水平竖直组合荷载作用下桩基承载特性的离心模型试验研究

通过几组离心模型试验及成果分析,研究桩基在水平荷载H、竖直荷载V组合荷载作用下的承载机理。研究结果表明:在相同位移条件下,桩基的水平承载力随着桩基施加下压荷载的增加而减小;在相同水平荷载作用下,桩头水平位移随着施加的下压荷载值增大而增大;桩基受到的下压荷载越大,桩头转角(桩身倾斜程度)越大;桩基在承受水平、竖直组合荷载作用时,二者是相互影响的,在设计过程中必须要注意水平荷载H和竖直荷载V的组合作用。     

铅直、水平荷载作用下扩底桩的承载机理

根据扩底桩组合荷载的载荷试验结果,对不同类型荷载之间的相互影响、组合荷载作用下桩的抵抗机理和承载力屈服包络线的特性作了初步分析探讨,得出以下结果:铅直荷载和水平荷载、水平荷载和弯矩荷载之间在承载力方面存在着一定的相互影响;铅直、水平荷载作用下桩的承载力屈服包络线可近似地用一个偏离坐标原点的椭圆来表现,此包络线可用包括桩的单方向极限承载力Vm,Hm和Um的关系式得到;弯矩、水平荷载作用下的承载力屈服包络线也可以近似地用椭圆来表现,此包络线可根据两次不同加载高度的水平载荷试桩结果的关系式求得;在桩的设计计算过程中,必须考虑铅直荷载、水平荷载及弯矩荷载间的相互影响.     

水平偏心荷载作用下斜桩承载特性模型试验

斜桩周围的土体自重应力场不对称于斜桩轴线,其承载变形特性比较复杂。在砂土地基中开展了斜桩模型试验,研究了斜桩在垂直于其倾斜方向的水平偏心荷载作用下的承载变形特性,分析了桩身表面粗糙程度、桩身倾角对斜桩承载变形特性及桩身内力分布规律的影响。试验结果表明,在垂直于斜桩倾斜方向的水平偏心荷载作用下,斜桩桩顶水平位移很小,而扭转变形较大,其承载力取决于扭转变形。垂直于斜桩倾斜方向的水平偏心荷载不仅会使斜桩弯曲,还会使斜桩沿其纵向轴线拉伸。斜桩桩身最大弯矩超过作用于桩顶的扭矩约10%～30%,斜桩全长受拉,但桩身轴力很小,最大轴力约为桩顶水平荷载的5%。斜桩桩身表面作用有纵向摩阻力及环向摩阻力。斜桩桩身上部纵向摩阻力为正摩阻力,下部则为负摩阻力,中性点的位置约在相对深度Z/L=0.3处,纵向平均摩阻力远小于相同深度处的环向平均摩阻力。     

上拔力-水平力-扭矩组合荷载作用下斜桩承载特性模型试验

斜桩广泛应用于桥梁、水上钻井平台及风力发电基础等工程中,其承载特性十分复杂。为揭示上拔力-水平力-扭矩共同作用下斜桩单桩的承载特性,利用自主设计制作的加载设备,在砂土地基中开展了4根斜桩室内模型试验,研究了桩身倾角、上拔及水平荷载对受扭斜桩桩顶水平位移、扭转角及桩身扭矩、弯矩的影响。试验结果表明：斜桩水平承载力随桩身倾角的增大而增大;倾角及上拔荷载的增大均会导致斜桩极限扭转承载力的减小;斜桩最大弯矩受到桩身倾斜角度及桩顶上拔荷载的影响,随其增加而增加;组合荷载作用下的斜桩存在有效荷载传递深度。     

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。     

爆破荷载下软土地基动力响应离心模型试验研究

爆破挤淤处理软基技术具有施工工期短、固结沉降快、地基后期沉降小等优点,已广泛应用于淤泥质海岸工程的地基处理,但目前研究远落后于工程实践。随着爆破离心模拟技术的发展,实现了离心场外对场内引爆装置的控制,为爆破荷载下软土地基动力响应特性的研究提供试验手段。开展3组离心场中不同炸药量的爆破挤淤模型试验,研究爆破的影响区域,建立爆破荷载作用下的挤淤效果与炸药量的关系。试验结果表明,药包炸药量与爆破影响区域密切相关,爆破影响区软土含水率降低、密度增大,且爆破瞬间冲击荷载引起土压力和孔隙水压力的突变。研究成果可为爆破挤淤工程的设计和施工提供试验依据。     

竖向荷载作用下斜桩承载特性模型试验研究

通过模型试验研究了竖向荷载作用下砂土中单斜桩的承载特性,分析了斜桩倾角对荷载-沉降特性、桩身轴力、弯矩、剪力及桩侧摩阻力的影响,并与直桩的承载特性进行了比较。试验结果表明:1斜桩沉降大于直桩沉降,斜桩倾角越大,斜桩与直桩沉降差越大。2相同桩顶荷载作用下,斜桩轴力小于直桩轴力,斜桩倾角越大,轴力沿深度衰减得越快。3斜桩弯矩主要发生于1/2桩长范围内,且均随着荷载和倾角的增大而增大;4不论斜桩倾角的大小,桩侧摩阻力沿深度分布均可以分成3个区段,在第1区段,斜桩倾角越大,桩侧摩阻力越小;在第2区段,斜桩倾角越大,桩侧摩阻力越大;在第3区段,斜桩倾角越大,桩侧摩阻力越小。     

桩基码头岸坡位移的离心模型试验与有限元分析

以云南富宁港通用码头为例,考虑初次蓄-排水对应的两种特殊水位,基于离心模型试验和ANSYS有限元分析,对有桩岸坡结构位移特征和变形特征进行了对比分析,确定了岸坡上部填方土体的最大沉降量。研究结果表明:蓄水期,模型产生的局部裂缝明显,坡体最大水平位移位于土层顶面与挡土墙连接部位,最大值为0.3 mm,换算到原型为45 mm;坡底最后一排桩的桩顶水平位移最大,达到了0.18 mm,对应原型为27mm;排水条件下水位降低,坡体内部分孔隙水外渗,边坡土体容易产生拉裂缝;按完整连续介质进行有限元计算得到的岸坡位移小于模型试验的换算值,但位移分布规律与模型试验基本相同。     

管桩水平承载特性室内模型试验研究

目前规范中管桩的水平承载设计仍参考普通灌注桩,设计偏于保守。为了揭示管桩在水平荷载下的承载机理及群桩效率综合系数的安全储备值,进行了室内缩尺模型试验。结果表明:管桩单桩和群桩承载力试验值均大于规范计算结果,得到的群桩效率系数是规范法计算值的1.2~1.5倍。研究成果可为今后水平承载管桩的设计工作提供参考依据。     

倾斜荷载下大直径长桩的承载特性研究

基于数值分析与荷载传递相结合的方法,利用FLAC3D软件对倾斜荷载下大直径长桩的承载特性进行了研究。结果表明：荷载倾角不同,基桩承载特性不同;存在一临界角,在荷载倾角从小于临界角变化到超过临界角过程中,桩的承载特性由以竖向为主转化为以水平向为主,本研究的工况,临界角约20°。通过与前人的研究成果对比分析,发现Koumoto倾斜系数和Meyerhof包络线半经验公式都不能准确估算临界角所对应的极限承载力。     

水平荷载作用下GRF桩基础受力特性的数值分析

为研究GRF桩基础在水平荷载下的承载特性,利用有限元分析软件MSC.Marc,建立GRF桩基础和普通直桩的非线性三维模型,与普通直桩进行对比,分析了GRF桩基础在水平荷载作用下的桩顶和桩身位移、桩身弯矩及桩侧土应力分布。研究发现:在相同的桩顶水平荷载作用下,GRF桩基础桩顶和桩身水平位移比普通直桩有所减小;锚杆上缘的桩身弯矩发生突变,较普通直桩有所增大,锚杆以下的桩身弯矩均小于普通直桩;GRF桩的桩前横向土抗力也比普通直桩的小,而桩前锚杆下部土体中的竖向应力有所偏高。     

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。     

大吨位静载荷试验在漕河渡槽桩基检测中的应用

大直径灌注桩施工质量能否达到规范及设计要求直接关系到建筑物本身安全及安全运行,检验施工质量最行之有效的方法之一就是采用静载荷试验法,大吨位静载荷试验在实施中具有一定难度,现结合漕河渡槽桩基础检测进行探讨,供同行参考。     

砂土中齿桩抗拔特性模型试验研究

为研究齿桩的抗拔承载特性,开展了缩尺模型试验,针对齿部结构的层数与长度变量进行了11组试验研究。结果表明:齿桩相比光面桩表现出更优异的抗拔性能,齿距、齿长与模型桩的抗拉拔承载力都呈现正相关;在一定的弹性承载阶段,模型桩的抗拔承载力随着齿层数的增加呈线性增大;齿长相比于齿层数对模型桩的抗拔承载力和抗拔侧摩阻力均具有较大的影响。试验及分析结果对小改截面桩的研究运用具有一定的借鉴意义。     

格栅状搅拌桩复合地基静载试验数值模拟研究

目前关于格栅状搅拌桩复合地基工作性状的研究工作相对较少,对其变形机理不甚了解。在兴隆水利枢纽格栅状搅拌桩复合地基现场载荷试验成果的基础上,考虑桩-土之间的相互接触,建立考虑搅拌桩-土共同作用的三维有限元模型,数值模拟复合地基群桩现场试验的实际加载过程。通过对比口字型群桩试验与数值模拟的P-S曲线,验证了数值方法及参数取值的正确性;分析了桩身轴力、桩间土的竖向应力及桩侧摩阻力等变化规律,研究了桩体与土体的荷载分担过程关系,获得桩身轴力及摩阻力分布规律;根据竖向平衡方程,推导得到平均桩端阻力和侧阻力,研究可为工程设计提供参考。     

端夯扩碎石桩复合地基现场试验研究

结合南水北调工程SG14标的端夯扩碎石桩施工,根据现场静载、静力触探和动力触探试验以及室内土工试验对端夯扩碎石桩复合地基的桩土应力比、承载力以及桩间土的挤密效果进行了分析。试验表明:带有桩端扩大头的夯扩碎石桩的桩土应力比一般碎石桩大,试验所得桩土应力比一般在[4.2,7.4]之间;桩土应力比值随荷载的增加呈现先增后减,并逐渐趋于稳定,桩土应力比值随桩长的增大而增大;夯扩碎石桩复合地基的沉降曲线(P-S曲线)呈渐变型,没有明显的拐点或变化点出现;单桩复合地基承载力随着桩长的增大,承载力也逐渐增大;夯扩碎石桩施工能有效提高桩间土的强度,同时,对改善地基的不均匀沉降也有很好的效果。     

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基础用于建筑物（构筑物）基础的基本形式。通过桩身对竖向的倾角分别为0°,5°,10°,15°,20°的模型试验,研究水平荷载作用下对称双斜桩基础的承载力特点,并采用比例系数的方法分析了双斜桩基础承载力与双直桩基础承载力之间的比例关系。研究发现：随着桩身倾角的增加,对称双斜桩基础的水平承载力逐渐增加,但其增加幅度逐渐减小;该试验条件下,斜桩与直桩水平荷载承载能力的比例系数从0°,5°,10°,15°,20°分别为1,2.2,2.3,3.0,3.5。     

深厚软粘土地基沉降的离心模型实验研究

考虑大连新海上机场的实际工程特点,提出合理的简化模型,采用鼓式离心模型实验,有效地模拟了深厚软粘土地基的长期沉降,同时考察了回填速率、柔性加载幅值和地基厚度及固结时间对沉降的影响。通过实验拟合获得了长期沉降过程中土体不排水剪切强度随含水率的变化关系,分别运用一维固结理论和对数曲线模型推求了时程沉降及最终沉降的理论值,并与离心模型实验结果进行了对比分析。结果表明,回填速率越快,加载幅值越大,地基厚度越大,固结时间越长,对应沉降量越大。同时经过55 a的长期沉降模拟,孔隙水压力尚未消散完毕,沉降仍在继续。对数曲线模型预测地基的工后沉降更为合理,为实际工程建设提供了可靠的技术参考。更多还原