考虑土体非线性固结沉降的复合地基桩侧负摩阻力研究

基于Davis一维非线性固结理论,求得桩周土体固结沉降随时间和深度变化的计算公式;结合桩-土双曲线荷载传递模型,建立复合地基中桩体平衡方程的矩阵表达式,通过将矩阵方程组联立迭代求解,得到复合地基中桩侧摩阻力、桩身轴力及中性点位置.通过针对某工程实例的对比分析,验证了本文中所建理论计算方法的可靠性;继而探讨了地基土固结度、桩周土体初始体积压缩系数、桩端土体压缩模量及桩-土应力比对桩侧负摩阻力和中性点位置的影响.研究结果表明:所建立的考虑土体非线性固结沉降的桩侧负摩阻力计算模型可以有效、准确地反映复合地基中基桩负摩阻力和中性点位置随地基土固结时间的变化规律;桩周土体初始体积压缩系数对桩侧摩阻力影响显著,桩端土体压缩模量对中性点位置影响显著;桩身下拽力、中性点深度随着桩-土应力比的增大而减小.     

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。     

浸水与未浸水膨胀土p-y曲线的比较分析

基于对浸水与未浸水膨胀土中水平受荷桩的模型试验研究,得到了2种工况下桩身弯矩和桩侧土抗力,通过分析其变化规律进一步得到了各深度下的实测p-y曲线族。在分析现有p-y曲线的基础上,分别建立了浸水与未浸水膨胀土的p-y曲线理论表达式,并对两理论p-y曲线进行了比较分析,得到了一系列结论。研究结果可为膨胀土中水平受荷桩的计算分析提供一定的理论基础。     

刚性桩复合地基桩土应力比的时效分析及计算方法

为了研究考虑时效的刚性桩复合地基桩土应力比计算方法,首先对桩体承载力和桩间土排水固结理论进行分析,假设桩间土体为均质材料,且考虑土体沉降时忽略桩体的存在,考虑到刚性桩复合地基仅在竖向排水固结,采用太沙基一维固结理论,开展了对桩体应力和桩间土应力时效性的研究。选取单根桩和其四周加固区的土体作为一个计算单元体进行分析,基于荷载传递法,得到计算单元体各组成部分的沉降变形关系,从而推导出刚性桩复合地基中各个构成部位之间的变形关系表达式。之后将桩侧摩阻力分布曲线进行合理简化,得到桩体应力和土体应力随深度变化的表达式,再联合之前得到的变形协调方程,可解得桩顶部位桩体应力和桩间土应力,引入考虑时效性的桩土应力比修正系数,从而推得考虑时间效应后的桩土应力比计算式。最后在某工程中使用该方法对其进行了计算分析,得到不同地质条件下桩土应力比随时间变化的关系曲线。研究结果表明：刚性桩复合地基中桩土应力比具有较为显著的时效特性,在实际计算中不能忽视,桩土应力比时效特性表现为随时间的推移而增大,当桩间土地基压缩模量减小时桩土应力比增大,桩土应力比出现峰值时,刚性桩受力最不利,设计中应加以考虑,随后桩土应力比有所减小,最后趋于稳定。     

坡地条件下水平受荷单桩p-y曲线法试验与数值模拟

为了探究坡地条件与平地条件单桩水平承载性能的差异,首先开展了黏性土45"坡地与平地的水平受荷单桩室内模型对比试验,探讨了两种境况下单桩桩顶荷载-位移曲线和弯矩沿桩身分布规律的不同。结果表明:与平地相比,坡地单桩桩顶的荷载-位移曲线坡度较小,且浅层区域内的桩身弯矩也小于平地单桩,此现象说明,坡体存在因土体缺失而抵抗桩身变形能力减小的坡度效应。然后利用数值分析重复性强的优势,分析了边坡角度对位移沿桩身分布规律的影响。对比分析发现:与试验分析结果相同,即在浅层区域内,边坡侧土体抵抗桩身变形的能力受到削弱,且这种削弱作用随坡角的增大而增大;但削弱现象只存在一个和坡角有关的临界深度以上,该深度以下削弱作用可忽略不计,即可视为平地基桩处理。基于数值分析对存在削弱作用的浅层区域土体的p-y曲线进行了探究,得到了其关键参数桩侧土体极限抗力和初始刚度适用于坡地的修正表达式,从而建立了适用于坡地条件下的p-y曲线法,且得到了临界深度与坡角存在的关系。最后,用该方法计算的桩顶荷载-位移曲线与已有的试验结果以及国外同行的其他算法进行了对比,结果表明理论值与实测数据吻合较好。     

升温作用下整体桥台台后土压力计算方法的探讨

对在升温作用下,整体式桥台桥梁台后土压力的计算方法进行研究。分别采用Broms法、m法及p-y曲线法计算桥台背墙后填土的水平抗力系数;采用m法及p-y曲线法计算台柱土的水平抗力系数和台桩、墩桩侧土的水平抗力系数;采用TDV软件模拟土对桩端的约束作用。通过对不同方法计算的台后土压力的对比分析,得知:在计算升温引起的整体式桥台桥梁台后土压力时,桥台背墙及台柱土的水平抗力系数计算采用m法是不适合的;桥台背墙后填土的水平抗力系数可采用Broms法计算;土对台桩及墩桩侧的水平抗力系数按p-y曲线来考虑是适合的。     

修正密度法分析混凝土桩复合地基路基绕流滑动稳定性

混凝土桩复合地基路基主要失稳模式为绕流滑动,除路基整体剪切滑动稳定分析外,还应进行路基绕流滑动稳定分析。基于混凝土桩主要通过桩帽反力和桩侧摩擦力提高路基稳定性的特点,对混凝土桩复合地基路基绕流滑动稳定分析提出修正密度法。该方法将路堤和地基土作为分析对象,根据改进HEWLETT法确定桩帽荷载,按照格栅挠度等于桩土沉降差的原则计算格栅向桩帽转移的荷载,然后按照桩间土荷载率对桩帽顶面以上路堤密度进行修正。根据混凝土桩底刺入破坏时竖向受力平衡条件确定用于绕流滑动稳定分析的中性面,然后将桩侧正、负摩擦力换算到桩间土密度中。对桩帽反力和桩侧摩擦力经上述等效处理后,可利用现有路基常规稳定分析软件分析混凝土桩复合地基路基的稳定性。滑塌路基实例证明,修正密度法分析结果与工程实际符合较好。     

桩柱式高桥墩桩基稳定性分析

基于桩柱式高桥墩桩基与一般桩基的差异,以及高桥墩桩基中桩、柱和土体共同工作的原理,建立了将桩和柱视为一个整体的分析计算模型。假设桩侧摩阻力随土层变化均匀分布,并假定桩侧土体地基反力系数随深度线性增加,由能量法得到了考虑高桥墩桩基中桩、柱材料和几何特性差异的桩土体系总势能,利用势能驻值原理导出相应的屈曲临界荷载和稳定计算长度。计算结果表明,通过改善土体性质,可提高桩柱式高桥墩桩基的稳定性能,但在柱桩刚度比较大,埋深较小时,其效果是有限的;高桥墩桩基的无量纲稳定计算长度随桩埋深的增加而增大;桩柱式高桥墩桩基可能存在一最优的柱桩刚度比,此时柱、桩、土三者共同作用体系最为协调。经与有限元数值分析结果比较发现,两者吻合很好。     

横向载荷作用下刚性桩上土反力分布规律研究

在抗滑桩等的设计中,桩上土反力分布的确定是最关键的,但这个问题一直没有被很好地解决。桩上的真实土反力由法向土反力、环向摩阻力及轴向摩阻力3部分组成。通过对刚性桩与土体的相互作用进行有限元分析,研究了不同载荷水平下,土反力各分量在环向和轴向上的分布规律。研究发现随着载荷的增大,桩周土是由上到下渐进屈服的。同时研究了法向土反力和环向摩阻力对平均水平土反力的贡献,发现环向摩阻力与法向土反力相比,对总水平土反力的贡献虽然小,但不能忽略。而且法向土反力和环向摩阻力与平均水平土反力的比率与轴向位置和载荷水平有关。     

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。     

高承台嵌岩灌注桩屈曲稳定分析的能量法统一解及工程应用

为探讨桥梁工程中高承台嵌岩灌注桩的屈曲稳定特性,假定桩侧地基反力系数呈非线性的幂分布,基于弹性地基梁理论建立桩土体系总势能方程,采用最小势能原理导得桩身屈曲临界荷载与计算长度统一法解答,并据此讨论了地基反力分布、桩身自重、桩侧摩阻力及桩顶自由长度等对桩身屈曲稳定的影响规律。工程应用结果表明,考虑地基反力的复杂分布时,桩身屈曲分析结果更趋合理。     

现浇X形桩复合地基负摩阻力特性有限元分析

为了研究现浇X形桩复合地基的工作机理,运用ABAQUS有限元软件建立了现浇X形桩复合地基桩侧负摩阻力特性三维数值计算模型,分析了相关影响因素,并对比分析了X形桩与圆形桩复合地基力学性能差异.研究结果表明:桩侧负摩阻力和中性点位置随着地基土的固结不断变化,并最终逐渐趋于各自的稳定值;桩侧摩阻力和桩身轴力的大小受竖向荷载、...     

非线性土中单桩P—Δ效应有限元法计算分析

基于地基土线性假定的单桩P-Δ效应分析研究较多,但基于地基土非线性假定的单桩P-Δ效应分析研究极少。为此,提出等效多段折线弹簧模拟非线性地基土的P-γ曲线,应用有限元法进行非线性地基土中单桩P-Δ效应分析。同时对等效多段折线弹簧模拟非线性地基土P-γ曲线的具体细节进行了总结,以确保计算精度。最后,应用MidasCivil程序建立了有限元模型进行了算例分析。结果表明,等效多段折线弹簧模拟P-γ曲线后应用商业程序计算基桩P-Δ效应是非常便捷的方法,具有工程实际意义。     

考虑桩顶刺入变形的刚性桩复合地基桩土应力比计算

对荷载作用下刚性桩复合地基的变形特性进行了分析.在此基础上探讨了桩侧摩阻力与桩土相对变形的关系,进而根据桩-土-垫层变形协调条件,基于荷载传递法,引入"等沉面"概念,假定桩与桩间土均是理想线弹性体,等沉面上、下桩侧负、正摩阻力均沿桩长均匀分布,导得了刚性桩复合地基桩土应力比计算新公式,该公式综合考虑了桩侧正、负摩阻力,桩体上、下刺入变形以及桩径,桩长和土层性质等影响因素.最后应用所得公式对一个群桩复合地基试验的桩土应力比进行了计算,结果表明,当桩侧摩阻力充分发挥时,计算结果和试验结果较为接近.     

承台对桩基础p-y曲线及水平土体抗力系数的影响分析

为了研究承台影响下桩基础p-y曲线以及水平土体抗力系数的变化规律,基于三维快速拉哥朗日分析软件FLAC~(3D),建立了桩-土-承台相互作用模型。通过这一数值模型,对不同承台大小、不同长度的单桩在不同的侧向荷载作用下的情形进行了数值模拟。根据数值模拟的结果,分析了桩侧土体的侧向抗力和桩基础的p-y曲线。结果表明:承台的尺寸大小会影响桩基础p-y曲线的变化规律,引起土体对桩基础的侧向反力的变化;对于不同长度的桩,土体对桩基础的侧向承载能力随着承台尺寸的增大而不断提高,此规律对不同长度的桩都具有适用性;承台会影响单桩的最大侧向抗力的位置,且在达到极限荷载时,承台对土体的影响主要局限在桩体长度的第一个1/4深度区域内;对于无承台的桩基础,除反弯点与桩底端位置外,水平抗力系数基本与K法吻合;随着承台的增大,抗力系数的总体变化趋势不变,但在桩底端处的抗力系数会变为0,与不考虑承台作用时的结果差别较大。研究结果对桩-土-承台系统在侧向荷载作用下的设计提供了一些有价值的参考依据。     

水平加筋与散体材料桩组合型复合地基承载力计算

研究了单层水平加筋与散体材料桩组合型复合地基的承载力计算方法。在同时考虑水平向加筋体的约束作用及桩土接触面存在剪切力的基础上,依据极限平衡条件推导出水平向加筋和散体材料桩双向组合型复合地基承载力计算公式,可以同时考虑水平加筋以及桩体和土体重力对地基承载力的贡献。通过工程实例,探讨了土体的内摩擦角、粘聚力、桩土接触面的摩擦角以及水平加筋对复合地基承载力的影响。分析结果表明,提高土体的内摩擦角、粘聚力、桩土接触面的摩擦角等可以提高复合地基承载力;其他条件相同时,桩顶设置水平加筋层后,地基承载力可以得到较大提高。     

计入时效的桥台基桩负摩阻力解析计算方法研究

桥台地基土在填土荷载作用下产生的固结沉降,常引起基桩负摩阻力问题,深入研究其发展规律及计算方法十分必要。首先探讨了基桩负摩阻力特性及桩土相对位移计算方法,结合桥台工程特点,选用一维固结理论模拟桥台填土过程对地基土沉降量的影响。在此基础上,考虑桩土相互作用及土体的分层特性,基于荷载传递法导得基桩负摩阻力分段解析解,以此建立出可考虑时效的基桩负摩阻力计算方法。最后,结合某工程实例进行了计算分析,结果表明,该方法可较好描述地基土沉降发展过程及桩身荷载传递性状。     

p-y曲线法研究现状及存在的问题分析

对于承受水平荷载作用桩基的设计与计算,我国桩基规范,公路桥涵地基与基础设计规范等只纳入了K法和m法。p-y曲线法较好地反映了桩土共同作用的变形特性,是计算水平受荷桩的重要方法之一。在对p-y曲线法目前的研究现状进行总结的基础上,对其存在的问题进行分析,并提出今后研究的方向。     

现浇X形桩复合地基桩土应力比及负摩阻力现场试验

结合南京市桥北污水处理厂软基处理工程,开展了现浇X形桩(简称X形桩)单桩及单桩复合地基竖向承载力特性现场试验,测得了荷载-沉降曲线、桩土应力比、桩身轴力以及桩侧负摩阻力等分布规律,分析了不同桩间距与荷载等级下复合地基中桩土协调相互作用和荷载分担比;并进行了同等条件下等混凝土用量圆形桩竖向承载力特性试验和分析。结果表明:复合地基中X形桩桩侧负摩阻力主要发生在0.27倍桩长以上;同等条件下,桩侧负摩阻力最大值约为其正摩阻力最大值的60%;X形桩复合地基桩土荷载分担比较普通圆形桩复合地基桩土荷载分担比更合理,承载力也更高。     

考虑桩与冻土相互作用的单桩轴向静载数值分析

依据弹性地基梁的基本理论,提出了冻土弹簧刚度的计算方法,依托格尔木多年冻土桩基试验场试验桩,采用ANSYS中的实体单元和弹簧单元模拟桩与冻土的相互作用,基于“m”法建立了单桩桩土空间体系的有限元模型,进行轴向静载分析,有限元计算结果与实测值吻合较好,并与RANDOLPH法进行了比较。结果表明:文中提出的土弹簧刚度的计算公式能更好地反映多年冻土区桩土的相互作用效应,证明了该文方法的可行性。最后通过参数分析,给出了格尔木多年冻土区试验桩地质条件下单桩影响半径系数的取值范围,讨论了“m”值及配筋率对单桩Q-S曲线的影响。