层状地基中考虑桩端应力泡形扩散的单桩沉降计算方法

基于虚土桩模型，研究了桩端应力扩散效应对单桩沉降的影响。结合虚土桩模型和Boussinesq解，提出考虑桩端应力泡形扩散的应力泡形虚土桩模型来考虑桩端土对桩的支承作用；利用荷载传递法，对桩周土采用双折线模型，推导得到层状地基中考虑桩端应力泡性扩散的单桩沉降解析解；讨论了弹性极限位移、弹性抗剪切刚度系数、附加应力值等参数对单桩沉降的影响；结合工程实测数据，将该方法与现有理论解进行对比，验证了方法的合理性。应力泡形虚土桩模型的最大优势在于能够较严格地给出桩端应力扩散边界，具有更广泛的工程应用价值。     

考虑应力扩散时桩端土对桩体阻抗的影响

为研究桩端土体对桩体阻抗的影响,提出了一种模拟桩土相互作用的新模型.在该模型中,桩端应力扩散到下部土体中,土体中产生的附加应力符合圆形荷载下的Boussinesq应力解.相同附加应力形成三维等值面,将等值面包裹的土体区域看作虚土桩.虚土桩底部与基岩接触,限制竖向位移.根据虚土桩底部的边界条件,结合阻抗传递法可得到虚土桩顶部阻抗,将其作为实体桩的实际支撑参数,进而可求得整个桩体的阻抗响应.通过该模型计算得到的桩体阻抗与Novak的计算结果进行对比,发现考虑桩端应力扩散效应可以较为真实地反映桩端土体对桩体阻抗响应的影响.桩体刚度与桩端土厚度成反比,阻尼反之.对于长径比较小的桩体,桩端土体的影响更大.     

楔形单桩与群桩非线性荷载-沉降曲线计算方法

为研究楔形单桩和楔形群桩的非线性荷载-沉降关系,根据楔形桩桩侧与桩端受力特点,假设桩侧和桩端的应力-沉降分别满足双曲线与双折线模型,同时考虑桩-土位移协调关系及土体分层特性,提出了楔形单桩在均质土和分层土中的荷载-沉降曲线计算方法.在此基础上,利用有限差分原理求解楔形桩相互作用的控制微分方程,得出了考虑楔形群桩相互影响的计算方法.进而,考虑楔形群桩之间的相互影响,依据承台性状不同分别提出了刚性和柔性承台下楔形群桩的荷载-沉降计算方法.本文方法预测结果与已有模型试验及现场试验结果对比表明:本文提出的计算方法能较好地计算均匀及分层土中楔形单桩和群桩的沉降.     

复合地基中散体材料桩荷载-沉降关系的数值分析

针对散体材料桩与桩周土相互作用的特点,基于弹性理论及计算假定,利用应力函数法对复合地基中散体材料桩桩身的应力状态进行了分析,推导出了考虑桩间土荷载σs及桩、土自重影响的散体材料桩的荷载-沉降关系式;利用该方法对某工程实例进行了计算分析,结果表明,基于本文方法获得的散体材料桩的荷载-沉降关系与实测结果吻合较好.     

采用粘弹塑性模型计算单桩沉降

单桩的沉降计算是依据地基土在外荷载作用下的应力—应变关系来建立计算模型的，但目前所建立的这些模型的计算结果，大多都与工程实际有较大的误差、根据地基土的变形特征和桩—土协同工作的原理，采用地基土的粘弹塑性模型和桩身混凝土的弹性变形模型，提出了单桩的沉降计算的基本理论．经与工程实例对比分析，具有较好的一致性．     

考虑桩土相对滑移的单桩和群桩的非线性分析

建立了考虑桩土界面可以滑移、土体存在极限阻力的单桩分析模型，采用位移协调法分析了单桩的荷载传递特性。在此基础上，研究了桩顶荷载水平对两桩相互作用系数的影响，建立了考虑桩顶荷载水平的相互作用系数计算公式。并将上述方法应用于群桩的分析，获得了群桩的荷载沉降特性。本文提出的单桩和群桩弹塑性分析方法克服了目前应用较多的弹性理论法夸大桩土相互作用的缺点。单桩和群桩荷载沉降曲线的分析结果和实测数据吻合，说明了该方法的合理性。     

桩静载荷试验数据的拟合分析和荷载传递参数计算

采用荷载传递函数的分析方法,模拟计算桩土之间的应力与位移关系.选取了合理的荷载传递模型,并解出了考虑桩土共同作用的桩身荷载和沉降关系的传递微分方程,得到桩顶荷载与桩顶沉降的关系式.分析整理已有的荷载传递参数推导方法,根据收集的工程地质勘察报告,统计分析得到一定的杭州某些地方地层荷载传递参数.把所算得的荷载传递参数代入所得到的桩顶荷载与桩顶沉降的关系式,结合工程实际土层埋深计算,反复迭代计算得到单桩的荷载沉降曲线,并与工程实际静载荷试验结果进行对比,结果较精确.     

考虑变形协调的刚性基础复合地基沉降计算

针对当前求解刚性基础下复合地基沉降变形时较少考虑桩土间变形协调的情况，在对若干试验结果分析的基础上，提出了刚性基础下复合地基桩侧摩阻力分布形状的假定，然后分别用荷载传递法、Mindlin解答和弹性力学解答分析了单桩模型中桩体和桩间土的沉降变形，通过桩顶位移变形协调条件建立了求解方程，编制了相应的计算程序，该方法可利用现场实测荷载～沉降曲线进行计算参数的优化反演，因此具有较强的实用价值。最后，用该法对某工程实例进行计算分析，计算结果和实测值吻合较好。     

非均质土中基于虚土桩法的桩基纵向振动

在考虑桩底有限土层影响的情况下,研究非均质土中桩在纵向振动荷载作用下的动力特性.在将桩截面积范围内有限层桩底土模拟为虚土桩的基础上,建立虚土桩 土、桩 土耦合振动模型,采用复刚度传递多圈层平面应变模型建立桩、虚土桩与桩侧土的纵向振动动力方程,利用桩 土、虚土桩 土以及虚土桩 桩的耦合接触条件求解动力方程,得到桩顶频域响应解析解和时域响应半解析解.通过对虚土桩参数的研究检验桩底土对桩动力响应的影响,得到一系列桩顶速度导纳曲线、时域反射波曲线以及复刚度曲线表现规律图.     

桩承式路堤的工作性状分析

为更全面地分析桩承式路堤各组成部分的工作机理，降低计算复杂度，提出了一种综合考虑路堤填
料中的土拱效应和桩土的荷载传递性状的解析解法.该解析法将桩承式路堤各组成部分看作一个整体，以
桩、土和路堤三者之间的静力平衡为基础，建立了桩和土体位移的基本微分方程，通过考虑应力和变形的
协调条件，获得了桩身轴力、桩间土应力、桩侧摩阻力、桩和土体沉降等的解析解，并研究了置换率、桩
身模量、桩径、桩端土刚度和桩侧摩阻力发挥系数对沉降和荷载分担比等的影响.与工程实测数据的对比
结果表明，该解析法具有计算过程比较简单，计算结果与实测结果比较一致的特点.     

Nonlinear analysis of pile load-settlement behavior in layered soil

A simplified approach is presented to analyze the single pile settlement in multilayered soil. First, a fictitious soil-pile model is employed to consider the effect of layered soil beneath pile toe on pile settlement behavior. Two approximation methods are proposed to simplify the nonlinear load transfer function and simulate the nonlinear compression of fictitious soil-pile, respectively. On this basis, an efficient program is developed. The procedures for determining the main parameters of mathematical model are discussed. Comparisons with two well-documented field experimental pile loading tests are conducted to verify the rationality of the present method. Further studies are also made to evaluate the practicability of the proposed approach when a soft substratum exists, and the results suggest that the proposed method can provide a constructive means for assessing the settlement of a single pile for use in engineering design.     

既有建筑地下开挖工程中在役桩竖向承载特性分析

如何评价土体开挖条件下在役桩的竖向承载能力,是桩支承的既有建筑地下开挖工程中亟待解决的关键问题,围绕上述问题,明确土体开挖条件下土体应力状态改变、回弹等因素对桩侧和桩端承载特性的影响,建立考虑土体开挖效应影响的桩侧荷载传递双曲线模型和桩端荷载传递双折线模型,考虑开挖卸荷效应引起的土体超固结状态提出土体开挖条件下桩侧极限摩阻力的计算方法,基于有限差分法和荷载传递法形成既有建筑地下开挖条件下在役桩基竖向承载特性的计算方法。通过与现有试验结果比对分析,验证计算方法的合理性。结果表明,对地下增层开挖条件下单桩进行分析时,应考虑开挖引起的土体回弹、桩周土超固结状态等因素对桩侧和桩端承载特性的影响,当计算的归一化土体回弹量较小时(<1),沉降分析中可不考虑回弹效应。     

采用三维罚单元对桩基沉降的研究

为了研究桩在荷载作用下的几何特性、物理特性和层状土及其物理特性对桩基沉降的影响,选用模拟承台与桩土连接条件的罚单元,考虑承台与桩土的特性,运用虚位移原理推导了承台与桩-土的罚单元刚度矩阵,利用编制的三维有限元程序,分析得出在竖向荷载作用下,承台与桩体、土体之间存在着变形协调条件,用三维罚单元可以模拟承台与桩土之间连接问题的情况;增加桩体弹模,可有效减少桩基的沉降;与桩长相比,桩径的变化对桩基的沉降影响更大,对于控制沉降更为有效;在考虑土的层状特性的基础上,土的压缩模量变化对桩基沉降有一定的影响,可降低桩与土体滑移破坏的突然性;与土的内聚力相比,内摩擦角对沉降有更大的影响.     

Vertical dynamic response characteristics of single pile in non-homogeneous soil layers

A computational method and a mechanical model for evaluating the vertical dynamic harmonic response characteristics of a single pile embedded in non-homogeneous soil layers and subjected to harmonic loadings were established based on a certain assumption and the improved dynamic model of beam-on-Winkler foundation by using the principle of soil dynamics and structure dynamics. Both non-homogeneity of soil strata and softening effect of soil layer around the pile during vibration were simultaneously taken into account in the proposed computational model. It is shown through the comparative study on a numerical example that the numerical results of dynamic response of the single pile computed by the proposed method are relatively rational and can well agree with the numerical results computed from the well-known software of finite element method. Finally the parametric studies were conducted for a varied range of main parameters to discuss the effects of relevant factors on dynamic responses of the single pile embedded in non-homogeneous layered soils excited by harmonic loading with different frequencies.     

土体固结对摩擦型桩负摩阻的影响分析

基于荷载传递函数法和固结有限层方法,提出了一种因土体固结引起的桩负摩阻数值分析法．通过算例用该法分析了土体固结对承受负摩阻力摩擦型单桩沉降、桩身负摩阻力发展的影响,为类似工程条件下的桩基设计提供有益的参考．     

嵌岩桩沉渣特性对桩顶动力响应的影响

基于虚土桩模型,运用Laplace积分变换和阻抗函数递推方法研究了纵向任意激振力作用下沉渣特性对成层土中嵌岩桩桩顶动力响应的影响.将桩端沉渣模拟为虚土桩,对桩侧土采用平面应变模型,并考虑其成层特性,结合初始条件和桩顶及沉渣底部的边界条件,求得在桩顶任意激振力作用下,考虑沉渣影响的桩顶频域响应解析解及时域响应半解析解.基于理论解,分析了沉渣特性对桩顶动力响应的影响,并将理论计算结果与工程桩低应变反射波法实测曲线进行了拟合对比,结果表明,基于虚土桩模型的理论解能较好地反演出沉渣特性对桩顶动力响应的影响.     

砼芯水泥土搅拌桩复合地基工作特性分析

针对砼芯水泥土搅拌桩复合地基工作特性较为复杂的问题,基于砼芯水泥土搅拌桩(DCM)复合地基载荷板试验,采用弹塑性有限元方法,讨论不同芯长比和含芯率条件下砼芯水泥土搅拌桩复合地基的荷载传递、承载力和沉降变化规律.计算结果表明:随着芯长比的增加,越来越多的上部荷载集中至砼芯,同时桩周土体上的竖向应力减小;水泥土搅拌桩外壳在上部与桩周土和砼芯共同承担竖向荷载,随着桩体入土深度的增加变为负责传递砼芯与桩周土之间的剪应力;砼芯长度控制了桩土侧摩阻力的发挥长度,而且使得桩土侧摩阻力沿深度均匀发挥;芯长比和含芯率对于砼芯水泥土搅拌桩复合地基承载力的影响是相互的,选择合适的芯长比和含芯率组合,能最大限度地发挥砼芯水泥土搅拌桩桩复合地基的承载力.     

Settlement calculation for long-short composite piled raft foundation

The mechanism of long-short composite piled raft foundation was discussed. Assuming the relationship between shear stress and shear strain of the surrounding soil was elasto-plastic, shear displacement method was employed to establish the different explicit relational equations between the load and the displacement at the top of pile in either elastic or elasto-plastic period. Then Mylonakis ＆ Gazetas model was introduced to simulate the interaction between two piles or between piles and soil. Considering the effect of cushion, the flexible coefficients of interaction were provided, With the addition of a relevant program, the settlement calculation for long-short composite piled raft foundation was developed which could be used to account for the interaction of piles, soil and cushion. Finally, the calculation method was used to analyze an engineering example. The calculated value of settlement is 10.2 ram, which is close to the observed value 8.8 mm.     

CFS桩复合地基承载特性的现场试验研究

为进一步了解水泥粉谋灰钢渣桩(CFS)桩的加固机理,通过现场静载荷试验,研究了复合地基桩土应力比(荷载分担比)随荷载的变化规律,分析了置换率对桩土应力比的影响．采用大面积现场堆放钢坯的方式,模拟运行期间CFS桩复合地基的承载性状,研究了堆载作用下基底的沉降、地基土体深层水平位移、地基土体竖向附加应力分布、临近桩体水平位移及桩前(后)附加应力变化规律;探讨了堆载作用下,CFS桩复合地基—临近桩体的共同作用机理。为完善该复合地基设计理论提供了参考。