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。     

软基桥头路基填筑对桥台桩的影响

为考察台后路堤荷载导致的地基软弱下卧层压缩和水平移动作用下的桥台桩基受力性状,建立了桥台桩基的三维有限元模型,验证了其合理性,并通过设置桩-土接触单元分析了桥头路基填筑对桥台桩基受力性状的影响.结果表明:由于桩的“遮拦效应”,前排桩桩-土“绕流”现象较后排桩更为明显；同时,桩的阻拦作用使桩周土体位移值较自由土场预测值偏小；桩-土相对位移较大时桩平均侧向压力与桩-土相对位移呈非线性关系；每级荷载下最大桩侧土压力约为路堤荷载的74％；路堤荷载大小与桩身最大弯矩值的关系与基桩所处位置有关,并非简单的双折线关系；在影响桩身弯矩因素中,软土层力学性质对桩身弯矩影响较桩身模量更为明显；桩在受轴向力和侧向力耦合作用下,桩基础的承载力会有所提高,但不明显.     

桩端沉渣对钻孔灌注桩承载性能影响数值模拟研究

为研究桩端沉渣对钻孔灌注摩擦桩承载及受力性能的影响,基于有限元数值方法,建立有桩端沉渣的钻孔灌注单桩桩土相互作用有限元数值模型,分别以桩端沉渣厚度、沉渣模量作为变量,从荷载沉降关系、桩身压缩、荷载分担比等方面,定量分析研究普通钻孔灌注摩擦型桩基承载特性受沉渣影响的规律。研究结果表明,沉渣的厚度及模量对桩基承载力具有显著影响,桩端沉渣越厚,或沉渣模量越低,则桩端土体刚度越小,桩端土体可提供的承载能力越低,桩基极限承载力越低。实际工程中,宜从提高清渣工效、降低沉渣厚度,并适当改善桩端沉渣力学性能来提升并保证钻孔灌注桩安全性能。     

淤土地基灌注桩水平承载特性试验及数值计算

针对淤土地基灌注桩水平荷载作用下桩体受力特性,通过现场水平承载力破坏性试验,对不同桩长、桩径和桩基上部土体的两个试验区进行对比研究,由现场实测得到的桩体桩身轴力与弯矩分布情况,得知桩径增加和桩基上部土体改善有助于提高水平承载力,但桩径的增加对水平承载力的提高效果更为显著;利用ABAQUS数值计算对水平承载特性进行研究,并与现场试验结果进行对比分析,对比表明:现场实测数据和数值模拟的拟合程度较好,说明有限元在桩基水平承载能力研究方面具有合理性,为进一步利用有限元研究桩体水平承载力提供了一定的理论基础.     

水平循环荷载下饱和软土地基单桩基础模型试验研究

通过水平循环加载装置对某工程饱和软土地基单桩基础开展了水平循环荷载模型试验研究,探讨单桩基础的水平承载力和循环变形特性。结果表明:①桩周地基土体有不同形态的裂缝,桩周土软化后上部地基土会丧失部分承载力,危及桩基及上部结构的安全;②随着循环次数增加,桩身位移逐渐增大,建立了一种新的桩基位移预测计算模型,可根据该模型推算循环荷载条件下的桩基位移;③桩身最大弯矩值也随着循环加载次数的增加而显著增大,最大弯矩点出现于桩身的（3～4） D深度处。建议在设计规范中应充分考虑桩身弯矩的循环累积增大效应,在设计时应有足够的安全系数。     

地震下斜坡桩场地及桩基动力响应的数值分析

结合离心机振动台试验与开源有限元软件OpenSees研究了斜坡场地上桥梁桩基动力响应问题。首先基于多屈服面模型和桩土动力弹簧模型,对离心机振动台模型试验结果进行了验证分析。计算与实测结果的对比表明:数值模型可较好反映实测规律;桩身最大残余水平位移随El-Centro波地震动加速度幅值的增大呈非线性增加;桩身最终弯矩最大值出现在基岩与土层的交界面处;斜坡场地坡肩较坡顶在地震作用下更容易发生剪切变形,且软硬岩土层倾斜交界面将削弱其抗震耗能的能力。在此基础上,分析斜坡坡角、砂土重度和桩身直径3个主要因素对桩身和斜坡坡肩处土体动力响应规律变化的影响。结果表明:减小斜坡坡角或增大桩身直径均可降低地震荷载对桩基的影响,而砂土重度影响较小;3个因素对斜坡坡肩各深度处土体的动力响应均会产生影响,但其影响程度各有不同;较大的斜坡坡角会显著增加斜坡坡肩各深度处土体的剪切变形;增大桩身直径会大幅度减少斜坡坡肩处中层和深层土体的剪切变形,但对浅层土体影响较小。这些结论可为今后的工程设计提供参考。     

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。     

深厚软基区桥梁桩基横轴向承载特性研究

采用理论分析与数值仿真方法,建立了深厚软基区桥梁桩基础三维模型,选取软土厚度作为分析变量,计算分析了不同工况下桩基础的横轴向容许承载力、桩侧土抗力、桩身水平位移及桩身弯矩分布规律。研究结果表明:在软土侧向推力、汽车制动力及离心力作用下,深厚软基区桥梁桩基受力情况复杂;软土厚度超过10 m时,软土厚度对桩基横轴向容许承载力及桩侧土抗力影响很小,桩身第一水平位移零点随软土厚度增加逐渐上移,大于20m后趋于稳值;软土的存在增大了桩身最大弯矩,对桩身最大弯矩影响最大的软土厚度为5m;软土厚度大于10m后,桩身最大弯矩趋于稳值。     

桩侧泥皮对大直径超长钻孔摩擦桩承载及受力性能影响研究

桩基主要依靠桩侧和桩端土体提供承载力。大直径超长桩基的受力特性复杂,受土体性质、桩基类型、桩顶反力等诸多因素影响,尤其是泥浆护壁施工工艺形成的侧壁泥皮的影响,其桩基承载力发挥离散性大。为研究桩侧泥皮对大直径超长钻孔摩擦桩承载及受力性能的影响,基于现场取样获得的泥皮强度,采用有限元数值方法,从荷载沉降、桩身压缩、荷载分担比等角度,定量分析研究了大直径超长钻孔灌注桩受泥皮影响的规律。结果表明,大直径超长钻孔灌注摩擦桩承载力主要由桩侧摩阻力提供,泥皮效应对单桩极限承载力折减显著,其极限承载力仅为不考虑泥皮效应的38.5%,随着泥皮强度降低,桩侧土体侧摩阻降低,相同桩顶反力时沉降增大,单桩极限承载力降低。在实际工程中,泥皮的存在客观上很难避免,对于以桩侧摩阻力为主来提供承载力的大直径超长摩擦桩,宜采取措施降低泥皮含量,或增加泥皮强度,以保证桩基承载力正常发挥。     

水平振动荷载作用下支盘桩承载性状研究

运用自行研制的桩-土动力相互作用模型试验装置,采用数字式变频仪控制输入荷载的频率,通过不同刚度系数的弹簧获得不同荷载级别,对支盘桩模型试件进行了荷载试验,分析了不同工况下桩身弯矩变化趋势及桩侧土压力变化状况。借助Abaqus软件对试验模型进行了数值模拟,对土体采用Mohr-Coulomb弹塑性本构模型,桩-土相互作用的界面模拟采用接触面单元实现,考虑初始应力的影响,考虑桩-土间的脱开和滑移。分析结果表明:随着激振频率的增大,支盘桩的动力响应在整体上有减小的趋势且水平动承载力有所提高,承力盘设置在距离土体表面较近部位有利于支盘桩的水平动承载能力的提高;水平振动荷载作用下,支盘桩能与土体形成刚度较大的共同作用体系,与直径桩相比具有更高的抗变形能力,其承载力及变形特性受激振荷载大小、激振频率大小、承力盘位置、桩周土性状等因素的影响。     

超长大直径桩承载特性试验研究

依托宁波某工程进行超长大直径桩的竖向抗压静载荷试验,得到桩顶荷载-沉降关系曲线,据此得出桩的极限承载力;桩身不同深度位置埋设有钢筋应力计,静载荷试验过程中记录不同荷载下不同深度钢筋应力计读数,通过换算得到桩身不同位置的轴力随荷载变化规律,并据此得到桩身极限侧摩阻力及极限端阻力;通过试验结果对超长大直径桩的承载特性进行分析,并将通过桩身轴力测试得到的桩基极限承载力与静载荷试验得到的桩基极限承载力进行对比,两者较为吻合,证明了测试结果的可靠性.     

微型钢管桩芯-旋喷桩复合桩基的计算分析与数值模拟研究

在φ600旋喷桩上部中心位置压入一定长度的Φ108微型钢管,形成微型钢管桩芯-旋喷桩复合桩基（简称复合桩）。对复合桩静载荷试验的荷载-沉降曲线进行了区段分析,确定了其极限承载力实测值为1080 kN。对该复合桩基4种破坏模式下的抗压极限承载力进行计算分析对比后发现,复合桩芯底位置处发生水泥土压碎破坏的可能性最大,抗压极限承载力最小,为1125 kN。通过数值模拟对复合桩的极限承载力,桩侧摩阻力分布,破坏模式下的塑性变形,荷载分担比等进行了分析。     

新近填土场地构支架桩基配筋优化

通过室内模型试验和ABAQUS建立桩土模型,用不同弹性模量的模型桩模拟不同配筋率的桩基,试验发现桩基弹性模量对桩顶沉降、桩基轴力、侧摩阻力、中性点位置并无较大影响。由行业规范配筋要求与承载力计算公式,确定桩基配筋率与承载力的关系,分析在填土固结与桩顶施加水平荷载的条件下,桩基配筋长度对应力应变规律的影响,提出了关于新近填土场地构支架桩基的配筋优化建议。     

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。     

桩基竖向抗压静载试验及理论研究

依托海南产业园项目,开展了单桩竖向抗压静载试验及理论研究。首先依据规范计算单桩极限承载力的理论值,并依据CASE法承载力计算,得出桩基极限承载力测试理论值;然后给出地基土以及单桩试验检测参数值,对S-1、S-7、S-11、S-15、S-17、S-22等6根基桩进行试验研究;最后分析基桩在静载作用下承载力的变化规律,将理论值与试验值进行对比。基桩的极限承力均满足要求;在基桩桩径相同,入土深度不同的情况下,基桩沉降量随入土深度的增加呈减小趋势;桩基极限承载力理论计算值与试验值基本吻合,CASE法计算桩基极限承载力具有较高的可靠性。     

螺杆桩承载机理及承载力计算方法研究

依托昌景黄高铁螺杆桩地基处理工程,通过数值模拟,对比研究直桩和螺杆桩竖向承载特性,分析极限荷载下不同螺距螺杆桩桩周土体破坏模式,并对螺杆桩单桩承载力计算方法进行探讨.结果表明:与同直径直桩相比,螺杆桩极限承载力提高约30％;螺距的大小对桩周土体的破坏形式有所影响,螺距较小时,桩周土体形成圆柱形剪切破坏面,螺距较大时,桩...     

饱和软黏土地基单桩基础水平荷载模型试验研究

通过自制的水平加载装置对饱和软黏土和砂黏土地基中嵌固式单桩基础开展水平静载模型试验研究,主要研究了单桩基础的水平承载力和变形特性。试验发现:①桩身最大弯矩出现在土表下5倍桩径附近,当水平荷载较小时（小于45 N）,桩周土处于弹性变形阶段,当水平荷载较大时,桩周上部土体开始进入塑性阶段,并出现明显的裂纹;②桩周土最大抗力发生在泥面下3倍桩径位置处,并随着外荷载增大土抗力也增大,但当外荷载增大到一定程度时,土抗力不再继续增大;③API规范推荐的p-y曲线与试验值相比偏于保守,表现为极限土抗力偏小。     

岩溶陡坡地区公路桥梁桩基极限承载力研究

岩溶和陡坡是影响桩基础极限承载力的关键因素。为研究在不良地质条件下桩基础极限承载力影响因素和防治措施,利用有限元软件建立了桩基础模型并依据相关规范验证了其有效性,针对5种不同坡度和4种岩溶顶板厚度进行了正交模拟试验,分析了不同工况下桩基承载力的变化和桩体承载形式。结果表明：溶洞会造成更大的沉降,地基沉降与岩溶顶板厚度呈反比,3倍桩径为岩溶地质对桩基的最大影响范围。大于45°的陡坡会造成更大的地基沉降进而减少桩基的极限承载力,应极力避免坡度45°以上的陡坡在实际工程中的使用。当无法避免时,应重点考虑其对桩基承载力的影响。溶洞和陡坡降低桩体极限承载力的方式主要表现为降低桩体侧摩效应,桩体承载形式由摩擦桩转变成端承桩。     

基于Vesic圆孔扩张理论的桩周土抗力计算方法研究

随着目前城市建筑物容量的增大,对作为其主要承载构件的桩基础的承载性能提出了更高的要求。桩-土相互作用问题是桩基水平承载性能研究中必须考虑的重要内容,该问题的研究对于完善桩基础设计理论和指导工程实践具有重要意义。基于Vesic圆孔扩张理论,分析水平荷载作用下桩侧土体的实际受力状态,根据桩身产生水平位移后桩周土应力为近似椭圆形非均匀分布的特点,综合考虑纵向应力变化、桩基整体转动和桩-土摩擦效应对桩侧土抗力的影响,建立二维平面状态下的桩-土相互作用的力学模型,以此推导水平荷载作用下的桩侧土抗力计算公式,得到基于应力增量的p-y曲线计算方法,并通过实例计算验证该方法的适用性,最后针对桩-土参数进行影响因素分析。对比所提方法的计算结果与模型试验的结果可知：将该理论方法应用于水平荷载作用下桩侧土体力学效应的计算时,计算结果和现场实测数据较吻合,尤其在桩基受荷产生较大水平位移时,两者表现出了较好的一致性。通过对桩-土参数等影响因素的计算分析,讨论了桩径、土体内摩擦角和土体变形模量等桩-土参数对桩周土体应力结果的影响,得到了桩周不同位置处土体径向应力和切向应力的变化规律。