不同安装法对管桩桩周土影响的有限元分析

利用有限元方法模拟钢管桩的贯入过程,研究贯入过程中桩周不同深度土体的应力变化过程。管桩贯入土体这一过程为高度非线性问题,通用的接触和网格划分方法难以解决大变形问题,通过采用ALE网格划分技术以及"zipper-type"方法解决了管桩贯入过程中的大变形和接触问题,运用ABAQUS模拟了直径2.134 m的钢管桩采用静压和锤击两种方法的安装过程。根据贯入过程中桩壁内外土体应力变化可知,静压贯入过程中管内土水平应力明显高于管外土体的水平应力,更容易形成土塞,挤土效应也比较明显。通过对桩周土体中某点在安装过程中应力变化历程的分析,可以看到锤击安装方式在桩周土中造成应力增加的数值较大,对周围土体影响范围也较大,在评估桩基承载力时,应适当考虑这种影响。     

可破碎颗粒材料中螺旋桩贯入特性的离散元模拟

作为一种新型完全挤土桩,螺旋桩在各类工程建设中已得到广泛应用。基于离散单元法,以钙质砂为模拟对象,对螺旋桩在沉桩过程中土体颗粒破碎情况进行数值模拟。颗粒破碎采用碎片替换法,破碎应力判定选取八面体剪应力准则。分析了螺旋桩在不同初始应力、不同贯入转速比条件下桩周土体位移场、速度场、应力场分布及土体颗粒破碎演化规律。数值模拟结果表明:在螺旋桩贯入地基土过程中,土颗粒在高应力诱发下发生破碎,桩端土体破碎严重,桩侧颗粒破碎稍弱;随着贯入深度增加,破碎颗粒数量增加,桩侧土体级配发生演化,发生破碎的地基土中桩尖应力略低于不破碎地基土体;提高初始应力,会导致更剧烈的颗粒破碎,破碎颗粒的散布范围更广,桩尖应力明显减小;提高贯入转速比会增加颗粒破碎的程度,在高转速比条件下,破碎颗粒均匀散布在桩侧,螺纹附近的颗粒速度、位移较大;而低转速比工况下,土颗粒的速度、位移峰值主要集中在桩尖下部。开展可破碎颗粒材料中螺旋桩贯入特性的研究,对分析较脆弱砂土场地上的桩基稳定、保障工程建设的安全具有指导意义。     

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。     

水库施工静压桩挤土效应数值模拟分析

采用静压桩法将桩贯入地基会对周围土体的应力状态产生显著影响，严重影响水工建筑物安全运行。采用Abaqus有限元软件并结合室内试验，预测了桩基沉桩过程以及安装结束后土体应力的变化规律，分析了不同超固结比下桩基施工过程对地基土土体孔隙水压力和应力的影响，并提出了提高桩基承载力的施工措施，可为类似工程提供参考。     

基于SPH无网格法的纺锤形桩靴连续贯入过程模拟

纺锤形桩靴在饱和土中贯入过程涉及土体极大变形和复杂的土、水、结构三者耦合作用,由于网格畸变问题,采用传统网格类数值方法很难进行模拟。SPH无网格法借助于一系列粒子进行插值,粒子与粒子之间无联系,将偏微分形式的控制方程转化为常微分方程组进行求解,可有效避免网格畸变问题。基于土-水-结构耦合SPH无网格算法,对桩靴在中密、密实砂土及饱和黏土中的连续贯入过程进行模拟,研究土体存在极大变形条件下桩靴贯入阻力、超孔隙水压力及总应力等物理量在贯入过程中的变化规律,并与CEL大变形有限元分析结果及室内离心机测值进行对比和分析。研究结果表明:采用土-水-结构耦合SPH算法可以准确地捕捉土、水混合物发生大变形时的自由面特征、贯入阻力、孔隙水压力及超孔隙水压力等物理量。     

粘弹性地基中管桩的纵向振动特性研究

基于经典的平面应变假定,推导出了管桩动力响应的频域解析表达式。分析了土体剪切模量、阻尼系数、桩芯土、桩径等对振动特性的影响。计算结果表明：土体剪切模量越大,速度导纳曲线和复动刚度曲线振荡幅值越小;土体阻尼系数越大,速度导纳曲线振荡幅值越小;桩周土对桩壁的摩阻力要比桩芯土大;桩径越小,桩芯土对桩的作用力越小。     

考虑土塞效应的大直径 ＰＨＣ管桩竖向承载特性

大直径ＰＨＣ管桩贯入土体时,桩端土体进入管桩内形成土塞,产生土塞效应。为了研究土塞效应对大直径ＰＨＣ管桩竖向承载特性的影响,对大直径管桩静载试验进行数值模拟,得到不同因素下桩顶荷载－沉降及桩身轴力变化曲线。研究结果表明:桩径、土塞高度对桩顶沉降和桩身轴力影响最大,相同荷载作用下,桩径越大,土塞高度越高,桩顶沉降越小,桩身轴力减小速度越快;桩－土塞摩擦系数与土塞弹性模量的影响效果类似,其值较小时,桩顶沉降变化明显,增大到一定值后,沉降变化速率基本为零;土塞黏聚力与内摩擦角变化不会对桩顶沉降产生明显影响。     

深覆盖层上面板堆石坝防渗墙应力变形分析

采用三维非线性有限元方法分析深覆盖层上面板堆石坝防渗墙应力变形特性,覆盖层和坝体材料的本构关系采用邓肯-张E-B模型,在防渗墙和覆盖层之间设置接触摩擦单元以模拟两者之间的相互作用。通过建立的有限元模型分析了坝体分期筑坝、坝体填筑速度以及防渗墙施工顺序对墙体应力变形特性的影响,同时探讨悬挂式防渗墙的应力变形特性。计算结果表明:坝体分期填筑对防渗墙的应力变形特性影响较小;较快的施工速度将引起坝体竣工期防渗墙较大的应力变形,其中拉应力达到3 MPa,顺河向变形达到15 cm;防渗墙靠后的施工顺序可以使运行期防渗墙拉应力减小2.42 MPa,顺河向变形减小达85%;悬挂式防渗墙贯入深度越小,其应力变形特性越趋于安全稳定。     

考虑覆盖层渗流作用的防渗墙应力变形分析

采用三维非线性有限元方法分析深覆盖层上面板堆石坝防渗墙应力变形特性。采用邓肯-张E-B模型模拟覆盖层和坝体材料的本构关系,采用接触摩擦单元模拟防渗墙和覆盖层之间的相互作用。考虑覆盖层地基的多孔介质属性,进行覆盖层地基渗流作用的防渗墙应力变形计算。分析了防渗墙施工顺序对墙体应力变形特性的影响,以及悬挂式防渗墙的应力变形特性。计算结果表明防渗墙靠后的施工顺序可以改善墙体的应力变形性状,悬挂式防渗墙贯入深度越小,其应力变形特性越趋于安全稳定。     

钱塘江海宁老海塘打桩动力响应理论分析

打桩对地表面的振动较大,波及相当远,尤其是遇异常情况时,打桩锤的力直接传到桩底,波及更远.为了保证钱塘江海宁明清老海塘打桩施工的安全,利用有限单元法模拟打桩振动过程,对打桩振动进行定性分析,从而确定该工程打桩的影响范围(包括水平向和垂直向),以及振动幅度大小,指导海塘施工.     

竖向应力对非饱和玄武岩残积土土－水特征曲线的影响

为探究应力作用对土－水特征曲线的影响,采用非饱和土固结仪,测得了由低到高多级竖向应 力作用下的重塑红棕色玄武岩残积土土－水特征曲线,并在此基础上分析了竖向应力对玄武岩残积土 土－水特征曲线的影响,利用参数模型对试验结果进行拟合,获得了土－水特征曲线的模型参数,并探 讨了其变化规律。结果表明:竖向应力对土－水特征曲线有不可忽视的影响,竖向应力越大,土体水分 越不容易排出且减少的速率越慢,土体残余含水率越大,增加相同的基质吸力时,竖向应力越大水分排 出量越少,曲线越平缓;模型的拟合效果较好,随着竖向应力的增大,参数Ｂ0、ｔ增加,参数Ｂ1减小,得到 各参数与竖向应力的定量关系式,建立了可以考虑较大范围竖向应力的土－水特征曲线函数表达式。     

考虑承台刚度的复合桩基承载性状分析

以桩筏基础为对象,考虑承台刚度的影响,将桩、土及承台视为一个相互作用的复合桩基体系,通过Goodman接触单元模拟桩土界面接触摩擦作用和土体的非线性特性,采用三维有限元数值方法对桩筏基础进行系统地分析,研究桩筏基础的承载机理.首先验证了Goodman接触单元模拟在桩土接触中的可行性,然后研究了桩筏基础中桩项反力、桩身轴力及桩侧摩阻力的分布规律与特性,最后考虑了承台刚度对桩筏基础的影响,得出了一些有意义的结论,为复合桩基的理论分析及工程设计提供理论依据和借鉴.     

分数阶三维积分型黏弹性土体中单桩的水平动力阻抗研究

基于土动力学、黏弹性理论和分数阶导数理论建立了分数阶三维积分型黏弹性土体水平振动控制方程。利用势函数对分数阶三维积分型黏弹性土体的水平振动方程进行解耦,借助分离变量法在频率内求解了分数阶三维积分型黏弹性土体的水平振动,得到了土体对单桩的水平作用,进而建立了分数阶三维积分型黏弹性土体中单桩的水平振动方程。考虑单桩的边界条件和桩顶水平动力阻抗的定义,求解了单桩的水平振动,并对桩顶水平动力阻抗进行了数值分析和讨论。研究表明:高频时,分数导数的阶数对水平动力阻抗有影响,土体黏性系数较小时水平动力阻抗实部和虚部随频率的变化曲线存在波动现象;长径比越大,水平动力阻抗越小,长径比达到一定程度时其对水平动力阻抗几乎没有影响。     

半无限体静压沉桩挤土位移弹性解答

以现有半无限土体中球孔扩张挤土位移的解答为基础,运用球体体积和圆柱体体积相等的原则,通过线弹性叠加法,模拟了静压沉桩贯入土体的动态过程,得到静压沉桩挤土位移的简化计算公式,并对土体弹性模量和泊松比等因素对挤土位移的影响进行了分析。结果表明:随着弹性模量的增加,挤土位移显著减小,且在较硬土体中压桩会对周围建筑和管线产生较为严重的危害;泊松比对挤土位移的影响较小,但总体来说,随着泊松比的不断变大,产生的挤土位移也越大。文中解答半无限体条件下的静压沉桩以及相关扩孔问题的设计和施工具有一定的指导意义和实用价值。     

U型板桩振动施工动力响应特性现场试验研究

本文通过依托工程现场试验,对U型板桩振动施工过程中的土压力、水平位移、沉降及加速度进行监测,分析其变化规律。结果表示:桩身外侧土压力稳定所需时间较短,桩身内侧土压力在打桩结束后仍有少量的增加;土体沉降沿板桩打设垂直方向较大,平行方向较小;水平位移沿桩尖向桩顶方向先增大后减小,最大水平位移出现在深度5m处;地面振动加速度的大小随着与打桩距离的增加逐渐衰减,呈指数型衰减趋势,并用Bornitz公式能得到较好拟合结果。试验可用来计算该场地地面各点加速度值,对类似施工场地的振动影响评估提供理论基础。     

拔除高架桥桩施工对地层的扰动影响分析

拔桩施工需破除桩周的摩阻力,减少拔桩力,其力学机理十分复杂。依托上海市中山北路高架桥B32桥墩拔除工程,采用三维有限元数值模拟技术,建立了套管法拔桩施工过程的弹塑性有限元模型,分析了桩拔除引起的土体竖向位移随时间变化关系、拔桩地表沉降分布以及土体应力消散规律。研究表明当存在套管支护时,水平向应力分布较为平稳;当无套管支护时,在既有桩基一侧处将发生剧烈波动;拔桩施工结束后,附加应力均趋于稳定;由于桩基周围土体应力释放,当存在套管支护时,竖直向地表沉降分布平稳。     

饱和粘土中静压桩沉桩机理及挤土效应研究综述

在分析饱和粘土中静压桩的贯入机理的基础上，对静压桩沉桩分析的圆孔扩张理论、应变路径法、有限元分析、滑移线理论和模型槽试验等五种方法逐一进行评述，并提出在传统的平面圆孔扩张理论基础上加以改进，采用准静态空间轴对称方程组对静压桩贯入过程进行模拟，从而得出土体位移、应力、初始超孔压的空间解析解，同时采用有限元分析、模型槽试验相互印证的研究方法     

基于颗粒流的基桩自平衡测试法数值模拟

为了揭示基桩自平衡测试法在加载过程中单桩的承载特性以及桩土相互作用规律,基于二维离散元软件PFC^2D模拟工程实践中基桩自平衡测试法的加载过程,分析单桩在受荷条件下的模拟试验。研究结果表明:①在加载初始阶段,桩侧阻力要优于桩端阻力发挥,但是桩端阻力也有一定的发挥,随着加载的进行,桩端阻力开始占据一定的作用;②在加载过程中,桩周土体孔隙率呈有规律的变化,具体表现为桩端一定范围内的土体孔隙率减小,且越靠近桩端,孔隙率变化越大,沿竖直方向变化趋势减小,桩侧土体孔隙率的变化则主要是荷载箱附近和上段桩上部一定范围内增大;③在加载过程中,随着荷载的增大,桩周土体颗粒之间的配位数,土体水平向应力、竖直向应力以及桩周土颗粒的位移均呈有规律的变化。研究结果可为自平衡测试法的理论研究提供参考。     

分数阶三维积分型黏弹性土体中单桩的水平动力阻抗研究

基于土动力学、黏弹性理论和分数阶导数建立了分数阶三维积分型黏弹性土体水平振动控制方程。利用势函数对分数阶三维积分型黏弹性土体的水平振动方程进行解耦，借助分离变量法在频率内求解了分数阶三维积分型黏弹性土体的水平振动，得到了土体对单桩的水平作用，进而建立了分数阶三维积分型黏弹性土体中单桩的水平振动方程。考虑单桩的边界条件和桩顶水平动力阻抗的定义，求解了单桩的水平振动，并对桩顶水平动力阻抗进行了数值分析和讨论。研究表明：高频时，分数导数的阶数对水平动力阻抗有影响，土体粘性系数较小时水平动力阻抗实部和虚部随频率的变化曲线存在波动现象，长径比越大，水平动力阻抗越小，长径比达到一定程度时其对水平动力阻抗几乎没有影响。     

基于积分型分数导数本构方程的黏弹性土层中单桩的竖向复刚度与导纳研究

建立了基于三维积分型本构方程的单桩在黏弹性土体的竖向振动微分方程。利用三维分数导数Kelvin黏弹性本构关系描述土体的应力应变关系,考虑分数导数和卷积的Fourier变换性质,利用势函数和分离变量法在频域内求解了分数导数黏弹性土层的竖向振动,并在此基础上求解了黏弹性土层中单桩的竖直振动。研究了土体本构模型参量对桩顶复刚度和桩顶导纳的影响。研究表明,分数导数的阶数对桩顶复刚度和桩顶导纳有较大的影响,土体黏性系数对桩顶复刚度的实部和桩顶导纳影响较大,而对桩顶复刚度虚部影响相对较小。