基坑悬臂式倾斜支护桩受力特性数值分析

为优化基坑工程中的排桩支护形式,改善支护桩受力特性,对深基坑悬臂式倾斜支护桩进行了三维数值模拟计算与分析,深入研究了基坑悬臂式倾斜支护桩的变形与受力规律,并将所得结果与传统的直立支护桩受力特性进行了对比分析。研究结果表明:倾斜支护桩的桩顶水平位移较传统直立支护桩明显减小,支护桩抗倾覆能力得到了提高;桩身侧移曲线相对平缓,桩体主要发生刚性位移,较直桩支护形式减小了应力集中发生的可能性;桩身弯矩分布更加均匀,正、负弯矩峰值相近,与传统直桩支护形式相比,更充分利用了桩体的材料强度,具有显著的工程应用价值和经济效益。     

倾斜悬臂支护桩受力变形特性模型试验

在基坑支护工程中采用倾斜悬臂桩作为支护桩,可以有效减小桩顶位移以及桩身弯矩,改善桩身受力和变形特性。根据基坑支护倾斜悬臂桩模型试验,对5种不同工况进行模拟,对比分析倾斜角度、布桩方式、桩顶约束方式、桩位置四种因素对基坑支护倾斜悬臂桩受力变形特性的影响。试验结果表明:在一定范围内增大支护桩倾斜角度、增加桩顶约束都可以有效减小桩顶水平位移,改善桩身的变形和受力状态;斜直交替布桩方式较单纯全斜或全竖直布桩方式能更大地提高桩体抗倾覆能力,保持基坑稳定。     

基坑门式双排直斜桩受力特性数值分析

为优化基坑工程中的双排桩支护形式,改善桩的受力特性,对深基坑悬臂式双排直斜桩进行了二维数值模拟计算与分析,研究了基坑门式双排直斜桩的变形与受力特性,并将所得结果与传统的直立桩受力特性进行了对比分析。研究结果表明:直斜桩的桩顶水平位移较传统直立支护桩有所减小,支护桩抗倾覆能力得到了提高;桩身侧移曲线平缓,侧移最大值较小,较直桩支护形式减小了应力集中发生的可能性;桩身弯矩值分布均较小,且正、负弯矩峰值差值比直立桩小,更充分利用了桩体的材料强度,具有显著的工程应用价值和经济效益。     

桩锚支护结构桩身内力试验研究

通过对西宁火车站深基坑桩锚支护结构桩身内力进行现场实测,分析了不同工况下桩锚式支护桩的受力特性及其变化规律。结果表明:冠梁不仅能使桩顶部分受力特性不同于上端自由的直立杆件,而且可以有效减小桩身内力;桩锚式支护桩桩身钢筋应力实测值远小于钢筋强度设计值;悬臂支护阶段桩身最大弯矩位于基坑底面附近,桩锚支护阶段桩身最大弯矩位于基坑底面以上至1/3基坑深度的区域内;支护桩嵌固深度过长并不能改善支护桩的受力特性;对于桩锚支护结构,用极限平衡法与弹性支点法进行计算都是偏于安全的,在基坑底面以上,设计时采用极限平衡法比弹性支点法更为经济,而在基坑底面以下采用弹性支点法得出的结果与实测值更加吻合;支护桩桩顶侧向位移随基坑开挖深度的增大而增大,设置预应力锚杆能有效控制基坑顶部侧向位移的发展。     

基坑门式双排直仰桩受力特性数值分析

为优化基坑工程中的双排桩支护形式,改善桩的受力特性,对深基坑门式双排直仰桩进行了二维数值模拟计算与分析,研究了基坑门式双排直仰桩的变形与受力特性,并将所得结果与传统的直立桩受力特性进行了对比分析。研究结果表明:直仰桩的桩顶水平位移较传统直立支护桩有所减小,支护桩抗倾覆能力得到了提高;桩身侧移曲线平缓,侧移最大值较小,较直桩支护形式减小了应力集中发生的可能性;桩身弯矩值分布均较小,且正、负弯矩峰值差值比直立桩小,更充分利用了桩体的材料强度,具有显著的工程应用价值和经济效益。     

建筑基坑施工过程支护结构受力特性分析

基坑支护结构的受力变形情况对基坑的稳定性至关重要,为了进一步掌握建筑基坑施工过程中基坑支护结构在不同因素影响下的受力变形情况,通过建立数值模型,从支护桩桩长、桩径、桩间距三个方面计算了支护桩的桩身弯矩和水平位移的变化趋势。研究结果表明：随着基坑深度的增大,不同长度、桩径围护桩桩身弯矩的变化趋势大致相同,呈现出波动变化的规律;当支护深度大于10m时,随着支护深度的增加,且不同桩长、桩径下桩体弯矩间的差距也逐渐变大,而不同桩径下桩体的弯矩值基本一致;随着支护深度的增大、不同桩长、桩间距下桩体的水平位移基本保持一致,均表现为桩身先向基坑内侧移动,位移达到峰值逐渐转向基坑外侧,但桩体的水平位移随着桩径的增大而减小;当支护桩支护深度达到某一值后,提高桩长和桩径能够增加桩身弯矩,且增大桩径能够控制桩体变形。     

基坑前排桩倾斜的双排桩性状分析

为优化基坑工程中的双排桩支护形式,改善支护双排桩受力特性,对深基坑前排桩倾斜的双排桩进行了三维数值模拟计算与分析,研究了前排桩不同倾斜角度时,基坑前排桩倾斜的双排桩的变形与受力规律。研究结果表明:前排桩倾斜的双排桩的桩顶水平位移小于常规双排桩的桩顶水平位移,随着倾斜角增加,桩顶水平位移和桩身最大水平位移逐渐减少,支护双排桩的抗倾覆能力得到了提高;前后排桩的桩身负弯矩范围缩小,正弯矩范围逐渐增大,正、负弯矩峰值差值变大,受力不均匀,不能充分发挥桩体材料的承载能力。这为其进一步研究和设计计算提供了一定的参考依据。     

不同嵌固深度排桩受力与变形特性现场试验研究

根据某一水闸基坑开挖工程,在排桩桩体内埋设测斜仪、钢筋应力计对非等长双排桩基坑支护结构变形特性进行了现场观测,采用规范法讨论了后排桩不同嵌固对前、后排桩的变形、内力影响。研究结果表明：非等长双排桩桩顶位移、桩身剪力、弯矩与传统等长双排桩基坑支护结构规律一致;增大后排桩的嵌固深度,前、后排桩的桩顶位移均减小;前排桩桩身剪力、弯矩减小,后排桩增大,但当嵌固深度超过桩长3/4时,前、后排桩的桩顶水平位移、桩身剪力、弯矩减小或增大趋势均不明显;研究成果为双排桩基坑支护结构设计优化提供一定参考。     

"前斜后直"倾斜桩基坑支护在武汉深厚淤泥质层中的设计与应用

以武汉深厚淤泥质地区"前斜后直"倾斜桩基坑支护为例,通过有限元分析,对比"前斜后直"与垂直双排桩支护结构位移、弯矩变化,探讨"前斜后直"倾斜桩基坑支护位移及内力变化特性,结果表明"前斜后直"双排桩位移最大值明显小于垂直双排柱的最大位移,且随基坑开挖深度加大,"前斜后直"双排桩位移控制作用更明显.倾斜支护结构有较好的降低桩身及连梁弯矩的作用,"前斜后直"支护结构中后直桩弯矩总体小于前斜桩弯矩.随基坑开挖深度增加,斜桩支护中桩身及连梁弯矩降低作用更加显著.现场监测表明,"前斜后直"倾斜桩在武汉深厚淤泥质地区的应用效果良好.     

预留土和桩锚结构联合支护下基坑的力学性状

桩锚结构在基坑支护中应用广泛,但在其设计计算时往往以经验为准,存在一定的盲目性和不确定性。依托在建工程,通过数值模拟分析了预留土作用下桩锚结构设计参数的变化对基坑力学性状的影响。结果表明：基坑支护桩的最大水平位移发生在桩顶,桩底的位移非常小;基坑周边地表沉降呈槽形分布,最大沉降在距离基坑边缘5 m左右的位置;弯矩分布曲线沿桩身有2个峰值点,峰值点大概位于桩顶以下3 m和10 m处;当锚索锚固角为15°时,桩身水平位移和弯矩、基坑周边地表沉降都比较小;锚索锚固点距离桩顶越远,桩身水平位移、基坑周边地表沉降越大;当预应力大于200 kN后,桩身水平位移和弯矩、基坑周边地表沉降几乎不再减小。     

浅层土体加固对倾斜桩竖向承载力影响研究

桩身倾斜可能导致在小于对应于相同条件下竖直桩的极限承载力的荷载下提前发生弯曲破坏,并可在弯曲破坏前产生较大的桩顶水平位移和桩身挠曲。根据某工程现场载荷试验结果,对倾斜桩桩周土体进行浅层加固数值模拟,以研究其改善倾斜桩竖向承载性状的机理。分析结果表明：加固体深度、加固体面积及加固体尺寸均可对加固效果产生影响。加固体对竖向荷载作用下倾斜桩的承载性状的改善体现在对被动区土体强度和压缩性的改善以及约束桩身上部桩体转动和挠曲的作用。进一步研究了加固体压缩性的影响,结果表明：加固体弹性模量越大,加固效果越明显;但随着弹性模量的增大至一定值后,加固效果基本不再变化。     

基于HSS模型隧道近接群桩基础施工影响分析

依托盾构隧道近接侧穿群桩工程建立三维数值分析模型,土体采用小应变硬化(HSS)模型,参数取值借鉴已有研究成果并根据监测位移数据反演,同时考虑土体开挖、衬砌拼装以及盾尾同步注浆等一系列施工工艺措施,并将模拟结果与监测数据进行对比验证,研究了不同工况下地表沉降的形态分布、群桩桩基变形及基桩结构受力,同时考虑地表位移对等代层厚度的敏感性。结果表明:HSS模型能有效预测隧道近接侧穿高架桥桩引起的变形,模拟结果与监测值较吻合; 隧道开挖引起土相对桩产生了滑移,地表沉降及桩身竖向位移在中心线前后各1D(D为管片外径)范围内随推进步数的增加而不断增大,且增加幅度明显减小; 两线推进地表沉降具有叠加效应,最大沉降量增幅达76.8%; 隧道与基桩水平距离越近,引起基桩沉降变化越大,两线推进基桩桩顶沉降增幅达134%; 群桩中各排桩的水平位移变化趋势基本相同,且同排桩的水平位移值相差不大,由于群桩遮挡效应,水平位移值由大到小依次为前排桩、中排桩、后排桩; 桩身水平位移主要在盾构中轴线2.5D范围内,桩身最大水平位移均出现在隧道中轴线附近; 群桩中同排桩桩身附加弯矩及附加轴力沿桩身分布规律相同,桩身最终附加受力与其距离隧道远近有关; 随着注浆充率β的增大,等代层厚度及地表沉降呈线性减小; 穿越段采取的施工工艺方案是有效的,经估算附加弯矩及轴力对桩基承载力的影响在容许范围内。     

黏性隔水层基坑突涌机制的离心模型试验

 针对承压水作用下基坑底隔水层为黏性土体的情况,设计突涌离心模型试验,分析不同开挖深度和水位作用下围护墙的弯矩、水平位移与稳定性,观测坑底土体隆起和突涌破坏状态。试验结果表明：随着承压水头的升高或开挖深度的增加,土体隆起变形的曲率变大并在坑底中央逐渐产生裂隙破坏;墙体被动侧土体抗力逐渐减小,围护墙弯矩和水平位移逐渐变大;围护墙后土体内形成竖向裂纹,基坑发生踢脚破坏。考虑土体强度的基坑抗突涌稳定性分析,宜将土体黏聚力折减来反映土体与围护结构接触缺陷、隔水层裂隙发育以及受到地下水软化等不利因素的影响。     

基坑开挖卸荷引起的公路桥梁桩基变形受力响应

采用两阶段分析法分析基坑开挖卸荷作用下公路桥梁的受力变形规律,首先基于明德林解析解,利用复合辛普森公式进行数值积分求解得出基坑侧壁卸荷与坑底卸荷同时作用下土体内桩体位置处的水平附加应力; 其次采用Kerr三参数地基模型建立公路桥梁桩基的挠曲微分方程,结合水平附加应力,利用有限差分数值计算方法得到桩基挠曲微分方程的数学解析矩阵表达式。利用所得计算公式对公路桥梁桩基附近有基坑开挖的工况进行计算,并通过与数值模拟计算结果的对比验证所提计算方法的有效性; 最后针对桩基轴向荷载大小、基坑与桩基距离及基坑三维尺寸进行了影响因素分析。结果表明:桩基轴向荷载的变化对桩基水平位移及桩身弯矩影响不明显; 随着桩基与基坑距离的加大,桩基水平位移及最大弯矩逐渐减小,并且在较大距离范围内桩基水平位移及弯矩变化愈发平缓; 开挖深度对桩基水平位移及弯矩的影响远大于开挖长度和开挖宽度,基坑开挖宽度对桩基的影响最小。     

不同约束条件下的围护桩受力分析

在基坑支护中围护桩被广泛采用,且常与其他形式的加固措施联合使用,因而将围护桩作为悬臂式结构进行计算分析,在一定程度上是不合理的。以合肥某地铁车站深基坑为例,将不同形式的加固措施抽象为力学上的约束条件。采用有限元方法计算分析了不同约束条件下围护桩的受力与变形。计算结果表明,对围护桩顶端施加侧向位移约束可有效减小桩体的侧向变形与所受弯矩,因而应尽可能地施加水平支撑或锚杆。对桩顶端角位移的约束也可有效减小桩体的侧向变形,因此,冠梁的存在是必要的。深基坑的施工中,应采取多种措施增加围护桩的约束,提高其稳定性,从而更好地保证基坑安全。     

软土地基刚性桩复合地基动力离心模型试验

采用离心机-振动台系统对饱和软土地基中连续地震作用下上部结构-性桩复合地基体系的抗震问题开展试验研究。试验分析了结构和基础模型在水平输入地震作用下的加速度、位移以及桩身应变等响应规律。结果表明,基础板与桩顶之间设置砂垫层利于削弱传递到上部结构的水平地震力作用,发生较大地震时能有效减小上部结构的加速度响应;地震结束时基础瞬时沉降随地震强度增加而增大,但震后长期再固结沉降随地震强度变化不大;受周围土体地震软化行为影响,群桩荷载分担比例在震后有所降低;桩身峰值弯矩沿桩长分布形式明显不同于传统桩基础,且弯矩峰值较常规桩基减小不少。     

隧道-基坑多重开挖对既有桩影响的参数分析

隧道和基坑作为两种不同的开挖形式,是目前常见的城市地下工程。随着城市地下空间利用率的提高,既有桩周围存在隧道和基坑依次开挖的工况越来越普遍。从隧道-桩-基坑三者相对位置的角度出发,以“先隧道后基坑”开挖顺序为例,采用ABAQUS建立数值模型开展参数分析,并与相关试验结果进行对比,结果表明:Z₀/L_p对既有桩基附加沉降、水平位移和弯矩均呈现先增后减的变化规律,桩身轴力在Z₀/L_p不同时表现的响应模式不同。H/D或d/H_e越大,桩基附加沉降越小并趋于稳定;最大桩身水平位移的位置随H/D的增大由桩端逐渐上移至桩身中部,但基本不受d/H_e的影响;桩身弯矩随着水平间距的增大先递减后递增并趋于稳定。研究结果可为实际工程设计和施工提供参考。     

Influence mechanism of vertical-horizontal combined loads on the response of a single pile in sand

Pile foundations are used to support both vertical and horizontal loads in many geotechnical projects, such as the coastal and offshore engineering. The responses of piles under vertical-horizontal combined loading are separately analyzed and then superposed in current design practice. This simplified analysis approach does not take the coupling effect of the combined loads into consideration. The research on this topic is limited and the results reported to date are inconclusive with regard to the influence of vertical loads on the horizontal response of piles. In this paper, a series of centrifuge model tests under different vertical-horizontal combined loading conditions was performed to investigate the influence rules and mechanism of the combined loads on the response of piles in sand. The vertical load is shown to densify the soil near the pile and therefore decrease the horizontal displacement and bending moment of the pile: this is termed the “soil densification effect”. The vertical load induces an additional bending moment of the pile due to the lateral deformation of the pile: this is termed the “P-Δ effect”. The soil densification effect plays a dominant role in the early horizontal loading while the P-Δ effect is strengthened as the horizontal loads increases. These compound effect of these two seemingly opposing effects is a decrease in the bending moment of the pile decrease first then increase as the horizontal load increases. Additional settlement of the pile is caused by horizontal loading and isa positively correlated with the pre-vertical loads.     

临近基坑开挖复合地基侧向力学性状离心试验研究

临近基坑开挖引起复合地基CFG桩变形和内力改变,现有理论缺乏对该问题的研究。通过开展离心模型试验,对临近基坑开挖条件下,复合地基变形、CFG桩内力和变形、土压力等分布和变化规律进行深入分析。结果表明：开挖引起CFG桩弯矩增大,近基坑桩增幅明显|开挖引起桩土不同步沉降,导致CFG桩上刺入褥垫层,桩受到褥垫层的“嵌固拉结”作用,同时远基坑桩、褥垫层、加载气囊一起提供了“摩擦拉结”作用,从而在近基坑桩上出现负弯矩|而远基坑处不均匀沉降小,“嵌固拉结”作用小,且“摩擦拉结”作用是利于正弯矩产生,桩上未出现负弯矩|开挖引起支护背后土压力分为增长区和减小区两部分,在上部土体中,土体卸荷,土压力减小,而下部土体受支护挤压,土压力有所增大|开挖引起地表沉降呈指数形式,临近基坑地表沉降最大,在显著变形区域内,支护水平位移基本呈直线形式,各阶段最大水平位移均出现在支护顶端|开挖引起的CFG桩水平变形大小和范围随距基坑边距离的增大而减小。