斜坡基桩的斜坡空间效应及其水平承载特性研究

为研究水平荷载作用下斜坡基桩的斜坡空间效应对其承载特性的影响,设计并完成了不同坡度及水平荷载作用角度下斜坡基桩室内模型试验,测得了桩顶荷载位移曲线及桩身弯矩分布。结果分析表明：水平荷载相同时,桩顶水平位移及桩身最大弯矩均随坡度增加呈非线性增大,随水平荷载作用角度增加而呈线性减小;基桩水平极限承载力却随坡度增加而减小,随水平荷载作用角度增加而增大。坡度每增加30°,桩顶水平位移约增大1.3~1.9倍,桩身最大弯矩增大约17%~30%;水平荷载作用角度每增加30°,桩顶水平变形减小约25%~30%,桩身最大弯矩减小约6%~11%。斜坡基桩的桩身最大弯矩位于地面以下3~6倍桩径范围内,坡度越大桩身最大弯矩位置越深。分析得到了基桩水平极限承载力拟合公式,可以为斜坡基桩设计提供参考。     

斜坡基桩p-y曲线及水平承载计算方法研究

斜坡基桩p-y曲线及其计算方法值得深入研究。在Matlock黏土p-y曲线及双曲线型砂土p-y曲线基础上,建立黏、砂性土坡p-y曲线,相应地推导基桩挠曲微分方程及桩身内力与位移分析的有限差分法解,并将其与Matlock试验及室内模型试验进行对比验证。对比分析表明:由理论方法计算得到的桩身水平位移及弯矩值与实测结果均吻合较好,最大计算误差均控制在20%以内。且桩顶水平荷载和斜坡坡度越大,计算误差越大。桩身最大弯矩约出现在地面以下3~6倍桩径范围内,桩身最大弯矩及第一弯矩零点埋深均随坡度或桩顶水平荷载增加而增大。为提高斜坡基桩桩身抗弯承载力,地面以下6倍桩径范围内应增加桩身配筋,且应通长配筋。     

砂土中竖向和弯矩荷载下单桩水平承载特性试验研究

 为研究单桩在桩顶预先施加竖向和弯矩荷载下的水平承载特性,通过自行加工的组合荷载加载装置,进行一系列室内单桩模型试验,分析砂土中预先施加的不同竖向和弯矩荷载对单桩水平荷载下的水平位移、桩顶转角、桩身弯矩以及地基比例系数m值的影响。试验结果表明：当预先施加的竖向荷载小于单桩竖向极限承载力的一半(Vu/2)时,相同水平荷载下单桩的水平位移有所减小,单桩的水平极限承载力得到提高,桩身最大弯矩有所减小,并且竖向荷载越大,越有利于单桩的水平承载性能;弯矩荷载的存在不利于单桩的水平承载能力,显著降低单桩的水平极限承载力;另外,水平荷载的施加对单桩的竖向位移影响较小;当砂面处水平位移较小时,m值随着水平位移的增加迅速降低,当水平位移增加到一定程度,m值减小的幅度越来越小,最后趋于一个稳定值。     

基桩水平承载特性研究方法比较分析

结合某工程大直径混凝土桩水平静载试验数据资料,用m法计算了水平承载桩的桩身水平位移和弯矩;根据相似原理用NL法计算了桩的水平承载特性(泥面处的水平位移、桩身最大弯矩等)。计算值与实测值的对比表明,两种算法对于桩身最大弯矩的计算都具有较高的可靠性,m法在大位移(位移值超过15.48mm)情况下的位移计算值与实测值相比会有较大误差,而NL法不受位移条件的限制。     

组合荷载作用下桩基承载力试验及数值模拟研究

基于某桥梁桩基竖向承载力现场试验,在现场实测数据的基础上,借助ABAQUS数值计算平台拟合反演了土体参数。运用反演得到的土体参数对试桩水平承载特性进行精细化模拟和分析,得到水平设计荷载作用时的桩顶最大水平位移为75.36mm,泥面处桩身水平位移为14.70mm。在此基础上,对不同竖向荷载及不同荷载施加顺序对桩基水平承载力的影响进行了研究。     

组合荷载作用下斜坡上桩基础水平承载特性研究

斜坡上桩基础不仅要承担上部建筑物传递下来的竖向荷载,还要承担斜坡传递下来的土压力等水平荷载,构成了复杂的桩-土相互作用体系。为研究斜坡上桩基础在竖向和弯矩荷载作用下的水平承载特性,通过自行设计的组合荷载加载装置,开展了四种工况下斜坡上单桩室内模型试验。分析在组合荷载作用下桩顶沉降、水平位移、桩身弯矩、桩侧土压力以及地基比例系数m值变化规律。试验结果表明:在桩顶施加竖向荷载有利于提高单桩的水平承载力,减小桩身的水平位移、弯矩和桩前侧土压力;在桩顶施加弯矩荷载-不利于单桩的水平承载力,随着弯矩作用的增加,相同水平荷载作用下,桩身水平位移和桩前侧土压力明显增加,而水平荷载对桩顶的竖向沉降影响较小;地基比例系数不仅与桩周土体有关,还与施加的荷载类型和桩土交界处的水平位移有关,地基比例系数随桩土交界处水平位移的增加迅速减小,最后趋近于稳定。     

软粘土海床中单桩基础水平循环承载与变形特性试验研究

通过开展室内软粘土海床地基中单桩基础水平静载和水平循环荷载模型试验,研究了单桩基础的水平承载与变形特性。主要有以下结论:(1)水平静载作用下,单桩基础极限承载力约为100 N,桩身最大弯矩大约位于z=4D位置处;(2)水平循环荷载作用下,单桩基础桩身弯矩和位移随着循环加载次数增加,桩身最大弯矩位于z=3~4D位置处,并提出了水平循环荷载下桩身位移计算模型。同时,基于试验结果,本文建议用于表征土体在循环荷载作用下的弱化效应系数A取值为0.52较为合理。     

基于修正计算宽度的斜坡场地m值取值方法研究

地形坡度是地基抗力系数比例系数m值的主要影响因素之一,现有规范经验对斜坡场地m值取值研究极少。笔者进行3种坡度下的单桩水平载荷现场试验,通过m法对桩身变形、内力进行验算和等效调整以及数值模拟验证,研究了斜坡场地m值取值问题。试验研究及理论计算表明:①m法理论计算得到桩身中部的水平位移和弯矩明显小于斜坡场地现场试验实测值,位移零点和弯矩最大值位置均高于实测值;②将斜坡场地等效为土体强度降低后的水平场地,得到斜坡场地实际m值大于直接引用规范公式的计算值,且随坡度的增大二者差异越大;③桩身计算宽度是造成斜坡场地实际m值与规范公式计算值的差异来源,随着坡度的增大实际桩身计算宽度呈线性减小;④通过修正桩身计算宽度,提出基于规范公式的斜坡场地m值修正公式。     

塑料套管现浇混凝土桩倾斜对承载性能影响的模型试验研究

 通过模型试验研究竖直桩与倾斜角度为5°,8°,10°和15°倾斜桩的承载性能,分析倾斜对塑料套管现浇混凝土桩(以下简称TC桩)单桩承载力、桩顶沉降、桩身水平位移、桩身弯矩、桩身轴力及侧摩阻力和端阻比的影响。模型试验结果表明：(1) 当TC桩倾斜度不大于8°时,对承载力和桩顶沉降影响不明显,对于倾斜10°,15°的桩,承载力明显降低;(2) 倾斜桩桩身水平位移和弯矩主要发生于1/3桩长范围内,且均随着荷载和倾角的增加而增大;(3) 竖直桩及各倾斜桩的侧摩阻力随深度的增加呈先增大后减小的趋势,随着倾角的增大桩极限侧摩阻力的平均值略有增大,侧摩阻分担比较大;(4) 端阻力和端阻比基本随荷载的增加而增加,随倾角的增加而减小。采用Origin软件应用Sigmoidal函数拟合,得出模型桩极限承载力随桩体倾角的计算公式,并根据现场实测数据,给出现场应用时修正系数的取值范围。     

斜坡地形单桩竖向承载特性模型试验与数值模拟研究

为探明斜坡地形条件对桩基竖向承载特性的影响,结合模型试验和数值模拟方法,设计多组斜坡工况和水平对照工况,对单桩竖向承载特性进行研究,在相同桩长条件下对比分析平地、不同坡度的单侧斜坡和连续斜坡地形中桩基的竖向承载力、桩身轴力及桩侧摩阻力的变化规律和荷载传递机理。研究结果表明:在相同坡度条件下,单侧斜坡工况的单桩承载能力小于连续斜坡工况,且桩基竖向承载力随着坡度增大而降低,斜坡影响度呈非线性增长;斜坡地形主要影响桩侧阻力峰值大小,当桩侧阻力出现峰值时,对应的桩端阻力大小接近相等;斜坡地形中,桩身前后存在应力分布差异,坡前位置竖向应力和剪应力大于坡后位置,但剪应力差异仅存在于0～4倍桩径的浅层区域。     

离岸深水全直桩码头承载特性与简化计算方法

全直桩码头是一种新型高桩码头结构型式，在离岸深水海域得到越来越广泛的应用。该结构的承载机理、破坏模式及设计计算方法等与传统高桩码头结构存在较大差异，目前研究尚不完善。采用ABAQUS建立全直桩码头结构-地基相互作用三维弹塑性有限元模型，研究水平荷载作用下码头的承载变形特性及破坏模式。明确了对于水平荷载作用下的离岸深水全直桩码头，基桩的塑性破坏是结构失稳的控制因素，地基土体的承载力对结构水平极限承载力不起决定性作用。在此基础上，采用经典的P-y曲线，建立了全直桩码头水平向承载力简化计算方法。该方法可以计算出桩身任意位置的内力及变形，且适于大、小位移情况。并提出了以“塑性铰”作为简化计算方法中水平极限承载力的判断标准。通过与有限元计算结果进行对比，验证了所建立简化计算方法的正确性。     

基于位移场演变特征的边坡地基破坏模型研究

地基承载力公式的推导是基于弹性半无限空间假定,对于边坡地基,由于侧限条件的改变,附加应力扩散方式受到了影响,因此边坡地基破坏模型应有别于弹性半无限空间假定下的地基。采用数字图像相关技术,对两种不同类型的地基在荷载作用下的位移场进行测量、比较,根据试验结果总结边坡地基中位移场变化特征并分析附加应力扩散特点,由此对弹性半无限空间假定中地基破坏模型进行修正。结果表明:①与弹性半无限空间中地基相比,边坡地基中载荷板下塑性区展开深度不同,压密核的形状也发生改变;②边坡地基中载荷板两侧地基土的位移场呈显著不对称状,临边坡一侧水平位移明显;③与水平地基相比,同等沉降条件下,边坡地基承载力有一定幅度的降低;④同样荷载下,边坡地基的变形显著偏大。     

水平荷载作用下斜坡刚性桩非线性分析

在综合分析现有水平荷载作用下桩基分析方法的基础上,建立了考虑桩侧土体受力状态的斜坡刚性桩力学模型;根据极限平衡原理,建立横向荷载作用下斜坡刚性桩弯矩和应力平衡方程;引入考虑斜坡影响的p y曲线方法,提出了综合考虑桩侧土体极限承载力与水平抗力系数沿深度呈线性增加的侧向极限承载力与土体抗力承载力系数计算方法,同时,将该方法应用于计算实例,通过与已有有限元和理论计算方法对比分析,计算结果验证了本文方法的合理性与可行性;并利用该方法,分析了斜坡坡角、桩土接触面系数以及地基水平抗力系数对斜坡刚性桩承载特性的影响因素。分析表明:斜坡的坡角、桩土接触面系数对侧向荷载作用下斜坡刚性桩的荷载位移曲线影响明显,而桩侧土的抗力系数对侧向荷载作用下斜坡刚性桩的荷载位移曲线影响不明显。     

Lateral bearing capacity of rigid piles near clay slopes

Analytical equations were derived to determine the undrained lateral bearing capacity of rigid piles in cohesive soil. Piles in level ground and piles placed at a distance from the crest of a slope were examined, taking account of the effect of the adhesion at the pile–soil interface. The derived analytical solutions were used to develop charts relating the lateral pile capacity to the pile length/diameter ratio, the pile–soil adhesion, the distance of the point of load application from the ground to the pile diameter ratio, the inclination of the slope and the distance of the pile from the crest of the slope to the pile diameter ratio. They were also used to derive a reduction factor which, when multiplied by the lateral bearing capacity for level ground, gives the bearing capacity of the same pile near a slope. In addition, a critical non-dimensional distance between the pile and the crest of the slope, at which the bearing capacity approaches that for a level ground, was determined. The bearing capacity charts obtained for level ground were compared to the classic Broms' charts and to others derived using several different lateral earth pressure distributions along the pile. Comparisons were also made between the results of the proposed method for piles near slopes and those obtained from charts based on upper bound calculations. Finally, the proposed new method was validated through a comparison with the results of a large number of pile load tests, in which a remarkable agreement was observed between the analytical results and the measurements.     

动态逆作开挖下有侧移钢管桩组的 整体稳定性能研究

有侧移静压钢管桩组支承的承载性能对于逆作增建地下室时既有建筑的安全保障至关重要。为获得逆作开挖下有侧移钢管桩组的整体稳定性能,提出一种考虑初始几何缺陷影响的钢管桩组非线性稳定承载力求解方法;基于线性特征值分析,就桩顶锚于原有基础（方案1）、桩顶锚于转换承台（方案2）两种方案,探讨土体水平抗力、原有基础抗弯刚度等因素对侧向约束的影响,求得稳定荷载和计算长度;继而引入一致模态和基坑侧移变形缺陷,采用非线性极值点分析初始缺陷的不利影响,基于此提出计算长度加大系数,进而求得修正后的非线性承载力;最后以单钢管桩组和整体模型为研究对象,对两种方案的侧向刚度差异及实际风载下的整体侧向位移进行分析。研究表明,相较方案1,方案2中有侧移钢管桩组在逆作开挖下的稳定承载性能有显著提升,不同土体水平抗力临界荷载比约为3.30~3.40;初始缺陷对钢管桩组的非线性承载力有不利影响,缺陷幅值越大,承载性能越差,工程设计中按包络法建议加大计算长度至1.15倍;风载作用下,两种方案中有侧移钢管桩组顶部的最大整体侧向位移约为50 mm,其引起的侧移缺陷对非线性承载力的不利影响不可忽略。     

斜桩水平承载力现场试验研究

对上海附近海上风电场的斜桩基础进行现场水平承载力试验,测试采用单向单循环加载,对正反斜桩的水平承载力及水平位移进行测试。对比测试结果发现,正斜水平承载性能比反斜有较大优势。     

黄土冲沟斜坡桥梁桩基竖向承载特性模型试验研究

为了探明黄土冲沟地形条件对桥梁桩基础承载力的影响,首次基于自主研发的能充分反映黄土冲沟区域桩基础特点与工作性能的模型试验平台,分析不同冲沟坡度、不同桩长桩基的竖向承载力,桩身轴力及桩侧摩阻力的变化规律,并结合试验结果提出相关的工程技术建议。研究结果表明:1随着坡度的增大,相同桩长的桩基承载力呈降低趋势,承载力影响度逐渐增大,变化范围在7%~35%之间;2在一定范围内,桩基承载力随桩长增加增幅越大,桩长增加到一定程度时,承载力增幅逐渐变缓;3随着坡度增加,相同入土深度下的有效桩长逐渐减小;4黄土冲沟斜坡区域桥梁桩基设计应充分考虑防止桩周土体流失的工程技术。     

基于离心模型试验的桩帽网结构路基桩端持力层效应研究

为了考察桩端持力层强度对桩帽网结构路基(地基)承载特性的影响,设计了4组不同桩端持力层状态的离心模型试验,测试了地基变形、加筋垫层拉力和路堤基底压力等数据。测试数据表明:①桩端持力层强度降低,地基由稳定向出现桩底明显刺入再到出现桩端持力层局部剪切破坏方面转化;②桩端持力层强度提高,地基变形减小,路基中心桩底刺入及地表沉降、坡脚地基水平变形均值与持力层承载力的关系曲线可用幂函数描述;③桩端持力层强度越高,桩体承载集中效应与桩间土承载减载效应越明显;④路基中心附近地表沉降与路基面覆盖范围筋带拉力均值间的关系曲线可用二次多项式描述,考虑了路堤横向滑移因素的筋带拉力计算值与实测较接近;⑤端承摩擦桩型的桩端持力层强度提高,筋带所受拉力减小;⑥布设袋装砂井,能加快地基的排水固结,提高桩端持力层承载力,增强地基稳定性。     

立式钢制储罐基础设计

以某罐区立式钢制储罐基础设计为例,探讨预制桩、灌注桩和浅基础应用于储罐基础的设计方法。储罐基础设计可比拟为“板-柱结构”体系,借助pkpm结构软件分析两种桩型承载力、浅基础设计、场地条件影响及桩-土共同作用。储罐桩基设计应对水平承载力、竖向承载力和配筋量三控制设计,对于端承型桩基,一般情况下单桩水平承载力起控制作用。相同桩数时,采用方形布桩的边桩配筋比环形布桩的更易产生突变。应用于软土场地的砼预制桩不仅应进行桩基承载力计算,还应加强桩基配筋验算。