带承台倾斜单桩水平承载变形性状数值分析

为研究带承台倾斜单桩水平承载变形性状,通过数值模拟手段分析了水平荷载作用下桩身倾角、长径比对桩顶带承台斜桩的承载变形性状的影响,并重点分析了竖向荷载对水平受荷斜桩性状的影响。结果表明①水平荷载作用下,负斜桩的桩顶水平位移最大,直桩居中,正斜桩最小;桩身倾角越大,斜桩桩顶水平位移与相应直桩桩顶水平位移差值越大;相同情况下,长径比对斜桩桩顶水平位移影响不明显。②水平荷载作用下,桩身倾角只影响斜桩桩身弯矩的大小,而最大桩身弯矩的位置基本不变。③竖向荷载减小了负斜桩桩顶水平位移,却增大了正斜桩桩顶位移。④负斜桩的桩身最大弯矩随着竖向荷载的增大而减小,正斜桩却与之相反。     

轴-横向荷载作用下超长桩数值模拟

轴-横向荷载作用下的桩土相互作用研究主要集中在单层土中的中短桩,工程设计将水平、竖向荷载作用分开单独考虑.本文对成层地基中超长桩在轴-横向耦合荷载作用下展开数值模拟研究和试验对比,结果表明,轴-横向荷载作用下的超长桩桩-土相互作用主要集中在土体浅部区域,竖向荷载作用使得桩身弯矩、水平位移减小,从而提高了桩基础水平承载力;对于软粘土,水平荷载能在一定程度上提高超长桩的竖向承载力.桩侧土与桩端土的变形模量比也是影响超长桩承载性能的重要因素,两者比值越大,侧摩阻力占总荷载比例越低.本文建立的超长桩数值模型计算结果与实测数据吻合较好.     

竖向荷载作用下斜桩承载变形特性有限元分析

斜桩的受力变形性状相比直桩要复杂得多,为了分析斜桩在竖向荷载作用下的承载变形性状,采用有限元分析的方法对竖向荷载作用下斜桩的承载变形以及桩-土相互作用进行了研究,分析了桩身倾角对斜桩竖向承载变形及桩-土相互作用的影响。结果表明:桩身倾角越大,斜桩桩顶沉降和水平位移也越大;桩身弯矩主要出现在桩身上半部分,随着桩身倾角增大而增大;斜桩桩前桩-土接触压力沿深度先增大后减小又逐渐增大,桩后桩-土接触压力从零压力点逐渐增加后迅速减小,一定深度后又逐渐增加,桩前与桩后的桩-土接触压力最大值随桩身倾角增大而增大;深度2.5 m以上,桩前侧摩阻力随桩身倾角增大而增大,深度2.5~6.5 m的桩前侧摩阻力衰减的程度随桩身倾角增大而增大,深度6.5 m以下桩前侧摩阻力随桩身倾角增大而减小;桩身倾角越大,桩后零摩阻力区段越长,零摩阻力区段以下的桩后侧摩阻力越小。     

支盘桩受力机理与沉积土层适用性数值分析

支盘桩是近几年发展较快的具有较高承载力的新型桩,造型上类似于变截面桩或扩径桩,但在成桩机理及施工工艺上均有不同.本次研究中利用FLAC3D数值计算方法分析支盘桩的受力机理,模拟了在不同沉积土层中支盘桩的适用性.研究表明支盘桩的受力主要靠支盘承受荷载,支盘桩的承载力是由上部的支盘到下部桩的端承作用逐步发挥的.在模量值相对较高的不同沉积土层中,均可采用支盘桩,天然土层强度越高,支盘桩的效益越明显,软土层中采用支盘桩的效果越不好.     

竖向荷载作用下对称双斜桩基础水平承载力模型试验研究

对称双斜桩基础是斜桩用于实际工程的基本形式,也是用得较多的形式。相比工程应用,对称双斜桩的理论研究仍显滞后,基本没有关于对称双斜桩在复杂荷载下的承载力研究。通过桩身对竖向倾角为10°的对称双斜桩基础的模型试验,研究竖向荷载对水平承载力影响的特点。研究发现,随着竖向荷载的增大,桩顶水平位移的稳定时间逐渐增长;竖向荷载的增加可以提高水平承载力,但竖向荷载过大,反而降低其水平承载力。由于这种荷载情况与实际工程对称双斜桩的受力情况具有高度的一致性,其研究结果对于对称双斜桩的理论分析、设计和在工程实践中的应用具有一定的指导意义。     

上拔荷载对斜桩水平承载性状影响的试验研究

斜桩在承受水平荷载的同时,往往会受到上拔荷载的作用。为研究上拔荷载对斜桩水平承载性状的影响,开展了10根直、斜桩的室内模型试验,研究上拔荷载对斜桩桩顶水平位移和水平承载力的影响,对比了直桩与斜桩桩身弯矩和剪力的差异,并分析了上拔荷载对正、负斜桩桩身内力及桩侧摩阻力的影响规律。模型试验结果表明:上拔荷载从直桩水平极限承载力的12.5%增大到75%时,正斜桩水平承载力比增大21%,负斜桩水平承载力比减小25%。上拔荷载的存在会使正、负斜桩桩身轴力均增大,且上拔荷载越大,桩身轴力越大。上拔荷载能减小正斜桩桩身弯矩和剪力,使其抵抗弯矩和剪力的能力得到提高,而增大负斜桩桩身弯矩和剪力,使其抵抗弯矩和剪力的能力被削弱;不论正斜桩还是负斜桩,其上部区段桩身侧表面均出现了方向向上的摩阻力,而下部区段桩身侧表面均为方向向下的摩阻力,随着上拔荷载的增大,斜桩桩身侧摩阻力逐渐增大。     

深圳软土地基管桩施工中挤土与土塞效应的数值模拟分析

挤土效应和土塞效应是软土地基基坑管桩施工中常见的问题,其对桩的承载力和桩周土体均有重大影响。以深圳市大空港新城区截流河综合治理工程为工程背景,选取典型施工断面,通过PFC软件建立数值模型,对闭口管桩和开口管桩沉桩过程中桩周土体的运动模式、位移变化、土体细观结构变化以及桩端阻力变化进行了计算分析。结果表明,闭口管桩沉桩过程中浅部土体隆起变位明显,中部土体以径向变形为主,在不同的贯入阶段,同一深度处桩周土体的主要位移模式随着与桩端部相对位置的改变而不断变化;开口管桩在沉桩深度为8m时,土塞高度达到最大,约为4m;闭口管桩和开口管桩桩体对土体的横向和纵向影响范围均随沉桩深度的增加而增大,开口管桩桩端最大阻力为1800kN,远小于桩端最大阻力为3900kN的闭口管桩。     

湛江组结构性黏土中桩基竖向承载性状模型试验

利用原位模型试验研究湛江组结构性黏土中桩基在竖向荷载作用下的承载性状。选取材质和桩径相同、入土深度不同的6组模型桩,采用慢速维持荷载法,在湛江组结构性黏土中进行单桩原位竖向承载模型试验,得到了单桩荷载-沉降曲线、单桩轴力沿桩身分布曲线、单桩侧摩阻力沿入土深度分布曲线。结果表明:在竖向荷载作用下,湛江组结构性黏土中模型单桩荷载-沉降曲线均存在显著陡降,极限状态拐点明显,竖向极限承载力随着长径比的增加而增大;在相同荷载作用下,随着长径比的增加,桩顶沉降逐渐减小且减小趋势逐渐变缓,在较大荷载作用下超长桩荷载-沉降曲线中桩顶沉降的减小速率几乎为零,存在有效桩长;在同级桩顶荷载作用下,单桩桩端阻力占总桩顶荷载的比例随着长径比的增加而逐渐变小,由最大29.8%减小为0.8%;不同入土深度的单桩在极限荷载作用下的桩侧极限摩阻力变化不大,均稳定在40 k Pa左右。     

竖向荷载下裙式吸力基础周围土体变形研究

对饱和细海砂中传统吸力基础与裙式吸力基础开展了竖向单调加载试验和有限元模拟的对比研究,获得了基础周围砂土的变形规律及基础破坏形式,讨论了"裙"结构对基础周围土体变形的影响。研究发现:极限状态下,传统吸力基础周围土体变形范围小于裙式吸力基础周围土体变形范围,减少幅度为31%~55%,说明裙式吸力基础调动了较大范围土体发挥作用以提高其水平承载力。裙宽会引起土体的变形增大,而裙高可以对周围土体进行约束;裙宽相同时,土体变形范围随裙高的增大逐渐减小。在竖向压力荷载作用下,传统吸力基础与裙式吸力基础在砂土中的破坏形式符合Prandtl整体剪切破坏。     

框架逆作深基坑变形特性三维数值分析

对基坑的变形特性进行数值分析在基坑设计中至关重要。结合实际工程框架逆作法超大基坑,选用Z Soil数值分析软件建立了全框架基坑模型并进行了数值模拟。由于需要考虑连续墙和土体之间的接触问题,土体则采用能够反映土体硬化特性的Hardening-Soil模型。为了更深刻的认识框架逆作法基坑变形的规律,并为设计者提供更好的参考,对影响框架逆作法基坑变形的一些主要参数进行了系统研究,包括框架梁截面尺寸、框架梁水平支撑竖向间距以及围护桩桩径等。结果表明:改变框架梁水平支撑竖向间距对围护墙的最大侧移、地表最大沉降有较大影响。增大围护桩桩径或框架梁的截面尺寸可以在一定程度上减小围护墙体变形,但超过某一定值时,其减小变形的效果将大大降低。     

钙质砂中桩基承载性状的模型试验研究

通过室内模型试验研究钙质砂中桩的承载性状,并采用石英砂进行对比。试验结果表明:在钙质砂和石英砂中桩的承载性状差异显著;开、闭口对桩的承载性能影响不大,相对密实度越大表现越明显;相同相对密实度下钙质砂中闭口桩的承载力较石英砂中低很多;钙质砂中桩侧荷载分担较小,大部分荷载由桩端土体承担,桩身下部与上部轴力相差不大,密实度越大,桩端轴力分担比例越高;石英砂中,桩身轴力沿桩身呈迅速减少,轴力衰减速率随深度增加而增大;与钙质砂相比,石英砂中桩侧摩阻力大很多;钙质砂和石英砂中桩侧摩阻力分布形式相似,近似呈抛物线型,表现出相同的性质;钙质砂中桩侧摩阻力未随相对密实度的增大而明显增加,而石英砂中桩侧摩阻力随相对密实度的增大而增加十分显著。     

砂土中根式抗拔桩模型试验研究

根式抗拔桩是一种在桩身设置根键的新型变截面基础形式,合理的布置根键可以在提高基础承载力的同时降低工程造价。为了提高根式抗拔桩在工程中应用的效率和可靠度,基于模型试验方法,通过对普通抗拔桩和根式抗拔桩的对比分析,开展砂土中竖向上拔荷载作用下2组试桩的承载特性试验,测得不同荷载等级下桩身上拔位移、桩身轴力、桩侧摩阻力,并研究其分布规律。结果表明:根式抗拔桩承载力较普通抗拔桩大约提高57%;桩身轴力在有根键处变化显著,桩身侧摩阻力发挥由上向下传递,并在根键上下处达到极值。因此,在保证根键强度不受破坏和根键易于安装的条件下,尽量将根键位置设置在靠近桩底,是提高根式抗拔桩承载能力的有效方法之一。     

松砂中倾斜锚板上拔承载特性模型试验研究

以福建标准砂为填料,对松砂中倾斜锚板的上拔承载特性进行了试验研究,采用数字图像相关技术分析了上拔时锚周土体的变形特性,重点探讨了锚板倾斜角度(倾角)和埋深比的影响。试验结果表明：对同一倾角,锚板上拔力峰值和所对应的位移水平均随着埋深比的增加而逐渐增大;对同一埋深比,随着锚板倾角的增加,上拔曲线发展形态基本一致,但埋深比的变化会对曲线形态产生影响。在较大埋深比条件下,锚板倾角对上拔承载力的影响具有区间效应,即当倾角约为10°时,上拔极限承载力最小,数字图像分析表明,此现象与不同倾角锚板上拔时竖向和侧向土体抗力的不同发挥机制密切相关。     

端承型桩基础在扶壁式挡墙中的应用

提出端承型桩基础的处理方式,从竖向承载力、抗滑移及抗倾覆等方面对双排桩的端承型桩基础进行力学分析,并举例论证,得出扶壁式挡墙的端承型桩基础的作用发挥与桩径、桩间距及嵌岩深度等因素有关。     

高强土工格室加筋砂土地基模型试验研究

分别针对纯砂地基和高强土工格室加筋地基进行多组模型试验, 研究了单层土工格室埋深、焊距以及地基土压实度对地基承载力和变形特征的影响, 并结合格室拉应变和筋材下方附加土压力的分布规律, 以及地基和筋材的极限破坏状态, 总结了高强土工格室加筋地基的作用机理。结果表明:相比纯砂地基, 土工格室加筋能的地基承载力提高2倍多, 可以减小地基沉降, 并提高土体抗变形能力;加筋效果随格室埋深、焊距的减小和地基压实度的增加不断提高。影响程度从大到小依次为:砂土压实度、格室埋深、格室焊距;中间高强格室单元充分利用其抗拉强度, 发挥侧限作用, 有效扩散土中应力。     

竖向条形锚板水平拉拔承载规律试验研究

针对竖向条形锚板的拉拔承载研究存在人为区分浅埋、深埋,且界定标准及对力学模型的对称性认识不统一等问题,为了理清锚板拉拔承载随埋深的演化机理,基于数字照相测量技术对砂土中竖向条形锚板的水平拉拔问题开展模型试验研究,就拉拔极限承载力及板前土体位移变形特性随埋深比的变化规律进行分析。试验研究采用自制试验装置开展了14种埋深比工况下的水平拉拔试验,并获得了相应的荷载位移曲线。试验过程中对板周区域进行拍摄,并通过数字图像分析技术构建拉拔过程中板周土体的位移场。结果表明:中密砂中竖向条形锚板的水平拉拔极限承载力随着埋深比的增加而增大,速率由快趋缓,归一化后的承载力比可用埋深比的二次多项式进行表达。随着埋深比的增大,极限拉拔下板前砂土的位移场形态总体上表现出由非对称逐渐向对称连续变化的规律,并可用上下包络角来反映;上包络角基本不随埋深比发生变化,始终保持在(π/4+φ/2)+π/2左右;下包络角则随着埋深比的增加非线性增大,并最终趋于和上包络角相等,范围介于π/2到(π/4+φ/2)+π/2之间。研究成果可为条形锚板水平极限拉拔力学模型的构建提供新的依据。     

静载荷试验确定复合地基承载力的安全储备研究

未加载充分的现场静载荷试验不能完全反映地基承载力情况,有可能导致复合地基安全储备过高。结合闽东沿海某工程,在静载荷试验未加载充分的情况下,利用灰色模型预测了单桩和复合地基的极限承载力。同时,定义复合地基承载力极限值与按相对变形确定的特征值之比为K,K是一个反映复合地基承载力安全储备的安全系数。通过统计同地区113组复合地基静载荷试验结果,确定了水泥土搅拌桩复合地基的K值。经过验证,K值同样适用于该工程。因此K具有一定地区性,在根据相对变形确定复合地基承载力特征值后,利用K可以一定程度上预测复合地基承载力极限值,从而为较直观认知复合地基的安全储备提供参考。     

超大直径空心独立复合桩的竖向承载力计算方法

超大直径空心独立复合桩是由空心桩、外围水泥搅拌桩和桩周注浆土体共同承载的新型桩基础。为确定该新型复合桩在安徽省江淮地区不同工况下的竖向极限承载力,引入等效弹性模量,提出了超大直径空心独立复合桩承载力计算方法;在此基础上,对比了数值计算和理论计算结果,提出能综合反映桩身尺寸影响的复合桩竖向极限承载力公式。研究结果表明:引入等效弹性模量这一概念将非均质的弹性模量等效为均质的弹性模量,将显著降低超大直径空心独立复合桩竖向极限承载力计算的复杂性,桩径和桩长对超大直径空心独立复合桩的竖向极限承载力产生较大影响;引入综合考虑桩径和桩长的影响因子D_L,使得改进的理论公式更加可靠。计算方法为今后类似工程的桩基承载力预估提供了理论参考。     

土体强度的空间分布形式对单桩承载力的影响

土体参数可能服从不同类型的分布,而在考虑土性空间变异性的桩基础承载特性的研究中一般将随机变量假定为服从对数正态分布。以土体的不排水强度为随机变量,考虑不同的变异系数和相关距离,采用随机有限元法分别模拟了竖向和水平向荷载作用下单桩基础的承载性状,对比分析了土体不排水强度分别服从对数正态分布、Beta分布和Gamma分布条件下单桩的承载力均值和标准差。结果表明,土体强度的分布形式对单桩竖向承载力的均值没有影响,而服从对数正态分布的随机场中单桩水平承载力均值最大,服从Beta分布的随机场中单桩水平承载力均值最小;竖向荷载和水平荷载作用下Beta分布得到的承载力标准差均为最大。当地基土强度空间分布形式未知时,建议采用Beta分布确定单桩承载力。     

振冲碎石桩的桩距研究

从防止饱和松散粉细砂地基的地震液化出发,研究振冲碎石桩的桩距计算,据振冲桩施工中出现的加固变形和非加固变形新概念,从空间变形条件给出桩距计算的方法。由地基勘察和试桩中测定有关参数,以及引入砂土相对紧密度与孔隙比、标准贯入击数间的关系,使计算方法便于工程设计应用,也提高了计算成果可信度,并以工程实例说明有关测试和计算步骤。