静压桩沉桩及已打入桩遮拦效应的数值模拟

采用三维有限差分软件 FLAC3D 建立了数值模型, 对比了圆孔扩张理论的解析解与数值解, 并在此基础上建立了桩实体单元基于位移贯入法模拟桩-土间摩擦作用, 且与相关文献中施加节点力模拟摩擦效应的方法进行了对比, 二者的计算结果较吻合. 基于此数值模拟方法 对静压桩单桩、双桩的沉桩过程进行计算分析, 并就已打入桩体对沉桩过程中土体位移的影响 进行研究, 得到以下结论: 模拟桩-土问摩擦效应的两种方法中, 位移贯入法计算所得土体水平位移在地表处较大, 这是因为桩体以固定速度向下运动时, 为阻止圆孔缩径而约束了其径向位移, 消除了摩擦效应对土体水平作用的影响. 沉桩结束后, 在大于地表下1/4 桩长深度范围内 的土体水平位移较大, 是主要的变形区域. 上部土体沉降较大, 而下部土体沉降较小, 其中距地 表下1/8 桩长至 1/4 桩长处沉降最大, 说明已打入桩的存在改变了土体水平位移的大小, 更使得土体水平位移随深度的变化趋于线性. 待打入桩的沉桩过程使得已打入桩身产生一定的倾斜. 由于沉桩扩孔的影响, 受到水平挤压的桩前土体在已打入桩的阻隔下沿着桩身向上隆起, 表明已打入桩的存在改变了土体位移的分布模式, 最终达到了减小水平位移的目的.      

下卧碎石层对静压管桩挤土效应的影响

利用通用有限元软件ABAQUS分析软土地基下卧碎石层对静压管桩挤土效应和承载力的影响,并探讨管桩不同贯入深度时地表竖向隆起、地基土体水平位移、桩周土体和桩身应力的变化规律.结果表明:静压管桩施工导致桩周附近地表隆起,随着离开桩周的距离增大,地表隆起效应迅速减弱;静压管桩使桩周土体产生显著的水平挤压效应,静压管桩施工至下卧碎石层时,碎石区域中的位移效应明显小于桩周土体为软土时的位移效应;以碎石层为持力层,可显著提高管桩的承载力.     

基于位移贯入法的静压沉桩有限元分析

基于ADINA平台,应用位移贯入法对静压沉桩的连续贯入的全过程进行有限元模拟,研究了均质土中静压沉桩产生的位移和应力的变化规律,并与成层土中静压沉桩产生的位移和应力进行了对比分析。有限元分析表明,在均质土中,随着径向距离的增加,土体的水平位移和挤压应力呈对数衰减,且与桩的贯入深度有关;在成层土中,成层土的影响比均质土的影响要大,主要体现在软硬土体分层处土体位移加大,土中挤压应力剧变,出现应力间断。在实际施工过程中,桩体易开裂、弯折,由此提出相应的解决方法。     

剪胀角对静压桩挤土效应的影响分析

采用数值方法模拟和计算了不同剪胀角情况下的静压桩挤土效应,分析了土的剪胀性对沉桩挤土位移场和应力场的影响,讨论了相关联流动法则(φ=Ψ)和非相关联流动法则(Ψ=0)在运用于沉桩挤土效应上的差异。通过算例分析表明,沉桩挤土的位移场和应力场的影响范围随剪胀角的增大而增大。     

锚杆静压桩沉桩挤土效应的实用计算方法

提出具有竖向荷载作用的锚杆静压桩桩周土体的简化受力模型,推导并给出了锚杆静压桩沉桩时产生的塑性区半径的实用计算公式,并结合工程实例分析探讨了沉桩挤土规律。     

考虑地表边界效应的静压沉桩挤土位移解析

在沉桩挤土位移求解过程中同时考虑了土体弹塑性本构关系以及地表边界效应的影响.假定桩周土体屈服后服从修正剑桥模型,基于圆孔扩张理论推导了桩体无限长时挤土位移的初始解.在此基础上,引入修正函数来考虑地表边界和沉桩深度对挤土位移的影响;经与文献实测结果比较,验证了修正后沉桩挤土位移解析方法的合理性和可靠性.参数分析表明,沉桩挤土位移随桩径的增加呈非线性增长,随预钻孔孔径的增大呈非线性减小;当超固结比增大时,挤土位移也随之增大,分析认为是由于重超固结土颗粒排列紧密,受到的挤压作用明显所致.     

成层地基中静压单桩挤土效应试验

采用室内模型试验研究了成层地基中静压桩沉桩过程,对模型桩整个沉桩过程中的挤土效应进行了分析研究。通过模型试验对在均质不同软硬地基中静力压入单桩过程产生的位移场进行了比较分析,获得了浅层土体、桩身周围、桩端处土体不同的位移变化模式,并揭示了桩周不同位置特别是软硬土层交界处土体位移随水平和深度方向的变化规律。试验结果表明,均质地基挤土位移的最大值与压桩深度存在滞后效应;对于成层地基,最大径向、竖向位移均出现在软硬土层交界面处,由于软硬土层力学性质的差异,土体位移主要表现为,软层处位移变大,硬层处位移变小。试验获得的结果便于进一步明确静压桩沉桩过程中挤土效应的内在机理,对预估沉桩的施工影响和指导沉桩设计都具有现实意义。     

GFRP静压桩挤土效应模型试验研究

为掌握GFRP桩-土相互作用机理及压桩动态力学效应,开展GFRP静压桩模型试验研究,对表土隆起量和径向挤土压力进行分析.分析表明:表土隆起量在径向距离在1.8D(桩径)处达到峰值.此峰值随沉桩深度的增加而减小,数值最终大致稳定在0.05D;径向挤土压力随沉桩深度的增加而先增大后减小,当沉桩深度大致等于测点深度时,测点处径向挤土压力达到峰值;峰值径向挤土压力Pm随着径向距离的增大不断衰减.当径向距离达到3D时,Pm衰减至峰值径向挤土压力的最大值Pmm的30%以下;Pmm出现在桩身中下部,数值大致与桩径成正比.     

静压预制桩挤土效应的现场监控与分析

根据在浙江省慈溪市某静压法沉桩施工现场所监测的地基土位移数据，定量分析比较了控制施工进度、设置应力释放和排水深孔等工程技术措施对减轻饱和软粘土地基沉桩挤土效应的有效性，并初步提出了现场地基土位移及其变化速率的监控标准．对防范类似施工场地周围建(构)筑物遭受沉桩施工的有害影响具有实用参考价值．     

群桩挤土效应的数值模拟

以上海市江宁路551号大楼的打桩工程为实例,以有限元方法为主要分析手段,对群桩地表的隆起、桩周土体的侧移、挤土产生的应力及其对周围桩体的影响等挤土效应的变化规律进行了详细研究．     

黏土中静压沉桩离心模型

采用西澳大学室内鼓轮式离心机,在预先固结的高岭黏土中开展不同离心力场(50g,125g及250g,g为重力加速度)条件下的模型压桩试验、T-bar试验和静力触探试验,分析了模型桩在贯入过程、静置稳定过程中桩身径向应力(σr)的变化规律,并对后期桩体拉伸载荷阶段的径向应力变化值(△σr)及桩侧摩阻力变化情况行了探讨,揭示了在不同超固结比(OCRs)黏土中静压桩侧摩阻力的演变特性.在此基础上,通过两种经验公式方法对桩侧摩承载力进行了预测计算和对比分析.研究结果表明:沉桩过程中桩端相对高度(h/B)对桩身径向应力的发展变化有很大的影响,桩身不同位置(h/B)的总径向应力对同一贯入深度而言,存在桩侧径向应力退化现象;基于静力触探试验提出的经验方法,能有效考虑静力触探锥端阻力(qt)和桩端相对高度(h/B)因素的影响,将其应用于黏土沉桩时桩侧摩阻力的预测,可取得与试验实测结果较吻合的结果.研究成果对软土地区静压桩施工与承载力设计具有一定的工程指导意义.     

地铁隧道施工诱发桩基变形的数值仿真分析

利用数值分析软件ANSYS建立弹塑性有限元模型;考虑位于区间隧道轴线不同位置的邻近桩基及不同桩长情况,对区间隧道施工诱发邻近桩基的变形进行数值仿真试验分析,同时分析隧道开挖后土体与桩体参数等因素对邻近桩基变形的影响。数值仿真试验结果表明：地铁隧道开挖后桩体发生倾倒变形,桩端与洞轴线的相对位置及桩端土性对桩基变形有明显的影响,有桩侧隧道周围向洞内的水平位移比无桩侧的水平位移小,且随桩长增加,两者差别增大。     

粉喷桩处理公路软土地基施工评价

采用粉喷桩处理公路软土地基．对提高软土地基承载力、减小地基沉降量及保证桥头高填土路基稳定性具有明显的效果。文章结合合徐高速公路北段高速化完善工程，探讨了粉喷桩处理公路软土地基的施工工艺与检测方法，并介绍了喷粉桩施工注意事项。     

道面浅埋爆炸效应数值模拟

道面是由混凝土或沥青、水泥稳定层、粘土组成的多层结构,在弹体侵彻爆炸情况下,其受力过程非常复杂.采用AUTODYN-3D非线性动力学软件,运用Lagrange算法,实现了不同装药量在混凝土、沥青等多层介质靶中不同炸深的爆炸毁伤数值仿真.结果表明,沥青的抗浅埋爆炸效应能力要优于混凝土.不同装药量、不同混凝土强度的计算结果显示了合理的变化规律,表明数值仿真模型建立和计算结果的有效性.     

双排桩支护结构土压力的数值模拟

为了更准确的设计双排桩支护结构,结合FLAC3D软件,运用数值模拟方法研究了双排桩土压力的分布.研究表明:前、后排桩桩前被动土压力分别呈S形和线性分布,其值接近静止土压力,后排桩桩前土压力在基坑开挖面以上小于静止土压力,以下大于静止土压力;前、后排桩桩后土压力较接近静止土压力,基坑开挖面以上小于静止土压力,以下大于或存在大于静止土压力的部分;各种排距下桩间土对前后排桩桩侧土的压力大致相等.     

静压桩沉桩机理及承载力试验

为了研究静压桩在沉桩过程中的力学机理以及后期的承载力特性,设计了静压桩模型系列试验.通过试验,明确了在均质粘性土中静压桩的沉桩机理以及在极限荷载作用下静压桩的承载力和压桩力的关系.结果表明:在均质粘性土中压桩,桩侧阻力和桩端阻力占压桩力的比例是变化的,端阻力在压桩前期所占比例较大,而在压桩中、后期侧阻力大于端阻力;卸除压桩荷载后,由于桩顶自由且上段桩侧摩阻力较小,静压桩会发生回弹,但是桩身下段特别是端部由于受到桩周土体的约束,其形变不能得到完全恢复,即存在桩端残余力,它将造成利用常规方法计算的桩承载力偏小;由于静压桩在压桩和静载荷试验过程中的荷栽传递机理不同,加之桩周土体的固结恢复,导致了终压时的桩端阻力值和静载荷试验最大加载值下的桩端阻力值差异较大;静载荷试验验证了恢复期越长,静压桩的极限承载力提高幅度越大.     

沉桩挤土作用的有限元分析

进行了沉桩挤土效应的有限元计算，考虑到桩周土体由于桩桩贯入引起的挤土效应，选和了修正剑桥模型作为土体本构模型，通过相应的试验，拟合出挤土作用对土作用土体初始弹性模量影响的计算公式，确定了土体本构模型和其他相关的计算分析参数，对2个试验进行了分析计算，结果表明，考虑土体的塑性性质和桩体贯入过程的挤土效应对分析桩周土体的应力和变形是必要的。     

地热桩荷载-温度作用下单桩沉降特性数值分析

建立了地热桩荷栽-温度作用数值计算模型,并用现场试验数据进行模型的验证。结合不同气候地区地源热泵系统运营特征模拟了地热桩3种不同持续运营工况。给出了不同荷载水平下,升温、降温和升-降温持续周期性运营工况影响的单桩桩顶沉降变化曲线。结果表明:长期运营过程中桩顶沉降呈现周期性变化并产生累积;沉降累积效应与地热桩运营工况以及桩顶荷载水平有关;地热桩工程应用应关注持续周期性运营过程中温度的影响。     

太阳能地下混凝土储热桩蓄热过程中的数值模拟

建立了太阳能地下混凝土桩蓄热过程的数学模型,采用了有限单元法对地下垂直埋管周围混凝土桩的非稳态温度场进行数值模拟,给出了不同边界条件下数值计算格式,分析了换热器周围混凝土温度变化的规律,为U型垂直管埋深及混凝土桩的配合比,在确定方法上提供了参考依据。     

紧贴桥梁桩底某暗挖区间施工对桥桩的影响分析

为研究紧贴桥梁桩底某暗挖区间施工对桥桩的影响,以下穿小月河桥的北京地铁27号线(昌平线南延)盾构区间隧道工程为背景,对下穿小月河桥段区间盾构隧道进行了设计,并用迈达斯/岩土和隧道分析系统(MIDAS/geotechnical and tunnel analysis system, MIDAS/GTS)有限元软件对盾构区间近距离下穿小月河桥进行有限元分析。研究了大断面盾构区间下穿小月河桥施工过程中桥面、盖梁及桥桩位移变化规律特征;总结了盾构区间近距离下穿桥桩施工过程中桥桩附加应力变化规律;揭示了盾构区间近距离下穿小月河桥施工过程中桥桩差异沉降变化规律。