考虑土体小应变特性的桩基动刚度拟静力计算方法

上部结构受力验算需要用到下部基础刚度作为弹性边界条件,而桩基的刚度又受到土体刚度非线性的影响。本文采用拟静力方法计算桩、土和承台共同作用下的整体三向动力刚度,并引入土体小应变刚度的简化分析模型考虑土体刚度非线性对桩基刚度的影响。通过桩土相互作用模型中"受力变形平衡-土体刚度与应变协调-受力变形平衡"的循环计算,实现对土体在小应变水平下刚度非线性弱化特性的模拟,最终达到模型力学平衡与土体刚度水平的协调,从而得到桩基的拟静力刚度。在有限差分软件中实现上述算法,并对某工程柱下单桩和群桩基础整体三向刚度进行了大规模的计算应用。研究表明,采用本文提出的考虑土体与应变特牲的桩基动刚度拟静方法所得到的结果可为上部结构受力分析提供合理的计算参数。     

单桩非线性沉降计算的原状土切线模量法

在地基非线性沉降的原状土切线模量法的基础上,结合荷载传递法,提出了一种新的单桩非线性沉降计算的模型。把单桩的沉降计算分解成为桩底土体变形和桩身压缩两部分分别计算,并考虑了桩土相互作用的问题。桩底土体的非线性沉降变形计算采用原状土切线模量法,使土体参数既能反映原状土特性又能合理考虑其非线性且参数确定方便,又可较好地计算单桩的非线性沉降。通过实测对比证明了计算方法的有效性。     

海上大直径单桩基础p-y曲线修正

海上风力发电作为一种具有前景的可再生能源,目前的增长十分迅速。超大直径钢管桩是目前海上风机结构的最常用基础型式,API规范建议的p-y曲线法是目前评价钢管桩水平承载能力的主要方法,但其对大直径桩基的适用性有待探讨。本文通过开展系列三轴CU试验标定了等向硬化模型中的各个参数,并通过与实测土体应力-应变曲线的对比验证了建立的等向硬化模型的可靠性。基于该模型采用三维有限元方法分析了黏土中大直径桩基的水平受荷特性,结果发现规范方法低估了大直径刚性桩p-y曲线的初始刚度和土体极限抗力,因此考虑土体强度不均匀性、桩土间粗糙度及桩径效应的影响,对极限土抗力pult和桩体变形参数yc进行了修正,提出了大直径刚性桩修正p-y曲线计算方法。基于现有离心模型试验验证了所提方法的合理性,为海上风机大直径单桩水平承载力计算提供了参考。     

基于能量法的软土地基中基桩负摩阻力计算方法

为了有效计算与分析软土地基中基桩的受力与位移情况,采用土体弹塑性三折线模型计算桩侧土体的摩阻力与桩土相对位移。考虑桩侧土体发生沉降时桩-土保持能量平衡,导出产生负摩阻力时基桩的能量平衡方程,进而给出不同位移条件下桩身轴力与位移的计算式。最后,运用该方法对某工程实例进行数值计算,计算结果与实测数据基本一致,证实了三折线模型的能量平衡计算式能够用于分析基桩在各级均布荷载作用下的受力特性。     

基于能量法的软土地基中基桩负摩阻力计算方法

摘要：为了有效计算与分析软土地基中基桩的受力与位移情况，采用土体弹塑性三折线模型计算桩侧土体的摩阻力与桩土相对位移；考虑桩侧土体发生沉降时桩-土保持能量平衡，导出产生负摩阻力时基桩的能量平衡方程，进而给出不同位移条件下桩身轴力与位移的计算式；最后通过对某工程实例进行数值计算表明：计算结果与实测数据基本一致，使用三折线模型的能量平衡计算式能够用于研究分析基桩在各级均布荷载作用下的受力特性，为桩基工程设计提供相应的参考。     

开挖条件下非均质黏性土地基柔性桩筏基础非线性分析

为研究开挖对黏性土地基中柔性桩筏基础承载的影响,提出一种开挖条件下非均质黏性土地基中柔性桩筏基础非线性分析方法。采用有限元法对筏板进行分析。在考虑桩周土体开挖卸荷影响的基础上,基于荷载传递法,得出了开挖条件下非均质黏性土地基中基桩顶面柔度系数;基于层状弹性半空间理论,对开挖条件下非均质黏性土地基中桩土体系相互作用进行了分析;建立了开挖条件下非均质黏性土地基中桩土体系的柔度矩阵。采用有限元和有限差分相结合的方法得到了开挖条件下非均质黏性土地基柔性桩筏基础非线性简化分析方法。通过与已有试验和理论分析结果进行对比,验证了简化方法的正确性。计算结果表明:忽略开挖卸荷的影响,将低估开挖条件下桩筏基础中土体承担荷载的比例,并使得分析结果中筏板底部基桩桩顶荷载分布的不均匀性偏大。研究成果可为开挖条件下群桩基础和桩筏基础变刚度调平设计提供依据。     

海上大直径钢管桩水平向桩土界面参数试桩分析

为了研究海上大直径钢管桩水平向承载机理与桩土作用关系,基于海上大直径钢管桩水平向静载试验成果数据,运用 API 规范建议的 p － y 曲线方法,结合有限差分解法,对海上大直径钢管桩水平承载特性及桩土界面参数分析计算方法进行研究。结果表明,地基上部土层的性状是影响基桩水平承载性能的主要因素; 采用土体参数范围值计算的基桩水平承载性能基本可以反映土体的真实性状。按照 API 规范给出的 p － y 曲线模式计算得到的桩身挠度和弯矩与试桩测试数据存在一定的拟合关系,拟合优度在 0. 891 ～ 0. 932 之间,其中黏性土的拟合优度整体上大于无黏土,浅层黏性土的拟合优度大于深层黏性土。在 0 ～ 20 mm 水平位移下,桩侧土体处于线弹性状态,桩身挠度与弯矩的计算值均大于测试值,说明此时 p － y 曲线法低估了土体性能; 在大于 20 mm 的水平位移下,桩侧土体处于非线性状态,桩身挠度与弯矩的计算值均小于测试值,表明此时 p － y 曲线法高估了土体性能。研究成果可为进一步深入分析海上大直径钢管桩水平向承载性状和桩土的相互作用机理提供参考。     

桩基础应力的三维非线性有限元分析

利用三维非线性有限元分析方法,建立土体与桩共同作用的数值模型,计算桩土复合体的应力与变形;讨论了土体的本构模型以及在桩土结构接触处提出应用有厚度单元进行接触面数值模拟。该文对某大桥东塔地基桩基础在不同荷载组合下进行了应力变形分析,为工程的设计施工提供了依据。     

单锚板桩墙结构整体受力分析方法

现行规范中单锚板桩墙结构内力计算的弹性线法或竖向弹性地基梁法均是以拉杆为界,把单锚板桩墙结构的前墙和锚碇结构作为两个脱离体,这种计算方法,忽略了拉杆受力拉伸和结构变形对结构内力分布的影响。为了提高单锚板桩结构受力分析的可靠性,提出将单锚板桩结构的前墙、拉杆、锚碇结构简化为梁杆系统,建立整体结构计算模型,采用竖向弹性地基梁法对整体结构进行受力分析。计算结果与现场实测结果的对比表明:将单锚板桩墙结构作为一个整体进行受力分析,可以提高结构内力计算结果的精度。     

双层土体结构对超长桩承载性状的影响

利用三维有限元方法,研究了双层地基土中超长桩的承载性状.利用线弹性模型模拟桩身混凝土的应力应变关系.邓肯-张非线性弹性模型模拟地基土,河海大学薄单元模型模拟桩.土间的非连续变形.计算结果表明,对上硬下软地基土结构,当硬土层厚度不大于桩身人土深度时,随硬土层厚度的增大,桩顶极限荷载、桩侧极限阻力均呈非线性增大;对上软下硬地基土结构,当软土层厚度不大于桩身入土深度时,随软土层厚度的增大,桩顶极限荷载、桩侧极限阻力均呈非线性减小;桩身轴力和桩侧阻力沿深度的分布随地基土结构而异.桩侧摩阻力在硬、软土层分界处有急剧变化现象;超长桩的失稳由桩侧土体的破坏引起.     

高港枢纽二线船闸地连墙板桩结构整体数值模拟

针对建设中的泰州引江河高港枢纽二线船闸工程,基于ABAQUS平台建立了船闸地连墙板桩结构整体分析的有限元模型,预测锚碇桩、地连墙的变形性态以及拉杆在施工期不同阶段的内力状态。利用ABAQUS的用户子程序功能开发了相应的邓肯-张材料本构模型模拟土体填筑和开挖过程中的应力-应变特性,采用指数型的接触本构关系模拟地连墙与土体之间的相互作用。有限元分析计算结果与现场实测结果对比表明,所建立的整体分析模型能够准确地预测施工期不同阶段锚碇桩、地连墙的变位情况以及拉杆的内力情况。     

土体及遮帘桩对板桩码头影响的数值模拟分析

利用有限差分分析软件对板桩码头进行数值模拟,分析板桩码头中土体参数及遮帘桩对板桩码头板桩前墙的影响。对板桩码头土体参数改变时板桩前墙的受力情况进行模拟。模拟结果表明:土体内摩擦角对前墙最大负弯矩的影响最大,弹性模量次之,粘聚力最小;对于前墙最大正弯矩,弹性模量的影响程度最大,内摩擦角次之,粘聚力对最大正弯矩的影响呈现起伏不定。针对遮帘桩安放位置对码头的影响情况,模拟遮帘桩距离前墙1~10m时板桩墙最大正、负弯矩的变化情况。模拟结果显示:当遮帘桩距离前墙2~5 m时,板桩墙的弯矩值处在一个较低的范围。     

土拱效应的桩板墙挡板设计

基于有限差分法软件FLAC,以工程实例为依据,对边坡体系进行三维数值模拟,分析了土拱效应对挡土板设计的影响,为桩板墙挡板的优化设计提供了参考.结果表明:在进行桩板墙挡板的设计时,应充分考虑土的压力拱效应.     

盐城港卸荷式地连墙结构码头离心模型试验

盐城港滨海港区拟建的第一座10万t级通用泊位码头采用了分离卸荷式地连墙板桩结构,码头所处地基中存在一层厚约5.3 m高压缩性黏土。鉴于上述高压缩性黏土层与码头前沿泥面线相近,对码头结构稳定性可能存在较大影响,为此开展了土工离心模型试验,对码头设计方案稳定安全性进行了验证。模型试验模拟了极端低水位这一最不利水位条件,同时按最不利的加载顺序模拟码头面竖向荷载的施加,试验测量了码头地连墙、锚碇墙和两排直立灌注桩的弯矩、地连墙在锚着点处的侧向位移和锚杆拉力。结果表明,墙桩弯矩和锚杆拉力最终趋于稳定,地连墙锚着点位移和地连墙倾斜度均处于合理区间,码头结构整体稳定,从而验证了该板桩结构设计方案的合理可靠性。     

接触面法-切向应力非线性分布的梯形渠道冻胀力学模型

针对开放系统下的寒区梯形渠道,考虑衬砌各点地下水补给条件的横向差异提出非线性分布法向冻胀力的计算方法,通过引入冻土与衬砌接触界面切向相互作用的Winkler假设导出非线性分布切向冻结力的计算方法,进而构建接触面法-切向应力非线性分布的梯形渠道冻胀力学模型。以塔里木灌区某梯形渠道为例,分析了不同地下水埋深w对各截面弯矩的影响规律。结果表明：地下水埋深越浅,则衬砌板截面弯矩分布的不均匀性越强,最大弯矩的量值迅速呈非线性增大,坡板危险截面位置约在距坡脚30%~42%坡板长处,底板危险截面在渠底中部附近,与调查结果相符。同时分析了顶盖板约束下不同接触面切向刚度(k_p)对各截面切向位移及切向冻结力分布的影响规律。结果表明：切向位移及切向冻结力均自坡顶向坡脚处逐渐增大,在坡顶处为零,在坡脚处达到最大值。k_p较小时,截面切向位移及切向冻结力趋于线性分布;随着k_p的增大,两者逐渐偏离线性分布,且k_p越大两者非线性分布越明显。研究结果可为寒区梯形衬砌渠道抗冻设计提供参考。     

南水北调渠道工程焦作段弱膨胀土改良研究

针对南水北调中线焦作2段渠道弱膨胀土能否作为堤身填料这一问题,通过控制初始含水率、干密度对重塑弱膨胀土进行了室内试验研究,研究表明:随着干密度的增加,土体的抗剪强度增大,压缩性降低,膨胀性增强,随着初始含水量的提高,土的抗剪强度减小,压缩性增大,膨胀率减小。讨论了非膨胀土包盖和掺入非膨胀土改良、水泥改性弱膨胀土胀缩性可行性。     

基于土体塑性与剪胀的复合地基静载数值模拟

CFG桩复合地基的承载力计算仍依赖于现场的静载试验以及经验公式等原位测试手段,但原位测试和经验公式均存在局限性,不能真实反映地基的实际承载情况。通过数值分析预估其承载力成为新途径之一,而提高数值分析精度问题的重点就是采用能够合理模拟土体特性的本构模型。运用Plaxis软件对海积软土上CFG桩静载试验进行数值分析,并采用能够有效反映土体塑性与剪胀性的Hardening-Soil模型来模拟桩间土。将数值分析结果与现场静载试验的对比发现,采用该模型能够很好地反映复合地基的承载力,同时也较好地反映了CFG桩的变形和再加载特性,为软土区CFG桩复合地基的设计施工提供了参考。     

软土路堤柔性桩复合地基工作机理研究

在分析柔性路堤下桩土受力性状的基础之上,利用有限元分析软件Ｐｌａｘｉｓ建立复合地基数值模 型,对柔性桩复合地基中不同的垫层模量及厚度的选取进行了模拟,重点研究了桩土及垫层的受力特 性。分析结果表明:当其他指标相同时,在相同均布荷载下,垫层模量对关键指标的影响不大;随着垫层 厚度的增加,垫层最大沉降及桩顶刺入量均逐渐减小并稳定在某一区间以内;桩顶应力及桩土应力比逐 渐增大,并有逐渐稳定趋势。研究成果可为软土路堤柔性桩复合地基的设计工作提供有益参考。     

软土深基坑组合开敞式支护数值模拟与监测分析

以某沿海地区深基坑工程为背景,介绍了软土地区采用分级卸荷、重力挡墙和桩锚组合的开敞式基坑支护型式。通过建立三维有限元模型模拟基坑开挖过程,对比数值模拟和现场监测结果,分析了基坑支护桩水平位移和锚杆力的变化规律。结果表明:支护桩变形和锚杆力的模拟值与监测结果趋势一致,实测结果与预测值的整体偏差在15%以内,基坑工程处于安全稳定状态;三维有限元模型可以较好地考虑基坑在组合支护情况下重力挡墙和空间效应对桩锚结构受力的影响,具有较高的可信度;对于软土基坑,将重力挡墙和桩锚组合,并结合分级卸荷,改变了支护结构上的土压力分布规律,能够有效控制基坑变形,确保支护结构稳定。应用成果可以为同类工程提供参考。     

水平荷载作用下多花木蓝根系拉拔试验研究

为探索灌木植物根系与土壤界面摩擦力的影响因素,通过改变土壤干密度条件,采用直接施加水平拉拔荷载的方法进行单根拉拔试验,研究了多花木蓝单根的抗拉拔力。结果表明①多花木蓝单根的抗拉拔力与位移关系曲线可分为陡峭上升、陡峭下降和平缓下降3个阶段,在试验开始阶段呈线性关系,随后表现出显著的非线性关系;②在同一土壤干密度条件下,多花木蓝单根的最大抗拉拔力随着根径的增加而呈线性增大趋势,相关系数超过0.9;③当根径一定时,多花木蓝单根的最大抗拉拔力随着土壤干密度的增加而增大;④根在土壤干密度ρ_d为1.35,1.45,1.55 g/cm³时的拉拔破坏模式均表现为摩擦破坏,而土壤干密度ρ_d=1.65 g/cm³,根径r=0.586 mm是根的拉拔破坏模式从摩擦破坏到拉断破坏的临界点,表明当根径r<0.586 mm时,根的破坏模式表现为拉断破坏,而当根径r>0.586 mm时,根的破坏模式表现为摩擦破坏。因此,根径、土壤密度影响根土界面的抗拉拔力。