水泥搅拌桩和土钉联合支护的软土基坑变形分析

漳州市某基坑工程采用水泥搅拌桩和土钉墙联合支护方式。通过建立基坑体系的二维有限元弹塑性模型,对采用水泥搅拌桩和土钉联合支护基坑的变形特征进行数值分析。分析计算结果与工程实际情况表明:水泥搅拌桩和土钉联合支护时(水泥搅拌桩具一定厚度),滑动面形状不再呈圆弧形,土钉水平投影段范围内滑弧呈水平向拉长,致使基坑变形影响范围增大。基坑最大沉降发生在土钉水平投影段外侧圆弧内。     

长短桩复合地基稳定承载可靠度分析

以稳定性分析为基础,提出长短桩复合地基承载力可靠度计算的优化方法。数据表法利用可靠度指标的几何意义,在基本变量空间中直接求解可靠度;它与稳定分析中的圆弧滑动法有着相似的计算求解过程,将两者结合起来形成相对简单的、可用于计算长短桩复合地基承载力可靠度指标的优化方法。用圆弧滑动法建立长短桩复合地基的两种破坏模型,推导出极限状态函数,采用数据表法在Excel2007中处理数据,求得安全系数和可靠度指标。结合实例,计算出可靠度指标,并用蒙特卡罗法验证。从可靠度分析角度确定了最危险滑弧的位置,发现滑动破裂面穿过了长短桩复合地基的上下两个加固层,同时对可靠度的影响因素进行了讨论,发现土体重度γs、内摩擦角φs和上部荷载p的变异对可靠度指标影响较大。     

软土基坑中水泥搅拌桩和土钉联合支护稳定性分析

由于基坑开挖问题的复杂性,传统的分析方法在解决复杂支护结构的基坑整体稳定性方面存在着很多局限性。通过建立基坑体系的二维有限元弹塑性模型,运用强度折减方法对采用水泥搅拌桩和土钉联合支护基坑的整体稳定安全系数进行数值分析,计算结果表明：水泥搅拌桩和土钉联合支护时（水泥搅拌桩具有一定厚度）,滑动面下移从桩底穿过,不再呈圆弧形,土钉水平投影段范围内滑弧呈水平向拉长。     

松软地层中基坑工程的复合型土钉支护

复合土钉支护作为一种基坑支护型式，由于变形较小、工程造价低廉，近年来在工程实践中得到了广泛应用。总结了各种复合土钉支护的型式，并着重阐述了松软土层、高水位地区复合土钉支护的变形机理和稳定分析研究。根据现场观察，复合土钉支护的变形按照裂缝产生的位置、规模和先后次序可以分为3个阶段。对每个阶段裂缝的产生机理做了分析，并提出了针对措施，以确保基坑稳定。同时对3个裂缝阶段之后产生的2个破坏阶段亦加以描述和分析。提供了2种计算复合土钉支护稳定性的分析方法：双圆弧滑动法和强度折减法。双圆弧滑动法是基于简单条分法的一种改进方法。该方法考虑了复合土钉支护的滑裂面不是一个完整的圆弧，基坑边坡与坑底是2个半径不同的圆弧，并在搅拌桩处光滑连接。该方法经过大量的实践证明是可行的。分析复合土钉整体稳定性的另一种方法引入了边坡稳定性分析中采用的强度折减法，不考虑土钉一土体接触面的强度折减，仅考虑土体强度折减。同时，指出按照传统方法计算复合土钉支护的抗倾覆、抗滑移稳定性没有必要。     

自平衡高压注浆与普通注浆土钉墙稳定性对比分析

研发了自平衡高压注浆钢管土钉,并对其受力特性进行了研究,分析了注浆浆液在土钉中的传力特点及实现高压注浆的机理,发现自平衡高压注浆桩抗拉性能明显优于普通注浆土钉。通过模拟工程分别对自平衡高压注浆土钉墙与普通注浆土钉墙进行计算,分析相同设计参数下,两种土钉墙整体圆弧滑动稳定性安全系数、抗滑移、抗倾覆稳定安全系数的差异。分析结果表明,在挖到基坑底部时,高压注浆土钉墙最不利滑动面半径明显大于普通注浆土钉,更有利于滑动体的稳定。相同工况下高压注浆土钉的圆弧滑动稳定安全系数要明显高于普通土钉,但对于抗滑稳定和抗倾覆稳定性两者则没有差异,高压注浆土钉墙相比普通注浆土钉墙在抗滑和抗倾覆安全性上也没有提高作用。     

坡面沉桩边坡动态稳定性三维极限上限分析

 采用极限分析上限法,建立土质边坡坡面沉桩动态稳定性三维计算模型,研究沉桩力、桩土间横向力等对边坡动态稳定性的影响。通过算例计算,对整个沉桩过程中边坡抗滑稳定安全系数的变化规律及其内在机制进行深入研究,并分析桩径、沉桩位置、坡角对边坡抗滑稳定安全系数的影响规律。结果表明：沉桩力对边坡稳定性产生不利影响,导致沉桩前期边坡安全系数持续降低;桩体穿过破坏面后,边坡安全系数由于桩身的抗滑作用而显著提高。桩径越大,沉桩前期安全系数越低,其下降速度也越快,但桩体穿过破坏面后安全系数提升也越明显;沉桩位置越靠近坡顶,沉桩过程中安全系数下降速度越快,导致最危险点的安全系数越低;坡角越大,沉桩过程中整体安全系数越低。分析结果对于坡面沉桩的稳定性评估及设计施工具有一定参考价值。     

土质斜坡坡顶沉桩对指定滑动面安全系数影响分析

利用边坡稳定性计算方法,基于球孔弹塑性扩张理论,研究了沉桩力、桩端塑性区以及桩体抗滑作用对沉桩过程中滑动面安全系数的影响。通过算例,对沉桩全过程中滑动面安全系数变化进行了研究,并对桩径,边坡角度以及沉桩距边坡顶点距离对沉桩过程中边坡滑动面安全系数变化的影响进行了分析。结果表明:沉桩力及桩端塑性区对滑动面稳定性产生不利影响,使安全系数降低;当桩体穿过滑动面之后,桩体起到抗滑作用,显著提高滑动面安全系数。桩径越大,沉桩前期安全系数下降速度越快,但桩端穿过滑动面后安全系数提升也更加显著;边坡角度越大,沉桩后边坡安全系数越小;沉桩离边坡顶点越远,在沉桩前期由于沉桩力导致的安全系数下降速度越慢,塑性区对安全系数的影响也逐渐减缓,当沉桩远离边坡顶点距离达到一定值后,沉桩将不再对滑动面稳定性产生影响。分析结果对邻近边坡沉桩的设计和施工具有一定的实用价值。     

土钉支护稳定分析的Bishop法改进及应用

土钉支护内部整体稳定性分析常用Bishop条分法和Fellenius条分法。已有的计算方法大多数是将土钉对土体的抗滑作用与土体本身的抗滑作用分开考虑,将两者合并考虑进行稳定性分析,得出了相应的计算公式,在圆弧滑动面的假设下,基于混沌优化利用该方法对某一工程实例进行了分析,得出了每一开挖步骤的安全系数和危险滑动面。     

多支撑挡墙边坡稳定性的强度参数折减有限元分析

探讨了强度参数折减二维有限元方法在深基坑工程中具多支撑挡土结构边坡稳定性分析中的应用。分析了挡土结构不同嵌固深度和支点条件对稳定性的影响,并与简单圆弧滑动条分法和毕肖普法计算结果进行了对比。研究表明,支点条件和桩墙嵌固深度对支护边坡稳定性有着同样重要的影响,证实了强度参数折减有限元法的合理有效性,且该方法能方便合理地考虑支点条件和桩墙嵌固深度对支护边坡稳定性的影响,为支点设定和桩墙嵌固深度的确定提供了合理依据。     

填土对水中钢板桩围堰稳定性的影响分析

以广东揭阳某工程水中钢板桩土围堰为例,在施工区域的淤泥层较厚情况下,比较分析了先插打钢板桩后填土和先填土后插打钢板桩两种施工方案围堰的稳定性,以此来探讨填土对水中钢板桩围堰稳定性的影响分析。稳定性验算内容包括:基坑抗隆起稳定性验算、基坑抗滑稳定性验算、钢板桩稳定性验算、围囹稳定性验算、支撑稳定性验算等。验算结果表明,先填土后插打钢板桩形成的水中钢板桩土围堰稳定性系数较高,满足施工要求,研究成果对相同类型水下淤泥层较厚的水中钢板桩土围堰设计及分析具有一定的参考作用。     

桩基码头岸坡整体稳定分析的修正

针对桩基码头的岸坡稳定问题,在考虑了桩本身的特性和桩土相互作用的条件下,提出一种修正基桩抗滑效应的桩基码头岸坡整体稳定的计算方法,同时,采用了遗传算法确定最危险滑动面及其对应的最小安全系数,由此对现有规范中的相关规定提出了修正。该方法考虑圆弧滑动面,采用简化Bishop法计算岸坡稳定的安全系数,并在其中考虑基桩的抗滑作用;采用一种基于极限分析理论的方法确定滑动面以上的土体对桩的侧推力,对不同的圆弧位置,由各基桩的埋置深度及其与岸坡具有不同的安全系数确定其所能发挥的最大抗滑力;通过相关工程算例的计算与比较,表明本方法简便、快捷,且结果良好。     

基于蒙特卡罗法的加筋路堤稳定可靠性分析

软土路基上加筋路堤的稳定性可以采用圆弧滑动极限平衡法进行分析,加筋路堤的破坏可以归纳为圆弧内加筋的破坏、圆弧外加筋的破坏以及加筋路堤的整体破坏,建立了计算加筋路堤稳定系数K的3个不同的稳定系数表达式,运用蒙特卡罗法对设计参数随机变量与加筋土路堤稳定可靠指标的关系进行分析,通过数值计算发现密度越小,黏聚力、内摩擦角、筋材抗拉强度和筋土摩擦角越大,加筋土路堤稳定性越好,因此,在加筋土路堤可靠性设计中建议采用密度小、黏聚力和内摩擦角大的填料以及高强度筋材,并且重点考虑内摩擦角的变异水平。     

基于桩侧广义剪切模型的大直径超长灌注桩承载变形计算方法

大直径超长灌注桩桩身变形较大,桩侧与土体易出现明显的界面滑移,传统剪切位移法难以适合其承载变形计算。基于大直径超长灌注桩桩–土剪切作用性状及桩侧摩阻力发挥特点,采用剪切位移和剪切滑移两阶段法描述其桩侧摩阻力发挥过程,形成桩侧广义剪切模型;在此基础上,采用传递矩阵增量方式建立大直径超长灌注桩承载变形计算方法,并给出计算参数的取值。该方法考虑了桩侧摩阻力发挥的非线性、桩端承载的非线性及桩身材料的非线性,并考虑了桩–土滑移后桩侧摩阻力软化特性及桩端后注浆对桩端承载性状的影响。工程实例计算结果与现场试桩实测值较为吻合,表明基于桩侧广义剪切模型建立的大直径超长灌注桩承载变形计算方法具有合理性与可行性。     

土体结构极限承载力的有限元分析

 在平面应变条件下,采用增量加载有限元方法求解土体结构的极限承载力,以弹塑性有限元计算不收敛作为达到极限破坏状态的判别标准;在得到土体应力场的基础上,用有限元边坡稳定分析中的滑面应力分析法验算土体结构在达到极限破坏状态时安全系数是否趋近于1.0,同时搜索相应的临界滑动面,与增量加载直到土体结构破坏获得的滑动面比较,并分析二者与经典Prandtl解破坏机构的差异。计算结果表明：屈服准则的选取对计算结果的影响很大,对于无自重的边坡和地基,在非关联流动法则下采用 Mohr-Coulomb 匹配圆准则或者在关联流动法则下采用Mohr-Coulomb内切圆屈服准则时,所得到的结果与经典Prandtl解相近;但是在非关联流动法则下采用Mohr-Coulomb匹配圆准则得到的滑动面与经典Prandtl解破坏机构不一致,极限状态下的安全系数也不为1.0;在关联流动法则下采用Mohr-Coulomb 内切圆屈服准则时,其极限状态下的滑动面与有限元稳定分析方法搜索得到的滑动面相近,与经典Prandtl解破坏机构一致,同时在该极限荷载下土体结构沿临界滑动面的安全系数Fs趋近于1.0。对于有自重的边坡,同样在关联流动法则下采用Mohr-Coulomb内切圆屈服准则时,其极限状态下的滑动面与有限元稳定分析方法搜索得到的滑动面一致,在该极限荷载下土体结构沿临界滑动面的安全系数Fs趋近于1.0,说明此屈服准则下求得的极限承载力是土体结构严格意义上的真正的承载力。     

支盘桩承载力特性及变形破坏模式研究

为了深入揭示支盘桩与土相互作用的内在机理,利用基于数字图像相关技术的模型试验及三维数值模拟方法对单桩、单支盘桩及双支盘桩的承载特性、桩周土体位移场分布特征进行研究。研究结果表明:单桩及单支盘桩荷载-沉降曲线呈现陡降型,而双支盘桩呈缓降型,且随着支盘数量增加,支盘桩承载力近似线性增长;单支盘桩在极限荷载阶段支盘下及桩端土体位移较大,而双支盘桩桩周土体位移较大部位主要集中在支盘周围土体;单支盘桩基础破坏面由支盘下土体的剪切滑动破坏面及桩端刺入破坏面构成,而双支盘桩基础破坏面由双支盘构成的连续滑动面组成,桩端刺入破坏特征不明显。研究结果为支盘桩承载力及破坏模式的合理确定提供了重要依据。     

土体结构极限承载力的有限元分析

在平面应变条件下,采用增量加载有限元方法求解土体结构的极限承载力,以弹塑性有限元计算不收敛作为达到极限破坏状态的判别标准;在得到土体应力场的基础上,用有限元边坡稳定分析中的滑面应力分析法验算土体结构在达到极限破坏状态时安全系数是否趋近于1.0,同时搜索相应的临界滑动面,与增量加载直到土体结构破坏获得的滑动面比较,并分析二者与经典Prandtl解破坏机构的差异。计算结果表明：屈服准则的选取对计算结果的影响很大,对于无自重的边坡和地基,在非关联流动法则下采用Mohr-Coulomb匹配圆准则或者在关联流动法则下采用Mohr-Coulomb内切圆屈服准则时,所得到的结果与经典Prandtl解相近;但是在非关联流动法则下采用Mohr-Coulomb匹配圆准则得到的滑动面与经典Prandtl解破坏机构不一致,极限状态下的安全系数也不为1.0;在关联流动法则下采用Mohr-Coulomb内切圆屈服准则时,其极限状态下的滑动面与有限元稳定分析方法搜索得到的滑动面相近,与经典Prandtl解破坏机构一致,同时在该极限荷载下土体结构沿临界滑动面的安全系数Fs趋近于1.0。对于有自重的边坡,同样在关联流动法则下采用Mohr-Coulomb内切圆屈服准则时,其极限状态下的滑动面与有限元稳定分析方法搜索得到的滑动面一致,在该极限荷载下土体结构沿临界滑动面的安全系数Fs趋近于1.0,说明此屈服准则下求得的极限承载力是土体结构严格意义上的真正的承载力。     

刚性抗滑桩的桩土相互作用机理与极限阻滑力研究

采用新的无量纲参数锚固比作为控制参量,在滑动面从桩顶到桩底逐步变化的过程中,研究不同滑动面位置对土体抗滑桩阻滑工作机理与破坏模式的影响及其演变规律,建议了4种土体抗滑桩阻滑与破坏模式。基于塑性力学极限平衡理论,得到了4种模式的极限阻滑力理论解,给出了它们的界限判别条件。通过试验证明,抗滑桩存在4种阻滑破坏模式,而不是Viggiani假定的3种。建议的桩土相互作用机理模型及其解析解更为合理地描述了任意滑动面位置条件下抗滑桩的阻滑机理与破坏模式。研究表明,滑动面的相对位置决定抗滑桩的工作阻滑模式和极限阻滑力的大小,同一根抗滑桩对沿不同滑动面的滑动所产生的极限阻滑力会有很大的不同。建议的极限阻滑力计算方法可用于常规的滑坡稳定分析计算,对于地下连续墙、嵌岩桩等地下结构亦有重要的借鉴意义,与依靠经验公式与图表计算极限阻滑力的方法相比,所得计算公式在理论上更加完整合理,使用上也更为准确方便。     

Responses of piles subjected to excavation-induced vertical soil movement considering unloading effect and interfacial slip characteristics

Soil excavation inevitably affects the work performance of adjacent on-service piles. It is of practical importance to estimate the excavation-induced pile responses accurately. Existing methods tend to ignore the impacts of the interfacial slip characteristics and the loading history. In this study, modified load-transfer models are first developed for the surrounding soil and the pile–soil interface. Then, a nonlinear two-stage analysis method is proposed by introducing a Double-Spring model. In comparison with existing methods, the proposed method models the interfacial slip characteristics more realistically, and, more importantly, it is able to consider the impact of the working load in the active stage. The results of parametric studies show that the impacts of the working load in the active stage and the interfacial slip characteristics on the excavation-induced pile responses are significant; unacceptable deviation could be induced if an elastic-perfectly plastic model or a rigid-plastic model is adopted instead of the damage model to describe a rough pile-sand (or soft rock) interface. Moreover, with the increase in the working load, the excavation-induced pile settlement increases, whereas the additional axial force decreases.     

考虑桩土滑移的弹性理论法计算桩周土体位移

以单桩的弹性理论法为基础,建立了考虑桩土界面产生相对滑移时的计算模型,根据桩周土体所受的应力,采用Mindlin解求解桩周土体的位移,最后得出了桩周土体的位移分布情况。     

预应力混凝土大管桩与桩帽连接的轴拔性能和粘结滑移特性

预应力混凝土大管桩与桩帽混凝土之间的粘结性能属于新老混凝土的粘结问题，其粘结强度不仅与管桩和桩帽混凝土的强度大小有关，而且与管桩表面的粗糙度、界面剂的类型以及受力性质有关。在对直径为1200mm的预应力混凝土大管桩与桩帽连接节点进行拔出试验的基础上，分析了连接节点的粘结机理、影响因素和破坏形态，指出随着轴向拉力的增加，环向粘结应力沿管桩埋入深度急剧减小，逐渐出现粘结效应弱化现象，导致管桩和桩帽产生相对滑移，粘结应力减小，峰值内移。根据管桩脱离体的平衡条件和变形条件，从理论上对管桩与桩帽混凝土之间的粘结应力分布、管桩的应力大小，以及与相对滑移之间的关系进行了分析，并导出粘结应力随位置函数呈负指数函数分布，当位置函数为线性函数时，其结果与锚杆的Mindlin弹性位移解在形式上相似。最后，根据新老混凝土粘结性能的研究成果，对预应力混凝土大管桩与桩帽混凝土连接节点极限轴拔承载力计算给出了建议计算公式，与试验结果吻合较好。并提出了在实际工程中管桩与桩帽连接的合理形式。