竖向重复加卸载下倾斜桩复合地基变形规律试验

施工不当或者侧向堆载、开挖常常导致桩身倾斜,扶正难度较大,且目前对倾斜桩复合地基的变形性状缺乏相关研究,其可能导致新的工程病害,基于此,设计模型箱和加载装置,对竖向重复加卸载下倾斜桩复合地基变形规律开展试验研究。结果表明:循环加载过程中,倾斜桩顶及其复合地基沉降和侧移均随荷载增大而增大,其增长率随荷载增大而增大、随加载次数增大而减小;卸载过程中,卸载初期的倾斜桩顶及其复合地基沉降和侧移变化不明显,最后1～2级低压力时才出现弹性变形;相同荷载作用下,桩顶沉降量随倾斜角增加而增大,倾斜桩存在"沉降临界倾斜角"(试验前3次加卸载循环其值为6°),随土体密实度提高而降低,倾斜角小于该临界值时,倾斜对桩的沉降影响不大,反之,桩顶沉降量随倾斜角增加而快速增大;倾斜桩存在"侧移临界倾斜角"(试验为9°),为侧移峰值对应倾斜角;倾斜角度小于该临界值时,桩顶侧移随倾斜角增大而增大,反之,桩顶侧移随倾斜角增大而减小,"侧移临界倾斜角"大于"沉降临界倾斜角";相同荷载作用下,倾斜桩复合地基的沉降大于倾斜桩沉降,而侧移比倾斜角6°桩大,比倾斜角12°桩小,桩身倾斜时,倾斜桩与复合地基的侧移量远比其沉降量小,但是侧移比沉降更为敏感。工程中,应尽量减少桩身倾斜,降低倾斜桩及其复合地基的沉降量和侧移量。     

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。     

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。     

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。     

考虑桩-土共同作用的PHC预应力管桩复合地基承载力研究

PHC预应力管桩复合地基是一种新型的地基加固方法，其与传统方法的主要区别在于桩与桩间土共同直接承担全部的上部荷载。以荣乌高速公路PHC预应力管桩基础为例，分别对管桩单桩承载力及桩体复合地基承载力进行研究，对比后得出以下结论：PHC预应力管桩复合地基的承载力远远高于单桩的承载力，计算所得桩体复合地基承载力是单桩承载力的1.5倍左右；PHC预应力管桩单桩的桩顶位移最大值出现在桩体达到抗压极限承载力时，卸载完成后桩体出现的破坏变形使桩顶及桩底位置无法恢复到加载之前的位置；PHC预应力管桩复合地基的总沉降量为桩体复合地基加固区的沉降量和下卧层的沉降量之和，可采用分层总和法对上述两种沉降量进行计算。     

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。     

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。     

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。     

多元复合地基荷载传递的试验研究

根据刚柔性桩组合的多元复合地基的静载荷试验数据,分析了多元复合地基中刚性桩、柔性桩的桩顶应力及桩端应力随上部荷载的变化;刚性桩桩身荷载传递规律;不同褥垫层厚度对桩顶应力及桩身荷载传递的影响。试验结果表明:刚柔性桩桩顶和桩端应力随着上布荷载的增加而增大;刚性桩桩身最大轴力不在桩顶,桩身负摩阻力随着深度增加而减小;随着垫层厚度的增加,刚性桩桩身负摩阻力增大,最大轴力位置下移。     

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。     

水泥搅拌桩复合地基非线性分析

通过研究水泥搅拌桩的荷载传递机理,分析了桩身实测变形曲线的形状,提出了桩侧摩阻力与桩身位移的非线性传递函数,建立了用双曲线模型描述桩侧摩阻力与桩周土局部剪切位移的非线性关系,从而得出了水泥搅拌桩复合地基桩顶沉降曲线函数。     

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。     

黏土斜坡地基中水平受荷桩承载特性研究

运用ABAQUS有限元分析软件建立桩基-边坡耦合三维数值模型,并模拟黏土边坡中的不排水加载条件,分析了坡度分别为0°,15°,30°,45°,60°条件下,桩顶水平荷载分级施加时的桩身水平变形和弯矩分布规律及变化趋势,研究黏土斜坡地基中单桩的水平承载特性。结果表明:斜坡对桩基水平承载力的影响不容忽视,坡度越大,桩身变形及弯矩越大;单桩水平临界/极限承载力均随坡度的增加而减小,提出了黏土斜坡地基中不同坡度区间内的单桩临界/极限承载力折减系数。     

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。     

带帽管桩联合袋装砂井复合地基力学特性研究

基于有限元方法建立带帽管桩联合袋装砂井复合地基模型,对比分析了桩土应力比、刺入量、桩身轴力、桩侧摩阻力的变化规律。研究结果表明:桩土应力比随桩间距增加先减小后增大,桩土应力比与桩帽直径、垫层模量、垫层厚度呈正相关,其增加速度会随垫层模量大于120 MPa或垫层厚度大于30 cm后变缓;刺入量、桩侧摩阻力均与桩顶荷载呈正相关,袋装砂井在荷载小于100 kPa时能有效增加桩侧摩阻力;桩身轴力会随桩间距、垫层模量、桩帽直径增加先增大后减小,轴力在19 m左右会趋近相等;使用桩帽能增加桩土应力比、下刺入量和桩侧摩阻力。     

西安东北二环立交桥桩基的力学特性分析

为深入研究黄土区域桩基的荷载传递特性,以西安东北二环立交桥桩基为对象,基于锚桩-横梁反力装置,采用慢速维持荷载加载法进行现场静载试验,研究了简化计算法与轴力线性计算法下的桩顶沉降与桩身压缩之间的关系。研究结果表明:黄土浸水稳定结构重塑之后,桩侧土层承载力变化幅度较小;试桩受压产生向下位移对湿陷变形起一定带动作用,桩周土体沉降显著;未浸水试桩桩顶荷载Pt与极限荷载Pu之比为0.6时,桩顶沉降主要为桩身弹性压缩     

逐级加荷下混凝土芯砂石桩复合地基固结解析解研究

在线性加载的情况下,考虑了混凝土芯砂石桩复合地基中砂石桩的环形排水通道、土体施工扰动和地基附加应力分布形式,并采用桩土共同分担荷载的初始条件,得到了复合地基固结问题的控制方程及解答;在此基础上给出了复合地基按变形和应力定义的总平均固结度。最后,分析了加载历时、附加应力分布形式、芯桩与砂石桩直径比对地基固结性状的影响。结果表明:对于混凝土芯砂石桩复合地基按应力定义的固结度与按变形定义的固结度表达式不同;加荷历时越久,地基固结速率越慢;地基固结速率随着地基顶面和底面处的附加应力之比的增大而增大;地基固结随芯桩直径增大而先增大后减慢。     

褥垫层参数对CFG桩复合地基承载特性的影响研究

为研究褥垫层物理参数对CFG桩复合地基承载特性的影响,采用Midas/GTS建立了某工程CFG桩复合地基有限元模型,分析了不同工况下的地基沉降量和桩土应力比。研究结果表明,随着上部荷载的增大,地基沉降量和桩身应力比也呈增大的趋势,褥垫层能降低地基沉降量。垫层厚度越大,地基沉降量越小,桩土应力比越大;垫层模量越大,地基沉降量越小,桩土应力比越大。选择合理的褥垫层参数有利于调节桩土荷载分担比例,充分发挥地基承载性能。考虑经济效益和安全性能范围内,该工程褥垫层厚度宜取值为400 mm,模量宜取值70 MPa,实际工程的合理设计具有指导作用。     

考虑斜坡效应的地基水平抗力比例系数确定方法

水平地基抗力比例系数对桩基设计至关重要，基于平坦场地比例系数设计的斜坡基桩，常因忽视斜坡效应的影响而带来安全隐患。为研究斜坡效应对斜坡地基比例系数的影响，设计并完成了4组黏性土坡基桩水平静载模型试验，获得了0°、15°、30°及45°坡度下地基等效比例系数与地面处桩身水平位移曲线及桩顶荷载-位移梯度曲线等；建立了地基比例系数与坡度间的拟合关系式；对比分析了斜坡地基比例系数取值对基桩水平承载特性的影响。研究结果表明：黏性土坡地基比例系数随桩身水平位移增大而呈非线性关系减小，当地面处桩身水平位移小于6 mm时，地基比例系数急剧减小，而后减幅较小；基桩临界荷载和极限荷载均随斜坡坡度增加而减小，与平地相比，斜坡坡度每增加15°，基桩临界荷载和极限荷载约分别减小17%和16%；结合现有试验表明，斜坡坡度越大，地基比例系数越小；坡度每增加15°，对应的碎石土、砂土及黏性土坡地基比例系数m约分别减小38%、32%和31%；根据现有试验以及试验结果，建立了不同类型斜坡地基比例系数取值标准与斜坡坡度之间的经验关系，可为斜坡桩基设计提供参考依据。     

软土路基二灰土桩加固机理有限元分析

二灰土桩是一种软基加固技术。采用强度随时间变化的有限元法分析二灰土桩复合地基在路堤荷载作用下的变形特性。有限元计算的沉降和孔压随时间的变化与相应的现场实测值比较是吻合的。有限元分析表明二灰土桩加固存在“临界桩长”，加固效果取决于临界桩长范围内加固区的压缩量。