悬臂桩桩间有效卸荷区研究

根据悬臂桩的传力特征,研究了其桩间土拱效应的形成机理。按其在空间坐标系的位置,将桩间土拱分为水平拱、竖向拱及临空面拱,指出水平拱效应对卸荷区分布规律起主控作用,继而定义了有效卸荷区范围。从分析桩间土拱效应破坏模式入手,结合岩土强度理论及土拱静力平衡原理,建立了考虑桩间土自重应力及滑坡推力的卸荷区计算模型。基于该模型对滑体强度与临界高度及卸荷区矢高的关系作了一定研究,探讨了几种典型桩背土压力分布模式对卸荷区分布范围的影响。最后采用一工程实例对该模型进行验证。     

桩间三维土拱效应颗粒流数值模拟及其演化规律

抗滑桩桩间形成的土拱是水平土拱和竖向摩擦拱的共同体现,具有明显的三维特征。利用颗粒流分析软件PFC^3D建立数值模型,在桩后不同高度处及同一水平面不同位置设置一系列测量球,监测桩后土体应力变化情况。结合颗粒位移变化情况对抗滑桩桩间三维土拱效应的形成演化进行分析,并对土拱厚度的演化规律做了深入研究,提出结合相对位移和最大主应力等值线综合确定土拱厚度的新方法。分析表明：桩后土拱由桩间临空面靠近桩底开始并不断向土体内部和上部发展,土拱的破坏过程由桩底向桩顶扩展;土拱厚度随深度变化表现为沿桩底向桩顶先增加后减小的趋势;土拱厚度随时间的变化表现为随着加载时间增加,土拱厚度先增加后减小直至土拱破坏。     

桩后及桩侧土拱共同作用的抗滑桩桩间距分析

为得到较为符合工程实际的抗滑桩合理桩间距计算公式,在考虑桩土相互作用及已有数值模拟结果的基础上,提出桩后土拱及桩侧土拱同时存在并共同受力的计算模型,且两者拱轴线线型符合合理拱轴线条件.分析抗滑桩桩后土拱及桩侧土拱极限承载力,并假定在合理桩间距条件下,桩后土拱及桩侧土承载力之和为土体总推力的大小.在此假设的基础上,推导出合理桩间距的计算公式,分析考虑滑坡推力在沿桩深度方向上非均匀分布的工况,并与工程实际进行比较,结果与之相符合.对所得合理桩间距计算公式中参数进行分析,结果表明:合理桩间距随抗滑桩截面尺寸及土体黏聚力增大而线性增加,随土体内摩擦角增加而曲线递增.     

Ito塑性变形理论的抗滑桩临界桩间距分析

日本学者Ito与Matsui（1975）提出的塑性变形理论,在抗滑桩加固边坡分析中得到了广泛的应用.该理论不但考虑了桩径和桩间距,而且很好地考虑了滑坡中桩-土的相互作用,但是对临界桩间距没有明确的界定.实际情况表明滑坡推力是通过桩间土拱向桩传递的,桩间成拱效应又受桩间距的影响,因此研究抗滑桩在支挡边坡工程中的土拱效应和临界桩间距有其理论与现实意义,本文将结合此理论桩间的破坏形式,对临界桩间距进行分析,给出合理的临界桩间距以指导抗滑桩加固边坡设计.     

抗滑桩桩后土拱形状及影响因素

为描述抗滑桩桩后土拱的形状,采用平面应变有限元模型,通过搜索数值计算结果中最大主压应力迹线,拟合土拱轴线的描述方程,分析桩间距、土体参数、桩土界面参数、桩后荷载等因素对拱高和拱跨的影响规律,提出考虑上述因素的土拱轴线形状方程.结果表明:桩间距和桩后土压力大小对土拱形状影响最大.土拱跨高比与桩间距呈二次正相关关系,在桩间距为4.46倍桩直径时,土拱受力最为有利.随着桩后土压力增加,土拱拱高呈陡降形对数函数变化规律,反映了土拱从形成-发展-破坏的演变规律.     

考虑土体自重应力影响的抗滑桩三维土拱效应

基于Prandtl-Reissner地基极限承载力理论,建立了一种新的土拱效应力学分析模型,改进了拱脚破坏面的假设.研究表明,自重应力是引起土拱效应破坏的主导因素,低于临界深度时土的剪胀效应破坏拱脚,高于临界深度时由于土的剪切破坏拱脚失效;研究结果与ABAQUS有限元数值模拟及室内模型试验结果一致.在三维状态下,在距桩顶表面一定深度内,拱脚处土的竖向位移会破坏拱脚,土拱效应减弱,在此以下一定深度段为土拱效应形成的有利深度,有利深度段深度下自重应力对土拱的破坏起主导作用.研究提出了根据桩土摩擦系数求解拱脚破坏面的新思路,为抗滑桩抗力设计提供了理论借鉴.     

边坡工程中抗滑群桩工程特性的数值分析

针对建立抗滑群桩的设计方法问题,分析了抗滑群桩在水平推力作用下的力学行为.以重庆江东边坡的典型断面为例,应用有限元程序CORE3D分析了群桩的桩间颗粒土的土拱区域,结合桩的荷载位移曲线、土拱效应解释了土体应力传递到抗滑桩的规律,通过对影响土拱效应的参数,如桩间距、土体厚度、抗滑桩嵌入深度和桩径等的深入研究,提出了相应的群桩布置参数估算公式.研究成果在重庆江东边坡的防护工程设计中得到了应用,并取得了较好的效果.     

深基坑开挖土拱效应影响因素研究

为考虑土拱效应对深基坑围护桩内力与变形的影响,以成都地区深基坑工程为依托,采用颗粒流数值计算方法,研究了深基坑开挖过程中土拱产生、发展的细观机理.然后,进一步深入研究了桩间距、桩半径、距径比、摩擦系数等因素对桩土相互作用力的影响.研究表明:随着桩土相互作用力的增大,土拱形成于两桩之间,拱高约为桩间距的0.5倍;考虑土拱效应的土压力计算值与实测值相符,相比朗肯土压力计算值偏小约14.9%;随着桩距径比的增加,桩土相互作用力逐渐减小,而桩间土受力线性增大;桩土相互作用力随摩擦系数增加而近似线性增大,摩擦系数提高0.5倍,桩土相互作用力约增大0.7倍.     

双排桩多层土拱效应分析及计算理论

为了解决滑坡推力在双排桩上的分配及前排桩桩土土抗力确定等问题,从双排桩的多层土拱效应入手,分析了2种类型的土拱(端承拱、摩擦拱)在拱脚处的力学特性,推导出2种类型的土拱所能承载的极限承载力,然后对滑坡推力在前排桩的分配、桩前土抗力、前后排桩间距等问题进行研究分析,得到如下结论:当双排桩能够完全抵挡滑坡推力时,桩前土抗力几乎不存在,后排桩承担的滑坡推力大于前排桩承载的滑坡推力;当双排桩不能够完全抵挡滑坡推力,桩前土体存在抗力,前、后排桩承载的滑坡推力相同;且前、后排桩间距不应小于前排桩端承拱的矢高加半个拱厚.最后通过算例对得出的结论进行了验证.     

抗滑桩土拱效应的时效性试验分析

土拱效应是保证抗滑桩桩后土体稳定的重要因素,由于岩土体具有蠕变特性,必然导致桩间土拱的形成具有一定的时效性。笔者设计了抗滑桩室内推桩模型试验,分析了1 kN、2 kN恒定外推力条件下,抗滑桩桩后土体内部的应力分布特征及土拱效应的时效性。沿法向布置的土压力计量测数据表明,土拱效应随着推力的增大而增强。随着时间的推移,土拱作用厚度相对增加;沿推力方向布置的土压力计量测数据表明,水平土拱效应伴随推力增长呈现出先增强而后逐渐扩展的现象,随着时间的增长,应力沿着法向扩散的范围有很大的增长。     

抗滑桩的桩间土拱和临界间距的探讨

在抗滑桩桩间土拱力学特性分析的基础上，提出了以桩间土体的Mohr-Coulomb破坏准则、土体的力学平衡和桩间土体的绕流阻力计算共同控制来确定临界桩间距的方法，并得到了较为合理的桩间距的计算公式。定量说明了在其他因素不变的情况下，临界桩间距随桩后土体的粘聚力和内摩擦角的增大而增大，随桩后滑坡推力的增大而减小。最后以一工程实例说明了桩间距的计算过程，得到了比较合理的结果。     

双排桩复合重力拱支护体系的工作机理分析

双排桩与水泥土重力拱复合形成新的支护体系,可充分发挥其重力效应,将靠近坑底部分较大的土压力直接通过重力拱支护向下传至深部土体,中上部土压力通过拱形支护传至抗侧移刚度较大的双排桩支护结构从而充分发挥复合支护体系各部分的承载功能和效益,同时满足高地下水位时基坑截水设计要求.针对其构造特点选取合理的理论分析模型,通过分析复合支护体系上的土压力传力路线,研究双排桩复合重力拱支护体系的工作机理,为该类复合支护结构的工程应用和设计计算理论的建立奠定一定的理论基础.     

咬合桩在邻近高填土基坑中的工程应用与实测分析

针对某采用咬合桩围护方案的邻近高填土基坑工程进行分析,当咬合桩作为围护桩时,可采用等效刚度法计算围护桩的桩身变形;作为隔离桩使用时,忽略素混凝土桩的作用,仅考虑钢筋混凝土桩的抗弯能力.现场实测表明,邻近高填土基坑工程在开挖时,咬合桩明显地降低了基坑开挖对紧邻高填土的扰动,满足了高填土自身的稳定,保证基坑工程在高填土作用下的安全.而咬合桩作为一种新型排桩围护结构,也能够起到很好的应力隔离作用,有效地分担了邻近超载的影响,确保了高填土的稳定和基坑工程安全.     

高频振动打桩对邻近基桩影响分析

为解决在城市里桩基施工引起的环境问题,国外开发并推广应用了高频液压振动锤技术。通过有限元软件Abaqus对高频振动打桩对邻近桩基影响进行模拟。模拟中桩轴线处建立半径为1mm的管,管土接触设为光滑,打桩时土管分离,桩随着管向下贯入,形成打入桩和周围土体之间的接触关系。打入桩和圆管采用刚体模拟,土体单元则采用摩尔库伦本构模型,建立高频打桩的三维模型,很好的实现高频液压振动沉桩整个过程的数值分析。贯入模拟过程表明打入桩桩尖深度处有应力集中现象;离打入桩越远,受到的影响越小。且分析表明高频振动打桩对邻近桩基的影响很小。     

软土地基中组合桩承载性状试验研究

为掌握组合桩(钢筋混凝土桩插入水泥土搅拌桩复合而成的桩)的荷载传递机理、破坏模式和竖向承载力特性,通过对3根14 m长桩的载荷试验和桩身应变的测量,分析了桩身轴力的分布和桩周的侧摩阻力分布及影响组合桩承载力因素.试验得到了组合桩的Q-S曲线、S-logt曲线、桩的极限承载力;试验表明混凝土桩的插入改变竖向荷载的传递规律,形成了从混凝土桩到水泥土再到土的传递模式,更有效地发挥了桩周的侧摩阻力;水泥土的固化效应、混凝土桩的挤土效应和混凝土桩的荷载传递是组合桩高承载力的主要来源.组合桩具有较高的单桩竖向承载力且造价低,在软土地基工程中具有广泛的应用价值.     

水泥搅拌桩地基下卧层沉降计算方法选择

目的为了研究水泥搅拌桩复合地基设计中的沉降计算问题，减少下卧层沉降计算值与实测值的差异．方法从水泥搅拌桩的加固机理出发，指出了水泥搅拌桩加固区与下卧层相比是一个具有强度高、压缩性小的硬壳层．考虑硬壳层的影响，在进行下卧层沉降计算时，应根据外荷载与总抗剪力的关系来选择计算方法．结果当外荷载大于总抗剪力时，采用等效实体法；反之，则考虑硬壳层效应，附加应力折减．结论硬壳层对附加应力有扩散效应，这是有时采用等效实体法计算下卧层沉降时数值过大的原因．算例表明，通过对计算方法的选择，提高了下卧层沉降的计算精度．     

基于极限分析下限方法的抗滑桩锚固深度检算

工程上一般采用通过控制滑动面以下锚固段桩周地层的强度来设计抗滑桩的锚固深度,即要求抗滑桩传递到滑动面以下地层的侧壁压应力不大于地层的侧向容许承载力。但其侧向容许承载力算式是基于传统Rankine土压力理论推导出的,仅适用于黏性土水平地面情况。为此,利用极限分析下限定理,考虑黏性土斜坡效应,建立了抗滑桩桩周土体侧向容许承载力的下限解法,通过数值计算以图表形式给出了综合主动和被动土压力系数数值,工程设计中直接以此进行抗滑桩桩周土体侧向容许承载力计算,进而利用弹性桩锚固深度公式确定抗滑桩的锚固深度。