非连接式桩筏基础水平特性试验

为了给非连接式桩筏的设计与施工提供参考，针对大型桥梁工程采用的减隔震基础形式--非连接式桩筏，考虑竖向荷载、垫层厚度等因素的影响，进行了非连接式桩筏水平承载性能的室内模型试验研究。采用粒子图像测速法跟踪了土体水平位移路径，利用数字图像关联技术获得了土体位移场与剪切带，分析了竖向荷载、垫层厚度等因素对筏板水平位移、桩身弯矩和剪力分布的影响规律，提出了非连接式桩筏基础水平承载力的简化模型及计算方法，并用试验数据进行了验证。研究结果表明：竖向荷载可有效限制筏板水平位移，设置垫层可显著减小桩身弯矩及剪力，并且桩身弯矩和剪力随垫层厚度的增加而减小；土体在垫层顶部形成位移集中区，产生局部塑性变形并不断扩大，最后局部塑性变形区贯通形成完整的剪切带；非连接式桩筏基础水平承载力与竖向荷载相关，当竖向荷载较小时，其水平承载力由筏板与垫层界面摩擦力控制，当竖向荷载较大时，其水平承载力取决于垫层的水平承载力，这与图像分析获得的垫层破坏结论一致。因此，对于非连接式桩筏基础的设计及具体工程应用，可以通过调整垫层的厚度来减小桩身弯矩及剪力；所揭示的非连接式桩筏基础水平承载力变化规律可为今后大型桥梁隔震基础的设计与研究提供参考。     

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。     

断桩对CFG桩复合地基路基稳定性影响的研究

工程实践表明,CFG桩复合地基断桩率较高,利用离心模型试验研究了断桩对CFG桩复合地基路基稳定性的影响。研究表明,断桩对复合地基沉降和位移发展规律、滑动面形状基本没有影响;路基滑动面内断桩和正常桩均在软土层底部桩受弯破坏,正常桩在软土层中部附近产生软土层底部相反的受弯断裂,大部分断桩在软土层中部附近未断裂;CFG桩断裂后仍能承担一定的竖向荷载并提高路基稳定性;断桩复合地基路基的沉降、隆起、位移、路基开裂对应加速度、轴力峰值对应加速度等均介于天然地基路基和正常桩复合地基路基之间并接近天然地基路基。     

桩锚结构的动力特性研究

在地震作用下桩锚之间相互作用，其受力关系复杂。运用FLAC3D有限差分软件建立数值模型，并施加简化后的汶川地震波，分析地震作用下桩锚支护边坡的位移、加速度、锚杆轴力响应等动力特性。结果表明:桩锚结构对边坡土体位移和边坡的稳定性具有良好的控制作用。     

高速铁路桩-筏复合地基设计计算研究综述

对高速铁路桩-筏复合地基设计计算研究现状进行综述,主要讨论了共同作用分析法的概念和应用,并分析其存在的主要问题。褥垫层作用的精确分析与模拟,以及与筏板、桩、土耦合共同作用的机理与模式的研究,是今后高速铁路桩-筏复合地基设计计算研究的发展方向;针对高速铁路路基结构及荷载特点,提出恰当的计算模型也是高速铁路桩-筏复合地基设计计算研究的重要任务。     

基于振动台试验的桩板墙加固边坡抗震性能研究

以大型振动台模型试验为手段,以昆明市某边坡为原型,对地震作用下桩板式抗滑挡墙加固边坡的加速度、位移和动土压力响应的分布特征和变化规律进行研究。以大瑞人工波为研究对象输入地震波,设计相似比为1∶20的桩板墙加固边坡模型与自然边坡开展对比实验。研究表明：自然边坡在Ⅷ级地震烈度下,边坡体后缘产生大量张拉裂隙,后缘与母体脱空,具备滑坡的前兆特征,与自然边坡试验现象比较,桩板墙加固边坡的抗震稳定性较好,边坡在设防烈度（Ⅷ基本烈度）范围内保持稳定;当加载地震波峰值加速度相对较小时,水平加速度延高程有明显放大效应,会对自然边坡稳定性产生不利影响;当加速度相对较大时,有水平加速度延高程既出现放大现象也产生缩小现象;桩板墙加固后边坡对地震波的放大效应明显比自然边坡土体小,说明桩板墙能有效减弱边坡的震动效应;在地震动激励下,动土压力峰值随着加载地震波幅值的增大而增大,在同一加载工况下,离桩顶越远,动土压力峰值越大,桩板墙最大土压力出现在靠近桩板墙底的位置。试验结果有助于揭示该结构抗震机制,可为支挡结构的选取与桩板墙结构抗震设计提供依据。     

含缺陷桩复合地基重复加卸载下临近桩顶部侧移规律试验

桩体复合地基在软基处理中大量采用,桩体缺陷难以避免,临近设置桩可控制该复合地基水平位移。设计模型试验,研究含缺陷桩复合地基重复加卸载曲线特征与临近嵌岩桩、摩擦桩及其桩顶自由或者通过连梁连接时顶部侧移规律,以指导临近桩的设计。结果表明:(1)含缺陷桩复合地基的加卸载曲线特征与一般地基相似,加载曲线呈上凸形,卸载曲线呈下凹形;(2)随着压力增加,临近桩顶部侧移逐渐增大,增长率随重复加载次数增加而减小。首次加载时,侧移增长经历快速增长、缓慢增长、快速增长3个阶段,第2、3、4次加载时,侧移经历平缓增长、快速增长两个阶段。卸载曲线在最后1～2级荷载处具有拐点,拐点前产生塑性变形,拐点后开始出现弹性变形。桩顶约束条件对回弹变形影响小;(3)相比摩擦桩,嵌岩桩对重复加卸载不敏感,桩顶位移小,说明临近嵌岩桩比摩擦桩的约束效果好。相比桩顶自由单桩,桩顶连梁连接的桩受压产生较大侧移,但对重复加载不敏感,说明桩顶连接连梁的桩整体约束效果好。实际工程中,复合地基内缺陷桩很多时,建议在侧面设置顶部通过连梁连接的嵌岩桩控制含缺陷桩复合地基的水平移动。     

可液化场地高承台群桩-土-桥梁结构地震相互作用振动台试验

采用高承台群桩-独柱墩结构体,进行可液化场地群桩-土-桥梁结构地震相互作用振动台试验,再现自然地震触发地基液化及桩基破坏等宏观现象;通过试验监测了液化场地中地基的加速度、孔压反应以及桩-柱墩的加速度、位移、应变反应和上部结构的加速度反应等。结果表明:输入地震波幅值和埋深是影响砂层孔压的重要因素;地震作用中,随着场地液化的发展,自下而上砂层加速度先逐渐减弱后逐渐放大;高承台桩基地震响应与土层土性、地震动大小、场地液化程度等密切相关,地震作用下场地液化容易诱发高承台群桩体系的倒塌。     

挤扩支盘桩地震动力特性数值分析

挤扩支盘桩主要通过桩基中部多个挤扩支盘机构来大幅提升桩基在复杂荷载作用下的抗拔、抗剪性能。对这种新型桩基的研究目前较少,特别是在地震荷载作用下的力学响应研究更少。基于有限元方法,对挤扩支盘桩基-承台结构展开局部及整体精细建模,根据已有的加速度时程曲线,对挤扩支盘桩的动力响应展开分析,获得了其在多种工况下的变形特征以及内力包络图,并与非扩盘桩结构展开了对比。本研究成果可辅助工程设计人员进一步了解挤扩支盘桩结构在动力作用下的响应特性,从而优化其配筋设计,提升结构的动力安全性能。     

长短组合桩复合地基承载力特性研究

近年来,长短组合桩复合地基在地基处理技术中的应用越来越广泛。通过FLAC3D建立CFG桩-石灰桩复合地基数值分析模型,分析了不同的桩长、桩径以及褥垫层厚度等工况下多元复合地基沉降以及桩土应力比的变化规律。分析结果表明,相对于石灰桩而言,CFG桩的桩长以及桩径对复合地基的沉降以及桩土应力比的影响要更为明显;褥垫层能够显著地降低桩土应力比,减弱CFG桩桩顶的应力集中现象,并且存在着一个最佳的厚度。     

山区斜坡桩基地震响应的离心模型试验

为探讨地震对山区桥梁斜坡桩的影响,在土工离心机上进行坡顶平地桩、斜坡上单桩及1×2群桩的振动台试验。通过安装的加速度计、激光位移计及桩身应变片实测在不同加速度峰值的El Centro波作用下,斜坡场地各点的加速度时程、各桩截面的应变量及桩头位移值,由此分析斜坡场地各点的加速度放大系数及位移时程,各桩截面的弯矩及水平变位。然后,结合OpenSees进行数值模拟分析,探讨斜坡场地地震效应、桩与斜坡共同工作特性以及桩基残余变形发展特性等。研究结果表明：在各级地震荷载下,斜坡单桩与1×2群桩在地面处位移约为40 mm,桩顶累积变形量则分别达到90,50 mm,峰值弯矩达到1 120 kN·m;斜坡场地在坡顶位置最为不利,其加速度放大系数最高达到1.8左右,因此在低加速度峰值的输入波作用下,斜坡就会发生侧移,对桩基造成影响;在受地震影响的山区斜坡地段修建桥梁桩基,不能仅考虑边坡安全系数,而应计入地震作用下边坡永久位移对桩基的影响。     

地震荷载作用下深厚饱和砂土中桩动力特性试验研究

以某工程为依托,进行1∶20比例缩尺2×1桩基模型振动台试验,输入与当地地震设计反应谱接近的3种地震波,研究深厚饱和砂土场地条件下砂土-桩基-结构动力相互作用响应规律。试验再现液化宏观现象,研究表明：深厚饱和砂土场地对地震波高频部分过滤作用显著;随着地震动强度增大,场地液化程度提高,结构水平运动由高频向低频移动,频带范围变宽。同时,上部结构水平运动放大系数由4.56降低至2.75,但该效应对承台不明显;上部结构及承台在加载过程中相互影响,上部结构对承台的影响较大;砂层中部（距土体表面8D处）桩身弯矩相对于桩顶弯矩对输入地震波峰值加速度敏感度更高,随砂层液化程度增大而显著增大。     

上覆土层对可液化场地地震响应的影响研究

为研究上覆土层厚度及土性对地震作用下的可液化场地响应的影响,构造若干类典型可液化场地剖面,将水平成层场地置于基岩上,选取Carbondale波并利用D-mod 2000进行场地非线性动力分析。经计算,随着上覆土层厚度的增加,地表峰值加速度减小;随着上覆土层塑性指数的增大,地表峰值加速度增大;可液化场地对输入地震波具有缩小效应。     

浃底隧道明洞段基础土体共同作用分析

浃底隧道出口明洞段回填厚度较大而基础土体软弱，因此采用了桩一筏基础的形式以避免过大沉降带来的不利影响。本文对明洞及下部结构建立了三维有限元模型，并考虑了土体与结构的共同作用。计算结果表明在软弱地基条件下采用桩—筏基础能有效地控制不对称恒载作用下结构产生的不均匀沉降。     

非液化场地中桩-结构体系地震响应与桩基失效模式分析

基于非液化场地-群桩基础-上部结构大型振动台试验,建立了非液化场地-桩-结构体系地震响应数值计算模型,在分析桩-结构体系动力响应基础上,深入探讨动力荷载下非液化场地中的桩基失效模式。通过对比数值计算模型所得典型地震响应结果与试验结果,验证了数值计算模型的有效性和合理性,进一步探讨了非液化地基中土-结构体系地震响应规律,重点关注在地震作用下桩基失效过程及桩基-结构体系地震破坏模式。结果表明：在地震作用下,土体加速度在松砂层中不再放大,在最上部出现一定放大,且桩基加速度反应也有相似规律;各深度处土体动剪应力-动剪应变滞回曲线表现出对角线斜率小幅减小的趋势,说明等效剪切模量也出现不同程度的降低,也即地基各处土体抗剪强度均有一定下降;桩身最大弯矩出现在桩身中下部,在桩头与土层交界面附近桩身剪力较大,说明可能发生桩头剪切破坏或桩身弯曲破坏。     

倾斜软基上斜直桩组合结构单侧受力破坏模式试验

倾斜软基上修建高速公路（铁路）时,地基容易出现差异沉降、滑移甚至垮塌。提出坡脚斜直桩组合结构+桩体复合地基加固倾斜软基,采用模型试验,对比测试倾斜软基上桩体复合地基受压时,坡脚处插入硬层的双单桩、双直桩组合结构以及斜直桩组合结构的桩侧土压力、桩身应变和外侧桩水平位移,揭示倾斜软基上插入硬层的斜直桩组合结构单侧受力变形机制与破坏模式,为倾斜软基上斜直桩组合结构的设计提供试验依据。结果表明：①内、外侧桩在桩身中部偏上位置呈现桩侧土压力峰值;外侧桩倾斜度增大,其桩侧土压力峰值快速减小,内侧桩桩侧土压力大于外侧桩;②外侧桩在桩身中部偏上位置呈现侧移峰值,桩顶嵌固连梁外侧桩的桩身水平位移及其峰值均随倾斜度增大而减小,总是小于桩顶自由的外侧桩,峰值位置也较低;③桩身中上部出现弯矩峰值,外侧桩弯矩峰值位置略低,外侧桩倾斜度增大导致内侧桩弯矩增大、外侧桩弯矩减小;④单侧受载时,斜直桩发生水平位移,随后弯曲变形,内侧桩率先破坏、外侧桩后破坏,具有关联性,而双直桩的破坏荷载介于斜直桩的内侧桩和外侧桩之间。加大内侧桩的抗弯刚度和外侧桩的倾斜度将大幅度提高斜直桩组合结构的整体稳定性。工程中,建议外侧桩倾斜度为10%～20%,并根据路堤高度（荷载）选择内侧桩与外侧桩刚度之比大于2。     

土体侧移引起桥梁结构损伤的加固对策

桥梁受滑坡体影响或桥侧堆载时土体的沉降和侧向位移对桥梁桩基受力会产生较大的影响。桩侧土在侧移土体的作用下产生水平位移并对桩基产生挤压,导致桩基发生水平位移并产生挠曲变形,进而影响到桥墩和上部结构产生一系列变位与损伤。根据结构损伤的程度,采取抗滑桩配合设置变形缝或增设排架桩,加固效果良好。     

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。