群桩刚性承台竖向动阻抗的简化计算

目前对群桩动阻抗研究的文献 ,始终局限在刚性承台底与土脱离的假设 ,而没有考虑实际存在的承台底与土接触的情况。文中在对群桩刚性承台动阻抗的求解过程中 ,首次考虑了承台底土与承台及群桩的动力相互作用。文中首先利用前期文献确定了单桩和单独刚性基础在均质弹性土中的竖向动阻抗 ,然后定义了桩 -土、土 -桩、土 -土动力相互作用因子的概念 ,并对诸动力相互作用因子作了理论推导及计算 ,进而建立了均匀介质中群桩竖向动力阻抗的简化计算方法。     

水平简谐荷载作用下饱和土中群桩的动力反应

研究了在水平简谐荷载作用下饱和土中群桩的动力反应问题。半空间饱和土采用Biot提出的三维波动原理,将桩看作是一维的弹性杆单元,采用Hankel变换及数值逆变换得到饱和土的基本解。利用桩土之间的变形协调条件和叠加原理得到饱和土中群桩的第2类Fredholm积分方程,采用动力相互作用因子的方法计算群桩在水平荷载作用下的动力阻抗,给出了群桩的阻抗、弯矩以及孔压的数值结果。该方法可用于计算层状饱和土中群桩的水平动力反应问题。     

考虑径向非匀质性的层状地基中单桩动力阻抗研究

采用考虑桩周土的非匀质性的Novak薄层法计算桩土相互作用的方法,对考虑径向非匀质性的层状地基土中端承桩竖向动力阻抗的简化计算方法进行研究,得到相应的计算公式。分析桩周土非匀质性、泊松比、振动频率等因素对单桩竖向动力阻抗的影响。分析结果表明,考虑径向非匀质层状地基土的阻抗实部随频率的提高而增大,但增大的幅度不大,阻抗虚部也随频率提高而增大,且增大的幅度较大;非匀质区与匀质区土的剪切模量比对桩的竖向动力阻抗实部基本无影响;单桩竖向动力阻抗随非匀质土区域范围减小而增大;单桩竖向动力阻抗实部随土的泊松比增大而减小。     

分层土中单桩和群桩水平动力阻抗的统计特性

基于Winkler地基梁模型,提出了计算分层土中单桩动力阻抗的有限元方法。假设土的弹性模量为随机场,利用Neumann随机有限元法得到了单桩水平动力阻抗的统计特性。在分析了动力相互作用因子的统计特性后,推导了群桩的水平动力阻抗的统计表达式。最后通过算例分析,得到了一些有意义的结论。     

刚性桩筏基础的竖向振动特性分析

基于三维地基薄层法基本解,得到层状地基中的土-土相互影响因子,结合能够充分考虑被动桩与土体的共同作用的群桩动力模型,建立刚性桩筏基础的动力分析方法。通过参数(桩间距s/d和激振频率f)探讨和与刚性高承台群桩的比较,得到匀质半空间和层状地基中常见刚性桩筏基础的阻抗和内力的变化规律:①桩间土体的存在会提高群桩基础阻抗,从而进一步降低群桩基础的动力响应;②荷载在桩土之间的分配关系(桩土分担比)不是常数,随桩间距和激振频率的变化而变化;③刚性筏板的存在并没有显著地改变群桩桩顶荷载分布规律。最后,分析上海虹桥交通枢纽工程桩筏基础的阻抗函数,并指出其动力响应与一般高承台群桩的差异,为工程设计提供参考。     

粘弹性介质中考虑轴力作用时桩的动力分析

本文研究粘弹性介质中桩受轴力作用时水平动力作用下桩的动力阻抗及动力相互作用因子 ,利用桩的运动微分方程 ,推导出桩的动力阻抗函数。与未考虑轴力时对比分析表明 ,考虑轴力对动力阻抗函数存在一定的影响 ,同时对动力相互作用因子亦存在影响。通过对比计算群桩考虑轴力及未考虑轴力作用的动力阻抗 ,可知轴力的影响是明显的     

群桩基础水平动力响应简化边界元频域解答

在水平振动或地震作用下,建立圆形桩与土的动力相互作用简化边界元模型,采用动力相互作用因子对群桩基础顶部的惯性响应和运动响应进行分析。桩身运动方程考虑了群桩动力相互作用以及由土体位移引起的被动桩效应,得到了频域内固定群桩基础顶部的水平动力响应的弹性解答。结果表明,简化边界元模型通过土体位移系数,考虑了沿桩身长度方向的土体相互作用,较为准确地得到了桩身运动弯矩,将其运用到群桩基础的计算中,可以用于评估动力作用下群桩基础的桩顶水平阻抗和桩土运动响应。     

Pasternak层状地基中群桩水平动力响应解析解答

基于Pasternak地基和Euler梁振动理论，提出了一种能考虑轴向荷载影响的单桩水平振动简化分析力学模型，建立了层状地基中桩-土耦合作用下单桩水平振动控制方程；采用微分变换的方法对方程解耦，进一步结合桩-土边界连续条件求出单桩水平位移、转角及内力解析解答。然后，考虑主动桩Ⅰ振动引起被动桩Ⅱ的动态位移，建立被动桩Ⅱ的水平振动控制方程，求解得到被动桩Ⅱ的响应解析解答，依据动力相互作用因子定义进一步求得桩-桩水平动力相互作用因子。最后，利用叠加原理求得群桩水平动力阻抗，并与已有相关解析解进行退化对比验证其合理性。在此基础上，通过参数化分析探讨了地基剪切系数、布桩类型、桩距径比、轴向特征参数对群桩水平阻抗以及桩顶反力分布、桩身内力分布的影响规律，可为实际工程群桩桩基设计提供理论指导和参考作用。     

长短桩复合地基相互作用系数解法及参数分析

利用桩—桩、桩—土、土—土之间的相互作用系数,通过桩和土单元的位移叠加建立了一种竖向荷载作用下的长短桩复合地基分析方法,该方法不对群桩进行整体分析,因此,计算效率较高。根据Muki和Sternberg的计算方法来分析长短桩间的相互作用系数,该方法将半空间中的两根桩分解为两根虚拟桩和半空间扩展土,其中,虚拟桩的弹性模量等于桩与土的弹性模量之差。本文计算方法得到的相互作用系数可以考虑桩的"加筋效应"。利用叠加原理对长短桩复合地基进行计算分析,通过与已有文献计算结果的比较,验证了本文计算方法的正确性,并对长短桩复合地基的沉降、各桩以及土之间的荷载分担情况进行了参数分析。本文方法能够用来分析大规模长短桩复合地基,具有一定的工程应用前景。     

群桩-承台基础共同作用的变分分析法

本文提出了考虑刚性承台与土相互作用的群桩 -承台系统变分分析方法。文中假设群桩置于各向同性弹性半空间体中。群桩的变形和所受剪应力各自用一带有系列未知数的有限级数描述 ,并利用 Mindlin解来估计桩、承台和地基土间的相互作用 ,利用最小位能原理求解群桩 -承台系统的内力和变形。经对比 ,采用本文方法计算所得结果与其它数值方法和现场实测所获得的结果吻合甚好     

层状地基中桩基础的竖向荷载位移关系非线性分析方法

基于Winkler地基模型,推导了分层土中单桩处于线弹性和弹塑性状态的荷载传递矩阵,提出了单桩竖向位移内力非线性简化分析方法。考虑群桩中的"被动桩"与周围土体的相互"遮拦效应",对传统的桩–桩相互作用系数进行修正,并将其应用于刚性承台下受荷群桩和桩筏基础的非线性分析中。由于考虑了土体的成层性和桩土相互作用的非线性特性,计算模型更好地反映了土体的实际性状。计算结果与有限元计算值和试验结果进行对比分析,验证了本文方法的正确性,可应用于实际工程问题的分析。     

横向流动土体作用下的群桩反应性状

借助FLAC3D程序,分析了基坑开挖后土体横向流动作用下坑内群桩的反应性状。研究了两桩、四桩、五桩、六桩群桩中基桩的反应性状,并与相同位置的单桩反应进行了比较,得到了受横向流动土体作用的群桩相互作用规律:桩基连线平行于边坡布置的两桩,相互影响并不明显;而在其它情况下,前排桩对后排桩遮拦、后排桩对前排桩阻挡,均使受影响的桩基内力分布改变,桩身最大变形量减小;受周围越多、越近桩基的影响,基桩的内力和变位减少得越多。根据桩间土体的成拱特征,定性解释了群桩相互作用的机理与规律,具体工程的现场量测结果也验证了此结论。     

开挖条件下非均质地基中被动群桩水平反应分析

地下工程开挖包括基坑开挖、隧道开挖等,邻近建筑物的桩基因开挖引起的土体位移会产生弯矩和变形。基于两阶段分析方法,考虑土体的非线性,采用Winkler地基模型模拟被动单桩桩土之间的相互作用,运用有限差分法进行求解以考虑地基土的分层特性,并基于简化Mindlin方程考虑群桩的桩–桩相互影响,计算被动群桩的遮拦效应,从而得到开挖条件下被动群桩水平反应的简化分析方法。最后将基于两阶段分析方法的差分解法与边界元解、现场实测结果、离心机实验结果等进行对比,验证了该方法的合理性及实用性。     

桩筏基础相互作用非线性简化分析

提出一种桩筏基础相互作用的简化分析方法。对筏板和土体的接触面进行单元离散,在单桩弹塑性分析的基础上,分析了桩–桩、桩–土、土–土的相互作用关系。推导了桩土体系的刚度矩阵,得到刚性筏板群桩基础的竖向荷载沉降关系,桩的轴力沿深度的分布和桩、筏板各自分担的荷载。无需对桩和土体沿深度方向进行单元离散,简化了计算过程。由于考虑了土体的非均匀性和桩土相互作用的非线性特性,计算模型更好地反映了土体的实际性状。与有限元、边界元计算值以及实际工程实测值进行对比分析,验证了本文方法的正确性,并可应用于实际工程问题的分析。     

竖向力下各型群桩-层状土体的水平阻抗效应

提出了分层地基中考虑轴向力参与作用下群桩水平阻抗的分析方法,进一步揭示了群桩-土相互作用的振动特性,拓展了桩基阻抗简化法的应用范围。群桩动力反应不等同于其独立单桩的简单叠加,其频率阻抗曲线形状与桩数、竖向力、土层属性、桩间距有关,受布桩型式的影响最大,随桩距径比的增大群桩效应有衰减趋势;桩项轴力的存在使群桩水平反应与单一水平力作用时有明显差异,增大了群桩水平变位。     

横向荷载下群桩相互作用的积分方程解法及参数分析

针对横向受荷桩的相互作用问题,将桩土体系分解为弹性半空间地基土和虚拟桩,基于水平位移协调条件建立两桩相互作用的第二类 Fredholm 积分方程,采用 MATLAB 软件编制程序进行求解。基于 Chen 等提出的横向受荷桩相互作用系数解法,得到了桩顶转角固定条件下水平受荷桩的积分方程解答,与已有算例的对比验证了本文算法的正确性。参数分析表明,固定转角约束条件下两桩的水平位移相互作用系数随着桩间距和荷载方向夹角的增加而减小,随着桩土模量比的增加而增加。基于相互作用系数解法,该方法可应用于转角固定的水平受荷群桩分析。     

软土中群桩承载变形特性与减沉复合疏桩基础设计计算

根据大型现场模型试验,分析了软土中群桩承台、桩、土相互作用特性。试验表明:随桩距增大,承台土抗力和桩侧阻力增大,而端阻力减小;当桩距增至6d时,侧阻力趋近于单桩,端阻力仍高于单桩,承台土抗力发挥率(承台效应系数)仅为50%左右,明显小于其他类土;桩基沉降变形特征表现为桩端刺入和桩间土压缩为主导;不同于小桩距群桩的桩、土整体变形特征。根据软土中疏桩基础承载变形特征,提出减沉复合疏桩基础简化设计方法,以计算桩间土压缩及桩土相互作用效应确定桩基沉降,并以十余项实际工程进行了验证。     

极限荷载下桩筏基础共同作用性状的室内模型试验研究

利用自制模型槽,通过设计系列单桩带台与群桩的桩筏基础模型试验,研究了极限荷载下桩–筏板–地基土的应力与变形性状。试验结果表明,常规桩距桩筏基础极限荷载下表现出实体深基础性状;而大桩距桩筏基础,基桩先于板下土体达到承载力极限状态,后续荷载基本由板下土体分担,验证了塑性支承桩理论。加载过程中,桩–土的荷载分担比不断变化,6d及以上桩距时,桩达到极限荷载后即趋于稳定。利用桩的极限承载力的桩筏基础设计,应考虑极限荷载与工作荷载下桩–土荷载分担比的不同性状差别。桩间距越大,桩对土体的侧向位移的"遮帘作用"逐渐弱化,板下土体的位移特征趋于天然地基的特征,桩端平面以下土体应力受板下土体分担荷载的影响越明显,6倍桩距可视为常规桩基与复合桩基的分界点。     

红粘土地质开口管桩上浮特性的模型试验

针对红粘土上硬下软地层中开口管桩上浮问题,分别进行了三类不同桩径的开口管桩室内沉桩模型试验,研究单桩和群桩静压沉桩试验中上浮量变化规律和土塞效应对开口管桩上浮的影响。结果表明:单桩上浮量主要由静压沉桩引起的管桩弹性压缩经卸荷回弹产生的变形提供;群桩静压上浮与施工顺序、桩间距以及位置有关,先压入的管桩上浮量大于后压入的管桩上浮量,且先压入桩的上浮速度随着后压入桩的桩间距减小而增加;桩位对桩上浮的影响强度顺序由高到低依次是中心桩位、边桩位、角桩位;当开口管桩从硬塑层压入至可塑层一定深度后,由于土塞完全闭塞的影响,导致挤土效应增强,有别于闭口管桩静压至在软硬交界面处出现的短暂上浮量增长休止的状况,开口管桩群桩挤土上浮量表现出显著上升趋势。