被动桩土拱效应与影响因素细观研究

采用室内模型试验与颗粒流(PFC2D)数值模拟相结合的方法,对被动桩在砂土中土拱形成机理进行了较系统和深入的研究。研究表明,拱效应是多种因素的组合;桩间距、砂土颗粒孔隙率和桩土接触特征对土拱效应的影响最明显;桩间距小、孔隙率小、桩土接触面粗糙或密实度大的土体,易形成土拱;土拱并不是一成不变的,随着颗粒排列调整,可能在此过程中破坏或重新形成。     

复合地基垫层刺入量模型试验与计算方法研究

为了研究复合地基垫层刺入量有关因素,通过可视化模型箱对不同垫层厚度、密实度、桩径以及桩帽的刚性桩复合地基进行室内模型试验。利用数字图像无标点量测技术,对在加载过程中垫层土体颗粒的位移场进行观测与分析,研究了复合地基垫层的位移场与变形模式,得到了垫层的刺入量、变形范围以及滑动面位置与形状。根据球孔扩张理论推导出垫层刺入量的求解公式,并与模型试验数据进行了对比分析,验证了理论方法的合理性,且理论计算结果与试验数据吻合较好。垫层刺入量的研究对复合地基垫层厚度、桩径等设计具有一定参考价值,垫层刺入量可协调桩土的荷载分担,使桩土共同承担上部结构荷载,为复合地基沉降研究提供了理论依据和数据支持。     

刚柔桩网复合地基桩土应力比研究

通过室内模型试验,测定刚柔组合桩网复合地基在不同垫层厚度、格栅层数、桩间距下刚性桩和桩间土的应力比,柔性桩和桩间土的应力比,比较垫层厚度、格栅层数、桩间距的影响,对于指导刚柔组合桩网复合地基的设计和研究具有重要的意义.     

刚性桩复合地基桩间土拱效应分析及桩土应力比计算

通过分析刚性桩复合地基桩土相互作用机理,对桩间土拱效应及中性面上桩土应力比进行了研究。刚性桩复合地基工作时,桩间土满足竖向成拱的条件,在桩体中性面上形成竖向三维土拱,其承担的部分荷载通过三维土拱传递至桩体,桩土应力比在中性面上达到最大。通过对桩间三维土拱进行力学分析和计算,得到桩间土通过土拱传递至桩体的荷载表达式,并推导出刚性桩中性面上桩土应力比的计算公式。研究表明,中性面上桩土应力比与土体内摩擦角、黏聚力、桩土摩擦角、桩径、桩长、桩侧摩阻力等参数成正比,与桩间距成反比。计算公式经工程实例验证,有较好的吻合性。     

基于颗粒流的抗滑桩土拱效应研究

抗滑桩土拱效应的研究目前主要是建立在连续介质理论基础上,难以考虑土体颗粒粒度组成等重要影响因素,因此有必要进一步深入揭示土体这种非连续、非均匀散粒体的成拱机理。利用颗粒流方法,研究了抗滑桩截面大小、间距、桩土相对变形速度和土体颗粒粒度组成对土拱效应的形成、发展、破坏和再形成过程的影响,并揭示了这些因素对土拱的极限承载能力、残余承载能力和桩土荷载分担比的影响规律。结果表明：以上因素对抗滑桩土拱效应影响显著。土拱的极限承载能力随桩间距与桩宽的相对比例增大而减小,随桩土间的相对运动速度和土颗粒的分布宽度增大而增大;残余承载能力和桩体荷载分担比随桩间距与桩宽的相对比例和土颗粒的分布宽度增大而减小,随桩土间的相对运动速度增大而增大。因此在抗滑桩设计及布桩位置选择时,应尽可能考虑相关影响因素,以优化设计,节省投资。     

刚性桩复合地基沉降变形与影响因素分析

探讨天津软土地区刚性桩复合地基桩、土、垫层共同作用的特点,分析不同荷载作用下刚性桩复合地基桩土位移场及桩土应力比的变化规律;采用ANSYS有限元软件分析垫层模量、桩间土模量及桩间距等因素对复合地基沉降变形的影响。研究表明,桩间土模量的变化对刚性桩复合地基的整体沉降量影响较显著,复合地基的整体沉降量随桩间土体模量的增加而减小;桩间距是控制刚性桩复合地基整体沉降量的主要因素之一。地基沉降量随桩间距的减小而减小,但桩间距过小时,对减少刚性桩复合地基整体沉降量的作用并不明显。     

悬臂式抗滑桩桩前被动土拱效应研究

基于1∶10的抗滑桩与土体相互作用模型试验,对悬臂式抗滑桩桩前被动区土体的成拱效应趋势做了初步探讨,利用ANSYS对悬臂式抗滑桩桩前被动土拱效应的形成过程及其影响因素进行数值分析,研究了桩身水平位移、桩间距、土体黏聚力和内摩擦角等因素对被动土拱效应的影响。结果表明:相邻两桩桩前一定范围内土体中会产生被动土拱效应,且随着桩身水平位移的增加和沿桩深度的减小,被动土拱效应增强,土拱范围变大;随着桩间距的增加,被动土拱效应减弱,土拱形态先变陡峭而后逐渐变平缓;土体黏聚力与被动土拱效应呈正相关关系,而土体内摩擦角对被动土拱效应的影响较小。     

抗滑桩嵌固段桩前被动土拱形成机理

抗滑桩是滑坡治理的主要手段之一,嵌固段桩前被动土拱效应对抗滑桩承载力具有重要影响。为了对桩前被动土拱效应几何形态及桩间距的影响规律进行研究,采用平面应变有限元模型对不同桩间距的抗滑桩与桩前土相互作用进行模拟分析,提出了一种具有明确物理意义的土拱厚度的确定方法。通过搜寻土体中σ_xm(桩间土体中心截面处最大σ_x值)等值点的分布规律,拟合了土拱轴线的描述方程。讨论了桩间距对土拱的矢高、厚度的影响规律。通过与单桩计算结果的对比,提出了确定邻桩对桩前土影响范围的方法,进一步证明桩前土拱的存在。结果显示,随着桩身位移增加,桩前土体内主应力方向发生偏转,逐渐形成桩前被动土拱;桩间距为桩宽的2.5~4.5倍时出现被动土拱,3~4倍时土拱效应最明显,土拱厚度和矢高随桩间距线性增加;桩前被动土拱增加了相邻抗滑桩间相互作用范围。研究结果为抗滑桩桩前土受力及承载力研究提供了新思路,对工程实际具有一定参考价值。     

基于薄板理论的刚性桩网复合地基桩土应力比计算

 桩土应力比是反映刚性桩网复合地基工作特性的重要指标。根据刚性桩网复合地基的荷载传递特点,对其在路堤填土荷载作用下的桩土应力分担比进行研究。根据加筋垫层–桩–桩间土应力和位移连续条件,将加固区视为整体进行研究。结合加筋垫层的应力–应变特点,选用大挠度薄板理论模拟加筋垫层的受力和变形。考虑加筋垫层的真实边界条件,首先假定加筋垫层四角点简支其余位置自由并进行桩土应力比求解。在该假定基础之上,考虑桩土相互作用影响,通过功能原理推导出真实情况下刚性桩网复合地基的桩土应力比计算方法。采用室内足尺试验对计算方法进行验证,并综合分析褥垫层模量、桩间距、土体基床系数和桩径对桩土应力比的影响。结果表明理论计算结果与试验结果较为吻合,可为工程实践提供参考。     

水平荷载作用下超长桩土拱效应数值模拟

建立了水平荷载作用下单排超长桩与土相互作用的三维有限元数值模型,对所形成的土拱效应进行数值模拟,研究了水平土拱和水平向摩阻力沿桩长方向的变化规律,以及桩间距对于土拱效应的影响,并进行了参数敏感性分析。结果表明:土拱效应在桩的上部作用较为明显;水平向摩阻力与土拱沿桩长方向的变化规律一致,土拱对于水平承载力具有增强作用;随着桩间距的增大,桩间应力拱逐渐消失,6倍桩径为应力拱产生的极限桩距;土体内摩擦角、黏聚力对土拱效应的影响呈正比关系,而桩土刚度比对土拱效应的影响呈反比关系,桩的长径比对土拱效应的影响是先增加后消失,影响最大的长径比为50。     

桩承式路堤中土拱效应可视化模型试验研究

桩承式路堤中土拱的形态还未得到统一认识,进一步开展土拱效应的研究对桩承式路堤中荷载传递规律分析有重要科学价值。首先简要介绍了桩承式路堤中土拱效应可视化的室内模型试验装置、试验材料以及测试元件的布置情况,然后采用该可视化试验装置进行变化路堤高度与桩间距的10组模型试验研究,以分析桩承式路堤中沉降的分布规律与竖向应力的分布特点。试验结果表明:变化路堤高度与桩间距的比值将显著影响桩承式路堤中土拱效应的发挥,在该平面土拱效应室内试验中,当h/(s-a)≤1.0时,路堤中没有应力重分布的现象,表明此时土拱效应没有产生;当1.0h/(s-a)1.5时,土拱效应未完全发挥;当h/(s-a)≥1.6时,达到了完全成拱的条件,路堤填土的竖向应力分布存在两次拐点,与HewlettRandolph模型结果中的分布规律相似。模型试验结果还表明,路堤表面的差异沉降随着路堤高度的增加而逐渐减小,当路堤高度与桩净间距的比值大于1.6时,路堤表面的差异沉降基本为0。最后,根据土拱效应完全产生时的模型试验结果,推导了平面土拱的内拱与外拱高度的表达式,并基于土拱厚度不均匀的实际情况,采用试验结果对HewlettRandolph平面土拱理论进行修正,研究发现修正的HewlettRandolph方法能更好地与试验结果相吻合。     

门架式抗滑桩土拱效应的数值分析研究

在群桩的各排桩间土体中普遍存在土拱效应。针对现有的二维平面分析法无法真实的反映出门架式抗滑桩桩间土拱效应,在大型室内模型试验的基础上,对模型试验进行数值分析,采用ABAQUS有限元软件分别建立了不同桩间距、桩排距等情况的三维数值模型,对边坡中门架式抗滑桩的群桩土拱效应进行了详细研究,讨论了均布荷载、桩间距和桩排距等因素对门架式抗滑桩群桩土拱效应的影响,揭示了门架式抗滑桩-土之间的相互作用规律,并获得了门架式抗滑桩合理的桩间距和桩排距的取值范围,对于门架式抗滑桩工程的设计和施工具有一定的指导意义。     

基坑支护桩间土体拱效应理论及有限元分析

深基坑支护桩间土体拱效应是在支护桩后一定范围内的土体上产生的。在此基础上,推导了考虑土拱效应的桩间土体承担的水平侧向土压力理论计算公式,并对土拱效应的主要影响因素——支护桩间距和土体力学性质,进行灵敏性分析。结果表明:桩间土拱效应主要发生在支护桩后2.5倍桩间土宽度范围内。最后,将深基坑支护桩间土体拱效应分析简化为平面问题,通过有限元数值分析探讨了土拱效应形成机理,理论计算与数值分析结果较为一致。     

刚性桩复合地基的桩土应力比计算方法

刚性桩的桩体刚度比较大,承担较大荷载后桩身变形较小,其桩土应力比远大于半刚性桩的桩土应力比。刚性桩复合地基设计仍沿用半刚性桩复合地基经验设计,导致刚性桩复合地基设计过于保守,问题的关键在于如何准确确定其桩土应力比。基于刚性桩荷载传递规律、桩-土-垫层变形协调条件,综合考虑了桩体的上下刺入变形、桩侧正负摩阻、桩长、桩径、土性等影响因素,推导得到了刚性桩复合地基桩土应力比简化公式,并与刚性桩复合地基室内模型试验和现场实测结果进行对比分析,该公式便于工程应用,更有利于刚性桩复合地基定量化设计和计算沉降。     

基坑支护中桩佩±压力分析

在无粘性土的排桩支护中,从桩间土拱形成机理出发,认为土拱区土体受到等值的法向力作用,有桩间土体自由区和土拱区土体达到极限强度的条件下,得出桩间土拱的拱形参数,拱高和土拱的厚度．同时在考虑土拱区土体强度增加的情况下,结合桩土接触面处的土体强度约束条件和几何条件．在确定的桩距和桩径条件下,分析桩侧的土压力,通过求出不同桩径...     

循环荷载下复合地基受力工作特性研究

进行6组循环加载模型试验,研究了循环荷载作用下桩承加筋土复合地基的受力工作特性,分析了垫层厚度、桩土刚度比、桩间距、土工格栅层数对桩承加筋土复合地基桩土应力比的影响,得出了桩土应力比随这些参数的变化规律。     

抗滑桩桩后土拱效应特征的三维数值研究

通过对抗滑桩桩后土拱效应的三维数值模拟分析,发现在抗滑桩桩后和桩间土体中存在两种不同作用机理的应力拱,抗滑桩桩后土拱效应随着深度的增加而增强,不同性质的土体土拱具有不同的形状。经过对抗滑桩桩后土拱效应影响因素的分析表明,抗滑桩桩后外载荷大小、桩间距、土体内摩擦角、黏聚力、土体与桩体的相对刚度的大小、土体的泊松比、桩土接触面性状等对土拱效应有不同程度的影响。     

刚性桩复合地基模型试验研究

通过刚性桩复合地基群桩(桩数3×3)模型试验,对不同垫层厚度刚性桩复合地基的变形特性、不同桩位桩体和桩间土的受力特性进行测试,并对桩土应力比和荷载分担比等反映桩土共同工作性能的指标进行分析,得出了刚性桩复合地基的承载特性和变形规律。结论可为刚性桩复合地基的优化设计提供依据。     

桩承加筋土复合地基试验及稳定研究

通过设计柔性荷载下桩承加筋土复合地基室内模型试验,研究了复合地基在极限柔性荷载作用下的相应沉降规律及桩土应力变化,并探讨分析加筋垫层对地基稳定性影响。试验结果表明:增大垫层厚度,复合地基沉降增大明显,桩身沉降增大,纯砂区沉降增大,不利于复合地基的稳定性;增加土工格栅的层数对于高厚度垫层的复合地基有明显的改善效果,复合地基的沉降减小,桩身沉降增大,纯砂区沉降减小,桩土应力比增大,有利于桩承加筋土复合地基的地基整体稳定性。     

基于协同响应的微型桩复合土钉合理桩间距的有限元分析

微型桩复合土钉是一种常用的基坑支护形式,微型桩间距是控制变形的关键,但是目前设计理论的研究并不成熟,通过Flac3D数值模拟,研究微型桩复合土钉的协同作用机理,通过研究不同的微型桩间距,分析土体位移场和应力场的分布规律,以微型桩和土钉协同响应为根本,分析微型桩的合理间距。研究表明,微型桩间距2D(D为微型桩桩径)时,土钉的支护作用尚未发挥,桩间的土拱尚未形成;在桩间距4D~6D时,微型桩与土钉的复合作用最好,桩间的摩擦土拱首先形成;在6D时桩后端承拱发挥作用,且土钉之间的水平鞍型拱初步形成,此时钉头压区与微型桩压区开始出现叠交;在微型桩间距为9D时,桩后端承拱失效,土体发生绕流,但是土钉之间的鞍型拱转化为圆弧拱,土钉的支护作用增强;在微型桩间距12D时,钉间拱矢高变小,土体初步形成滑裂面。根据以上研究,建议微型桩与土钉复合支护中微型桩合理间距在控制在2D~9D,4D~6D协同效应最好。研究结论可为微型桩复合土钉支护设计及施工提供理论基础。