多层地基中超长桩荷载传递机理的非线性计算方法

目前超长桩的理论远远落后于实践,分析超长桩的受力性能,提出合理的承载力计算模式及相应的计算参数是目前急需解决的问题.论文基于超长桩试验资料,提出与超长桩桩侧土工作性状相适应的弹性-软化-稳定三阶段荷载传递模型;桩端采用双曲线荷载传递模型模拟土的非线性变形特性;桩身引入混凝土的Rusch模型,以考虑高荷载水平作用下超长桩桩身混凝土的弹塑性性状.通过桩身任意处微段竖向受力平衡,建立考虑桩身混凝土弹塑性关系的桩土体系荷载传递基本方程,在综合考虑桩侧土软化稳定和桩端土非线形的基础上得到与超长桩工作性状相适应的层状地基中超长桩荷栽传递分析方法,并根据模型编制了相应的C语言程序进行实例分析.计算得到的荷栽-沉降曲线与实测的曲线吻合较好.本文方法适用于计算多层地基中超长桩的沉降和极限承载力,也可用于分析层状地基中超长桩的荷载传递规律.经过对工程实例的计算与实测对比分析,证明该法简单、可靠,且具有较好的适用性.     

基于荷载传递法的单桩非线性受力性状分析软件开发及其应用

基于荷载传递法的单桩非线性受力性状分析软件,可灵活选用不同的荷载传递函数如双曲线模型和软化模型等分析单位侧阻与桩土相对位移间的关系及桩端位移和桩端阻力间的关系,并将桩分成若干桩段以考虑地基土的成层性,且在分析单桩的非线性受力性状的过程中可考虑地下水的影响。该软件得出的单桩受力性状与实际情况吻合较好,提出的基于荷载传递法的单桩非线性受力性状的分析软件是合理可行的,在单桩非线性受力性状的分析上具有一定的实用价值。     

桩端条件对灌注桩荷载传递特性的影响

以荷载传递法为基础,研究了桩端条件对灌注桩荷载传递特性的影响。采用考虑桩侧软化的三阶段荷载传递函数,并以三折线模型模拟桩端土劣化或沉渣的影响,通过静力平衡条件建立微分控制方程。以桩端沉降和端阻力为边界条件,并将桩侧双曲线段的非线性两阶常微分方程转化为积分方程,并用数值方法求解,可以得到桩身任意截面的沉降、轴力和侧摩阻力。通过参数分析,研究了不同桩端刚度和不同沉渣厚度下灌注桩的荷载-沉降曲线和桩侧摩阻力的分布情况,讨论桩端条件对单桩荷载传递特性的影响。对两组相邻试桩的工程实例进行分析计算,结果表明,该方法能较好地反映实际情况。     

多层软土地基中单桩沉降与内力位移分析

根据深厚多层软土地区地基土的物理力学性质,考虑桩侧土低荷载水平下的初始极限剪应力和高荷载水平下的应力软化特性以及桩端土承载力分段发挥特性,采用一种新的桩侧和桩端模型模拟单桩荷载传递机制。基于上述模型,利用递推迭代方法可计算单桩桩顶沉降、桩身轴力以及桩侧摩阻力。采取土工参数易于获取且适用于软土地区的经验p-y曲线描述桩-土界面力和位移的非线性关系。基于欧拉-伯努利梁和中心差分理论,考虑桩尖边界条件,采用数值计算方法对桩沿长度方向的转角、剪力、弯矩进行计算,以获取在特定荷载下这些变量的变化特征。最后,结合工程案例,对上述方法进行了验证,其计算简洁且与实际测试结果吻合良好。     

竖向荷载下挤扩支盘桩试验研究

通过6根挤扩支盘桩的单桩静载试验和桩身应力及桩端反力测试试验成果,分析挤扩支盘桩在竖向荷载下的变形受力特征,揭示了桩侧阻力的分布规律和发挥过程,计算了极限状态下端阻对桩顶荷载的分担比,提出若将支盘阻力当作侧阻考虑,支盘桩属于摩擦桩范畴。文章还采用灰色系统理论的灰色关联分析方法,揭示了支盘桩的承载性状。     

一种新的超长桩荷载传递模型

超长桩桩侧摩阻力出现软化是一个较为普遍的现象。针对超长桩出现的侧摩阻力软化现象,提出了一种新的双曲荷载传递函数,该传递函数充分考虑了桩土相互作用的非线性特性和软化特性。依据新的荷载传递函数,利用FORTRAN语言编写了UMAT子程序。通过实例计算,对比了现场试验数据、ABAQUS自带接触对的计算结果和ABAQUS应用文中子程序后的计算结果,结果表明ABAQUS应用文中子程序计算所得的桩顶Q-s曲线、桩侧摩阻力分布曲线和桩侧摩阻力与桩土相对位移关系曲线都与现场试验数据更加吻合,证明文中提出的荷载传递函数可以有效地模拟超长桩桩土相互作用的非线性特性和软化特性,并且对超长桩承载力的估算更加合理可靠。     

钙质砂地基单桩承载特性模型试验研究

根据实际工程中单桩受力特点,对足尺桩基进行等比例缩尺,考虑不同埋深、砂土颗粒级配等影响因素,开展室内小尺寸模型单桩的竖向拉拔、水平推移和竖向压载试验,分析桩身变位、变形、轴力等参数与桩基埋深、桩周砂土特性等因素的相互关系,探究钙质砂地基中单桩在不同受力方向下的承载性状,进而剖析钙质砂中桩-土相互作用机制。研究表明,钙质砂地基中,单桩变位、变形特点随着受力方向、埋深、桩周砂土特性等的变化存在明显差异;增大桩的埋深对竖向抗拔桩的意义大过竖向抗压桩;相同条件下桩在承受竖向抗压荷载时,增大埋深的作用主要体现在加载初期,随着荷载的逐渐增大,最终差别将逐渐减小;竖向抗压桩承载过程由以侧摩阻力承载为主发展为以桩端阻力承载为主;颗粒破碎和重分布会引起抗拔桩εmax在加载后期出现衰减;宽级配钙质砂中桩的抗拔能力较强,而单一粒组的钙质砂则在维持桩身稳定方面占优势;桩侧剪碎时的桩侧阻力衰减是随着颗粒破碎逐渐发生的,而桩端压碎时的桩侧阻力衰减主要发生在砂土被压碎瞬间。研究结果对钙质砂地基中的不同功能桩基的优化、设计和施工具有重要指导价值。     

考虑桩侧土软化的单桩性状计算分析

在分析单桩桩侧土工作性状的基础上,提出了一种考虑桩侧土软化效应的荷载传递函数,分析了模型曲线随其中2个参数a和 b的变化规律。将该传递函数应用于单桩性状的分析,与采用常规的双曲线型传递函数的计算结果进行对比分析对比结果表明,采用该模型计算出来的单桩承载力更合理和准确。     

大厚度黄土地基超长群桩承载特性模型试验研究

大厚度黄土地基中大直径长桩、超长桩的应用急剧增多,但黄土地基中超长桩的承载变形机理、侧阻和端阻的发挥性状与普通桩差别较大。采用研制的黄土相似材料填筑模型,分别进行超长单桩和群桩竖向抗压静载试验,分析桩顶荷载作用下荷载-沉降、桩身轴力、桩侧阻力、桩端土体塑性区发展变化规律。研究结果表明:超长单桩在竖向荷载作用下,荷载主要由桩侧阻力承担,桩侧阻力由上向下逐步发挥,属纯摩擦桩,单桩破坏形式为刺入破坏,桩端土体塑性变形影响范围约为1.1 d。与单桩相比,超长群桩基础桩端承载力有较大幅度的提高,桩身轴力衰减深度范围有所减小,侧阻力沿桩身逐渐增大,桩端土层的影响范围约为1.25 d,与超长单桩的影响范围较为接近。本文的研究方法和结果可为大厚度黄土地区超长桩基的承载特性研究提供参考。     

超长灌注桩桩-土界面剪切模型及其有限元模拟

由于超长灌注桩为摩擦型桩,建立合适的桩-土界面剪切模型将成为合理且有效地模拟分析其承载变形特性的关键。基于超长灌注桩桩侧摩阻力? 随桩-土相对位移w发挥性状,将? - w关系定义为硬化和软化两种类型,进而将桩侧摩阻力发挥模式分为全硬化模式、全软化模式和混合模式。建立超长灌注桩桩-土界面剪切硬化模型和软化模型,运用ABAQUS二次开发子程序FRIC将建立的剪切模型嵌入有限元,实现剪切模型的有限元模拟,单桩算例表明,剪切模型在ABAQUS中实现是成功的。运用建立的桩-土界面剪切模型对现场试验试桩进行有限元模拟,模拟结果与实测结果较为吻合,表明所建立的桩-土界面剪切模型及其有限元模拟对于超长灌注桩承载变形计算具有合理性和可行性。     

桩基础双折减系数有限元强度折减法极限分析

现行桩基础安全系数是对桩-土系统安全的总体性评价,尚不能明确桩侧剪移摩阻力、桩端阻力的发挥程度,模糊了基桩的力学特性。为此,基于不同的端阻力、桩侧阻力的发生机制以及占总承载力的比例不同,建立了桩端、桩侧地基两种安全储备系数（ 、 ）,通过强度折减法非线性有限元极限分析实现了客观评价桩端、桩侧阻力的安全性问题。建议了桩端安全储备系数-位移曲线（ - 曲线）和桩侧安全储备系数-位移曲线（ - 曲线）的拐点、桩端安全储备系数-桩端阻力曲线（ - ）和桩侧安全储备系数-桩侧阻力曲线（ - 曲线）的拐点V型尖点的前一折减系数分别为当前桩顶荷载条件下基桩的桩端阻力安全储备系数 和桩侧阻力安全储备系数 。分析表明,地基材料的强度参数（c、 ）接近于实际情况时,双折减系数强度折减法计算结果接近于静载荷试验、荷载增量法和单折减系数法的计算结果,且 - 曲线拐点、 - 曲线拐点、 - 曲线V型尖点、 - 曲线V型尖点等物理意义较明确,计算的桩-土系统安全储备系数F接近于单一折减系数法确定的安全储备系数,双安全储备系数 、 具有一定实用性。     

基于湛江组结构性黏土的桩土接触面模型及解析解

湛江组结构性黏土因其特有的结构特性而使该土层中桩基承载性状复杂,传统的桩基设计计算理论和方法应用于该土层中桩基承载力计算时其理论计算值与工程实测值或多或少存在一定误差而存在适用性问题。基于湛江组结构性黏土直剪试验及无侧限抗压强度试验,在剪切位移法的基础上,提出了桩土接触面软化模型,即桩土接触面处于弹性阶段时,桩侧摩阻力随位移线性增加;桩土接触面处于软化阶段时,桩侧摩阻力随位移线性减小,且减小速率与土体灵敏度、桩土接触面法向压力有关;桩土接触面处于滑移阶段时,桩侧摩阻力不随位移变化。依据该模型推导了湛江组结构性黏土中竖向荷载作用下单桩位移及轴力解析解,并比较了计算与试验结果,验证了所提模型的合理性。     

路堤下刚性桩复合地基桩-土应力比计算

路堤下刚性桩复合地基普遍存在的负摩阻力对桩-土相互作用特性影响显著。基于极限剪切位移受应力水平影响较小而受试样尺寸影响较大的试验结果,提出了桩-土界面剪切刚度随应力水平变化的等单位长度极限剪切位移理想弹塑性模型,针对桩-土相互作用的上部负摩阻力塑性区、中部协调变形弹性区和下部摩擦承载塑性区3区段模式,建立了塑性区非均匀、弹性区非线性的摩阻力分布图式;以均布路堤荷载下等桩长复合地基中单桩等效加固单元体为研究对象,利用单元体荷载传递微分方程,结合桩-土-垫层压缩变形协调条件,推导出了中性面位置及桩-土应力比的解析表达式,分析了路堤荷载及垫层柔度系数的影响。研究表明：中性面位置随垫层柔度系数增加而下移,随路堤荷载增大先下移后上抬;桩-土应力比随垫层柔度系数增加而减小,随路堤荷载提高先增大后降低,据此提出了采用最大桩-土应力比进行桩体布置和垫层设计的技术思路。     

桩端后注浆对单桩承载性状的作用效应研究

以桩的长径比l/d、桩间距与桩径之比s/d、注浆加固体厚度h为因素,以单桩极限承载力Qu与某一荷载下的桩顶沉降Sp为评价指标,设计L9(34)正交试验方案,采用有限元法进行了桩端后注浆对单桩承载性状的作用效应研究,得出各因素作用效应的重要性次序和作用规律。研究表明,无论对桩基承载力还是对桩基沉降,桩间距与桩径之比都是最重要的影响因素,s/d较大时采用桩端后注浆来提高桩基承载力,减小桩基沉降,效果更显著;桩端后注浆使桩的端阻增大,承载性状改变,由摩擦桩逐渐过度为端承摩擦桩、摩擦端承桩或端承桩。     

粉喷桩单桩承载力与龄期的关系研究

以100余根粉喷桩单桩载荷试验和水泥土强度试验资料为基础，运用桩与土变形的弹塑性计算模型和复合地基理论，分析了同一场区不同龄期单桩承载力的关系，探讨了桩侧极限摩阻力与桩土发生塑性变形大小的关系，得了14d与28d龄期单桩承载力二者的经验公式，该公式经试验验证具有实用价值，为缩短粉喷桩的试桩周期提供了一种简单的计算方法。     

桩侧注浆抗拔桩离心模型试验与原位测试分析

通过离心机模型试验研究了注浆对接触面特性、抗拔桩荷载-位移曲线及桩侧摩阻力的影响,揭示了注浆提高桩身侧摩阻力发展规律和抗拔承载机制,并进一步将离心机模型试验的结果与原位试验结果进行了对比分析。研究表明,注浆桩侧摩阻力的发挥呈现一个渐进过程,桩身上部极限摩阻力率先发挥,并逐渐向中下部发展;注浆后桩侧极限桩侧摩阻力得到提高,而发挥极限状态所需的桩-土相对位移减小,上拔加载过程中,桩侧上部和下部极限摩阻力增幅较大,中部增幅较小。离心与现场试验一致表明,桩侧注浆显著提高了桩的抗拔刚度及极限承载能力。     

弹塑性软化模型下隧洞围岩变形与支护压力分析

为深入探究岩体非线性软化应变特性对隧洞围岩力学行为的影响,提出了一种考虑软化系数的岩体弹塑性软化模型,并推导了圆形隧洞围岩应力-应变的求解方法。然后,通过将本文方法与Brown方法、换算后的Mohr-Coulomb屈服准则方法进行对比,验证了本文方法的合理性。最后,探究了软化系数对围岩变形及支护压力影响规律。结果表明：软化系数较大时,采用弹塑性软化模型与弹脆塑性模型算得结果基本相同;对围岩变形及稳定性起主要控制作用的是松动区域范围;控制塑性区域出现时的临界支护压力在数值上与弹塑性区域交界处径向应力是相等的。     

静压管桩桩-土作用机制及其竖向承载力确定方法

为深入研究静压管桩桩土的作用机制及其竖向承载力的确定方法,以长春地区建筑工程使用的静压管桩为例,采用数值模拟方法和桩的载荷试验,分析了桩对桩周土的挤压作用以及桩端阻力变化规律。结果表明：桩被压入土体过程中,主要受到桩侧摩阻力和桩端阻力的作用,并造成桩周及桩端附近土体受到挤压而变形;随着桩入土深度的增加,桩顶荷载逐渐增大,而且桩径越大,相应深度的桩顶荷载就越大;同时,随着桩入土深度的增加,桩端阻力在单桩竖向承载力中的比例有规律地下降。根据桩端阻力在单桩承载力中所占比例与入土深度的关系,提出了静压管桩单桩承载力特征值的计算方法;对比建议公式和经验公式计算结果,其比值为0.57~1.26,两者结果接近。因此,文中所提出的单桩承载力特征值的确定方法是可行的。