水平荷载作用下斜桩承载变形性状数值分析

为研究水平受荷斜桩的承载变形性状,采用有限元软件模拟了斜桩在水平荷载作用下的性状并与直桩进行了比较,分析了桩身倾角、桩顶竖向荷载对斜桩桩身水平位移、桩身弯矩及剪力的影响,研究了斜桩与桩侧土之间的挤压、剪切相互作用,对水平受荷斜桩有效桩长的影响因素进行了探讨。结果表明:正斜桩的水平承载力比直桩大,负斜桩的水平承载力比直桩小;桩身倾角对斜桩水平位移、桩身弯矩及剪力有较大的影响;正斜桩桩顶水平位移小于直桩,负斜桩桩顶水平位移大于直桩,桩身倾角越大,斜桩与直桩桩顶水平位移差异越大;正斜桩、负斜桩的桩身弯矩均小于直桩,桩身倾角越大,正斜桩桩身弯矩越小,负斜桩桩身弯矩越大;正斜桩及负斜桩桩身剪力均小于直桩,正斜桩桩身剪力小于负斜桩桩身剪力;桩顶竖向荷载对正斜桩、负斜桩水平承载力的影响不同,竖向荷载提高了负斜桩的水平承载力,削弱了正斜桩的水平承载力;水平受荷斜桩与桩侧土之间的相互作用以挤压为主,剪切作用较弱;水平受荷斜桩存在一个有效桩长,对于相同的土层,无论是正斜桩、负斜桩,其有效桩长基本相同;桩侧上部土体剪切模量增大对减小有效桩长有显著的影响,下部土体剪切模量变化对有效桩长影响不大。     

边坡滑移情况下陡坡段桥梁基桩受力特性影响因素对比试验研究

边坡滑移时,位于陡坡段的桥梁基桩相比抗滑桩受力特性更为复杂。在合理模拟滑动面的前提下,进行了陡坡段桥梁基桩受力特性的参数对比室内模型试验。通过获取加载过程中桩身最大弯矩、桩顶水平位移及地面处基桩变位等关键指标,对不同加载方式、基桩自由长度、基桩剐度的基桩受力特性的各主要影响因素进行了探讨。试验结果表明,基桩产生的较大弯矩与水平位移主要由水平荷载引起,桩身最大弯矩随基桩自由长度的增加急剧增长,而随基桩刚度及边坡坡度的提高增长幅度较小。研究成果对揭示陡坡段桥梁基桩与周围边坡作用规律具有一定参考价值。     

土岩组合地层盖挖法车站“吊脚桩”基坑设计优化研究

以青岛地铁3号线五四广场站为研究对象,对土岩组合地层地区的吊脚桩设计要点进行研究。通过数模模拟,对土岩组合地层中"吊脚桩"基坑的支护体系变形及内力、"吊脚桩"嵌岩深度与预留岩肩宽度的关系进行了分析,并对有竖向荷载的"吊脚桩"进行了研究。研究表明:1)随着开挖深度的增加及锚杆的施工,预应力锁脚锚杆对吊脚桩桩底水平位移的控制作用明显。2)随着嵌岩深度和肩岩宽度的增加,吊脚桩桩身最大水平位移呈减小趋势,嵌岩深度取2.0 m,岩肩宽度取1.5 m较为合理。3)由于桩脚嵌入中风化花岗岩,桩顶位移不受竖向荷载控制,仅随开挖深度增加而明显增加;桩身弯矩稍有增大,但变化值极小。     

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。     

基于m法的高承台桩复合受力计算分析

为分析高承台桩竖向荷载对水平承载性能的影响,考虑桩身摩阻力、桩身自重及土抗力的影响,从弹性桩的挠曲微分方程出发,假定均匀地基土地基系数按m法线性增大,推导了在水平荷载、竖向荷载及弯矩共同作用下基桩的内力和位移的幂级数解答。结果表明:在桩头自由长度较小的情况下,竖向荷载的作用能稍微提高管桩的水平承载性能,随着自由长度的增加,竖向荷载的作用引起基桩的P-Δ效应,但影响不大,可忽略不计。     

基于自平衡法的岩层内基桩工作特性分析

结合桥梁试桩工程,采用自平衡法进行了3组微风化岩层与基桩的侧摩阻性能现场试验。试验时,将荷载箱埋设于岩层内的桩身进行测试,并同步观测了不同试验荷载下桩顶、岩层顶面桩身截面、荷载箱和桩底的位移和桩身轴力。不同岩层内试桩桩侧摩阻力实测值与岩石强度比值差异较大,且桩身位移相差较大,说明基桩工作性能有差异。结合岩石强度实验数据和设计规范,分析了岩层内基桩工作特性。     

高陡横坡段桥梁双桩内力计算有限差分解

为了对高陡横坡段桥梁双桩基础进行合理分析,提出一种适用的有限差分法。首先,针对陡坡段桥梁基桩不同特征段的承载特性,将后桩划分为嵌固段及受荷段,同时,将前桩划分为嵌固段、受荷段和自由段。然后,考虑桩土相互作用及桩顶变形协调,并引入边界条件,建立了适用于高陡横坡段桥梁双桩基础内力及位移分析的简化计算模型。在此基础上,综合考虑P（荷载）-Δ（位移）效应及连系梁的影响,分别对各特征段基桩微元进行受力分析,并引入相邻特征段满足的连续条件（即位移连续、转角连续、剪力连续及弯矩连续）,推导出各微分段的控制差分方程,以MATLAB为平台编制相应计算程序,迭代求解桩身位移,进而求解其内力。最后,结合室内模型试验与现场试验对理论计算方法进行验证,并以现场试验桩为基础,分析连系梁及P-Δ效应等对高陡横坡段双桩基础内力及位移的影响。研究结果表明：理论计算结果与模型试验及现场试验实测数据均吻合良好,表明该方法可行、合理,可为高陡横坡段桥梁工程设计计算提供参考;有自由段存在的基桩,P-Δ效应明显;连系梁对倾斜荷载下基桩桩身内力具有显著影响,连系梁的存在会对上部荷载进行重新分配,并在一定程度上弱化P-Δ效应,对桩身变形具有一定的约束作用。     

临水路堤微型桩-承台-挡墙结构受力与变形特性数值分析

微型桩-承台-挡墙组合结构作为一种新型支挡结构,其受力变形特性研究尚不完善。文中结合某临水路堤支挡工程,采用ABAQUS有限元软件建立微型桩-承台-衡重式挡墙加固路堤三维数值模型,模拟该结构各组成部分受力与变形特性,分析不同桩间距、桩排距和填土内摩擦角对微型桩内力与变位的影响。结果表明,墙体整体向外侧移动并向内侧轻微转动,墙底位移大于墙顶位移,土体产生的水平应力主要集中在衡重台附近;承台与微型桩连接处产生明显应力集中现象;微型桩水平位移沿桩身逐渐减小,桩体表现出主动防护作用,在桩顶出现一定范围轴向拉力分布,桩身弯矩呈勺子形,峰值出现在土层分界面处,桩身剪力方向与滑坡方向相同,上部荷载的影响使滑面以上桩身剪力变化很小;合理的桩间距为5～6倍桩径,排间距在5倍桩径时桩身受力情况最好,填土内摩擦角超过30°时桩身受力与变形变化不明显。     

锚索抗滑桩在太长高速公路的运用与对比研究

以抗滑桩支挡体系为研究对象,基于抗滑桩的设计计算方法,分别对同一标段临近位置的路堑边坡滑坡段进行加固与计算分析,探讨了在相近环境条件下,不同抗滑桩结构的受力特性,最后通过对比分析,结合太长高速地质环境,给出推荐抗滑桩类型。研究结果表明:计算所得普通桩最大弯矩是锚索桩的1.12倍,而最大剪力相较锚索桩增加了17.4%,更易发生破坏。由监测数据可知,锚索桩和普通桩最大剪力分别为17 287和19 920kN。位移量呈现随埋深逐渐减小的趋势,普通桩桩顶位移为34 mm,比锚索桩减小28%,监测数据也满足此变化趋势,锚索桩在桩长2m处位移为33mm,而普通桩为23 mm,桩顶位移虽然锚索桩相较普通桩稍大,但增量为毫米级对滑坡治理影响不大。故该项目试验段相同环境条件下采用锚索抗滑桩更符合实际要求。     

斜坡段桥梁基桩竖向承载力试验及数值模拟研究

以某斜坡段桥梁基桩为原型建立室内模型进行竖向承载力试验,并与三维数值模拟计算结果进行对比,分析其竖向承载特性及破坏模式。结果表明,桩顶竖向荷载相同时,基桩顶沉降量随斜坡坡度及基桩自由段长度的增加而增大,基桩的荷载位移曲线上没有出现较明显的拐点;数值模拟计算结果比模型试验结果大,但两者变化规律基本一致,其误差除60°边坡达到15.54%外,其他均在10%以内;边坡坡度越大,基桩极限承载力越小,减小幅度为5%～25%;不同坡度下基桩桩身轴力均随深度增加而减小,坡度越小减小幅度越大;斜坡基桩的竖向荷载主要由桩端承担,桩端阻力占比为70%～80%,坡度越大桩端承担的荷载比例越大;随基桩自由段长度的增加,基桩极限承载力减小,减小幅度为5%～15%;竖向荷载作用下斜坡段桥梁基桩主要表现为变形过大所导致的基桩屈曲失稳破坏。     

大直径深嵌岩桩的承载特性与桩长设计研究

基于自平衡桩基测试技术,根据荆岳长江公路大桥一桩的静载荷试验,对其泥质岩地区大直径钻孔嵌岩桩,在嵌岩深度较大情况下的承载特性进行了研究。结果表明:大直径深长嵌岩桩桩顶的Q-S曲线主要是缓变型为主,属摩擦型桩。根据实测的桩侧荷载位移曲线,利用荷载传递法,研究了桩端缩短5,10m两种情况下桩顶的荷载大小及其相应的位移情况,为桩长的设计提供了依据。     

基于剪切位移法的桩基承台梁分析

为探讨桩基承台梁中桩-土-承台梁的相互作用,首先基于剪切位移法得出Gibson地基中刚性桩与非刚性桩桩顶荷载与桩顶位移之间的关系矩阵,通过综合方法获得承台梁的总刚度矩阵,进而获得桩基承台梁上外力与桩顶位移的关系矩阵,并编制出相应的VB计算程序.最后,基于所建立的模型和编制的计算程序,结合某算例分析了桩距、承台梁刚度对承...     

强震作用下嵌岩型群桩基础的动力响应特性

结合强震区桥梁群桩基础工程,考虑桩土惯性相互作用,建立了嵌岩群桩基础三维有限元模型,分析不同加速峰值0.15g～0.60g地震波作用下嵌岩群桩基础的加速度、位移、弯矩、剪力等动力响应。研究结果表明:不同位置桩基弯矩、剪力峰值不同,边桩和中桩较大,角桩较小;弯矩峰值普遍出现在基岩面附近,剪力峰值普遍出现在桩顶和基岩面附近,研究成果为类似嵌岩群桩基础的科学设计提供了理论依据。     

斜拉桥钢拱塔在不同荷载作用下受力分析

以钢拱塔斜拉桥为例,采用有限元软件,对成桥阶段恒载、汽车荷载以及横向风荷载作用下的钢拱塔的弯矩及剪力进行了分析,得到以下结论:恒载作用下,顺桥方向上钢拱塔最大弯矩发生在离桥面大约1/3钢拱塔高度处,横桥方向上钢拱塔最大弯矩发生在钢拱塔底部,最大剪应力发生在离桥面大约2/3钢拱塔高度处;汽车荷载下,顺桥方向上钢拱塔弯矩最大弯矩发生在钢拱塔底部处,最大剪应力发生在离桥面大约1/5钢拱塔高度处;横向风荷载下,顺桥向上钢拱塔最大弯矩发生在钢拱塔底部处,最大剪应力发生在钢拱塔底部处,最大值为637kN·m,且钢拱塔顶部的剪力方向与钢拱塔底部相反,最大值为243kN·m。     

山区高陡横坡段桥梁桩基承载机理模型试验

以现场工程为原型,设计了45°,60°,75°三种不同陡坡下高陡横坡段桥梁桩基的室内模型承载试验.通过对承载过程中桩顶位移、桩身内力及桩侧土压力等的全程测量,对竖向及水平向荷载作用下桩基的荷载传递规律、内力分布规律及桩侧土压力分布规律进行了研究.结果表明:竖向荷载下高陡横坡段桥梁桩基承载力由桩侧摩阻力与桩端阻力组成,但由于临空面存在,靠边坡一侧桩侧摩阻力传递深度更大,且该效应随边坡坡度的增加而增大;水平向荷载作用下,桩基桩顶水平位移随边坡坡度增加而增大,而内力分布规律与平地桩基类似,即存在最大弯矩及反弯点,但最大弯矩随边坡坡度的增加明显增大,反弯点位置则随坡度增加而有所下移;不同荷载及坡度情况下,后桩桩侧压力随深度均呈现先增大后减小的基本规律,而前桩桩前土抗力则随深度逐渐衰减.     

岩溶区桥梁基桩极限承载力的突变求解方法

分析了岩溶区桥梁基桩极限承载力组成特性及桩端破坏模式,将其极限承载力分为桩侧土体极限侧阻力、嵌岩段极限侧阻力及端阻力3部分.其中,桩侧土体极限侧阻力由各土层极限摩阻力求和可得,嵌岩段极限承载力则引入Hoek -Brown岩石强度准则,采用岩体质量评价指标进行描述.而后,针对岩溶区基桩工程的特点,结合突变理论的基本概念,建立了岩溶区基桩的力学简化模型及其势能函数的表达形式,并导出岩溶区桥梁基桩桩端极限阻力的尖点突变模型的分叉集方程.在此基础上,根据下伏溶洞顶板失稳破坏条件,求解分叉集方程导得岩溶区桥梁基桩桩端极限荷载的表达式,由此提出了岩溶区桥梁基桩极限承载力的确定方法.工程实例对比分析表明该方法的可行性.     

深基坑支护结构受力与变形数值模拟及影响因素分析

深基坑支护结构的受力、变形与其结构形式、尺寸、施工工艺及土层性质等因素有关。文中以深圳公常路下穿改造工程K1+800—930段基坑工程为例,采用弹性支点法,通过数值分析并与现场实测结果进行对比,分析支护桩长度、直径及间距等支护结构参数对支护桩桩身弯矩、水平位移的影响。结果表明,随着支护桩长度和直径的增加,桩身水平位移和弯矩减小,相对而言,桩长和桩径对桩身水平位移的影响较大,对桩身最大弯矩的影响较小;随着桩间距的增大,支护桩桩身水平位移和最大正、负弯矩均增大。     

桥梁抬桩钻孔施工对临近旧桩的影响分析

以桥梁抬桩加固施工为背景,采用有限元分析方法,研究了旧桥新增钻孔桩施工过程对既有邻近桩基与及周边土体内力和变形的影响及其规律,得出了旧桩桩身弯矩、剪力、位移,以及周边土体应力、位移的变化规律。结果显示,开挖初期桩身位移较小,新桩钻孔穿出钢护筒后,桩身最大弯矩位置逐渐下移直至稳定,最大剪力显著增大,桩基及土体应力波动明显。     

双向地震作用下的双排桩边坡力学性状研究

以门式双排桩为例,运用有限元数值软件,研究了水平向和竖直向地震共同作用下双排桩边坡的破坏形态和受力性状。三维模型中,土体采用弹塑性本构模型,桩假定为线弹性,桩土之间设置接触单元。通过研究,得出如下结论:(1)双向地震荷载作用下,桩身受力最大值出现时刻为4.66s处;桩身弯矩沿桩身向下呈S型布,桩身剪力沿桩身向下呈抛物线型分布。(2)随着地震荷载的逐渐增大,桩身最大弯矩剪力值亦逐渐增大;当地震荷载从0.4g增大至破坏前工况时,动力作用下附加弯矩剪力增幅急剧增大。在整个过程中,后排桩弯矩剪力最大值始终大于前排桩受力最大值。(3)双向地震荷载作用下,随着地震荷载的逐渐增大,边坡最大土体位移从静力作用时的46.3mm增大到0.4g时的51.6mm;同一排桩桩顶与桩顶之间土体位移也逐渐增大,从抗滑桩之间滑移的趋势越明显,边坡越不安全;等效塑性应变分布带从坡顶附近滑带处扩展到边坡滑带中下部,坡顶附近的最大塑性应变值逐渐增大,从静力作用时的0.04增大到0.10,趋近临界状态。     

抗滑桩加固高边坡受力特征影响因素分析

抗滑桩是一种常见的高边坡支挡措施,为研究影响抗滑桩的受力性能的主要因素,基于ABAQUS数值模拟研究了桩径、桩体嵌固段长度和桩位对桩内力分布影响。结果表明：（1）桩身弯矩和剪力与桩径呈正相关关系且抗滑桩能够显著提高边坡的稳定性,增大桩的直径更有利于边坡的稳定性;（2）抗滑桩的嵌固段深度对桩的内力分布也会产生影响。具体来看,嵌固段越长,桩身内力越大,但增大嵌固段长度可以有效减小桩顶位移;（3）桩布设位置对于桩身的内力影响表现为桩位越靠近坡趾,桩的内力以及桩顶位移越小。因此在抗滑桩设计时,要综合考虑桩的受力和桩的位移。研究结果为高边坡工程治理提供了有益的参考。