被动土压力的影响及不同计算方法对结果的影响。结果表明:由于土拱效应的影响,挡土墙被动土压力呈上大下小非线性分布;随着参数δ/φ的增大,土拱效应增大,挡土墙作用点高度逐步下降。     

深厚软土区根键桩竖向承载特性的现场试验

为揭示根键桩的承载机理,推进根键桩在滨海软土地区的应用,以满足实际工程对沉降控制特性的要求,通过现场试验,采用静载荷方法测试了普通桩和根键桩的承载性能,得出其位移～荷载曲线和轴力传递曲线;并根据场地工程地质条件,建立数值模型,分析了桩体与桩周土体在极限荷载作用下的位移关系。结果表明:与普通桩相比,根键桩竖向极限承载力增大,且随根键布置数目的增多而增大。本试验中,在相同桩长和桩径下,根键桩竖向极限承载力提高了23.75%～33.33%;此外根键桩桩顶沉降量明显减少,桩体沉降控制特性优于普通桩。数值模拟结果也表明了根键有利于调动桩周土体的承载性能,加强桩土的耦合作用。     

一种新的确定嵌岩桩竖向承载力的解析算法

采用正弦-全塑性模型来描述嵌岩桩的侧摩阻力与桩土相对位移之间的传递关系,导出了无限长桩桩侧阻力与桩顶相对位移之间的解析解;同时桩端阻力与桩端位移之间采用负指数-全塑性模型描述,进而得出了桩顶沉降量与竖向承载力之间的关系。并通过对某一嵌岩桩静载试验数据进行对比分析表明,该计算方法与实测结果吻合良好,方法简单实用,具有一定...     

筒桩桩承式路堤土拱效应的三维数值模拟

考虑大直径薄壁筒桩所特有的大桩径、大桩距的特点,对筒桩桩承式路堤中的土拱效应进行了三维有限元数值模拟。重点分析了筒桩桩承式路堤中的竖向应力分布规律、大主应力方向以及土拱效应系数等反映土拱效应的变量,同时探讨了筒桩桩承式路堤中桩帽对土拱效应的贡献。计算结果表明,随着堆载高度的增加筒桩桩承式路堤中的竖向应力随深度非线性减小;大主应力方向平行于两相邻桩帽之间的圆拱连线,且桩帽的存在使土拱效应的发挥程度提高了40%之多。研究结果为工程应用提供了一定的理论基础。     

桩承加筋路堤中褥垫层对桩土应力调整的影响分析

桩承加筋路堤中褥垫层对桩土应力的调整起了十分关键的作用。桩土应力比是桩土应力调整结果的直接表现,而路堤土拱效应以及褥垫层刚性承台效应对荷载调整作用正是桩土应力调整过程的体现。利用有限元对路堤荷载下PCC单桩以及加固范围内的土体进行了数值模拟。通过分析认为,褥垫层对桩土应力调整的过程和结果均会产生影响,随着褥垫层模量、厚度、粘聚力以及内摩擦角的增加,土拱效应虽会遭到削弱,但褥垫层刚性承台作用明显增强,最终导致更多的荷载转移到桩体上,桩土应力比增加。通过总结认为,改善褥垫层性质,加强其对桩顶局部压入作用的限制是保证桩体承担较多荷载的关键。     

桩网式复合地基竖向承载性能现场试验研究

为研究桩网式复合地基的竖向承载性能,依托济青高速公路拓宽改建工程,针对高桥头路段采用的桩网式复合地基埋设了土压力监测仪器,对施工过程中桩-土应力比进行了同步监测。监测结果表明,桩-土荷载分担效应随填土高度的增加而不断发生变化,填土高度较小时,桩、土间差异沉降较小,土拱效应不足以发挥,桩-土应力比差别较小;而随着路堤高度的增大,桩、土间的差异沉降逐渐增大,土拱效应得以充分发挥,荷载逐渐向桩顶集中,桩-土应力比增大,并最终趋于稳定。     

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。     

基于无限长梁模型的车路振动耦合系统半解析解

针对无限长道路与车辆耦合系统响应计算复杂难题,考虑地基的弹性特性与道路不平度,建立基于无限长欧拉-伯努利梁模型的车路振动耦合系统。进而以车辆为参考点建立移动坐标系,提出通过积分变换推导耦合系统振动响应解析解的方法,并应用留数定理对其进行数值计算,获得车辆垂向位移、加速度、路面振动响应等系统响应的半解析解。与传统应用模态叠加法的有限长道路与车辆耦合响应相比,具有更高的计算效率与精度,系统参数化研究也证明了该半解析解的有效性。