土拱应力递减模型及其在滑坡荷载分担模型中的应用

土拱效应是抗滑桩工程发挥作用的关键内容.以土拱的应力变化为研究点,首先明确了土拱拱轴线,然后推导了新的土拱应力递减模型,由此量化了土拱关键拱形参数的计算方法,最后提出了新的滑坡荷载三级分担模型.研究结果表明:桩间土拱和桩后土拱的应力呈指数递减规律,基于土拱应力递减模型提出的拱迹线倾角和土拱厚度两个计算公式由于考虑影响因子全面因而更加切合实际;依据计算的桩后土拱和桩间土拱极限承载力可知,阶段划分的滑坡荷载三级分担模型与滑坡体-抗滑桩作用阶段特征相符合.研究可加强对土拱效应理论的理解,也可为滑坡抗滑桩设计起指导作用.     

切方边坡悬臂桩土拱效应形成与失效机制数值模拟

为了分析切方边坡悬臂桩受力特征,运用二维颗粒流方法建立了相应的数值模型,研究了桩间土拱形成的过程及其破坏机制。依据桩后土体的荷载-位移曲线和变形特征,揭示了桩后土拱形成过程的3个阶段以及各阶段土体应力分布和变形的特征。研究结果表明:抗滑桩土拱的形成机制主要依赖于土体微元的荷载传递过程;土拱效应的形成过程受桩土相对位移的控制,且受桩间距的影响较大,而受土体参数的影响较小;抗滑桩土拱效应失效过程的数值模拟显示,土拱失效过程可分为3个阶段,且该过程受贴近桩体的土体的渐进破坏控制。土体强度和桩间距对桩后土体的荷载-位移曲线影响都较为显著。桩距相同时,随着土体强度的提高,桩后土体的极限荷载也越高,但对应的桩土相对位移量却较接近,同时软弱土体土拱效应的失效以"绕流"模式为主,而强度较高土体的土拱效应失效以"滑塌"模式为主;抗滑桩间距越小,桩后土体的峰值土压力越高,所对应的桩土相对位移越大。     

基于法向应力突变的组合式钢管抗滑桩土拱效应模型试验研究

土拱效应是抗滑桩与土相互作用的重要现象之一。将通过法向应力突变分析抗滑桩土拱效应的新方法推广到存在桩前土的悬臂式抗滑桩;并针对此抗滑桩设计了模型试验,提供了一种新思路。试验现象表明,桩后土压力发生突变,产生了土拱效应;在一定范围内增大外荷载时,桩间土拱效应呈现出随荷载增大而增强;但在此后继续增大外荷载,土压力突变现象减弱,土拱效应减弱;在一定范围内,桩间距较小时土拱效应更明显。     

考虑土拱效应的小桩距抗滑桩侧向力计算

在总结分析国内外抗滑桩极限侧向力确定公式及其适用范围的基础上,将散粒体极限应力状态平衡微分方程引入抗滑桩桩间距对桩后土拱效应影响规律分析中,发现小桩距下桩端土较桩间土先达到极限平衡状态,推力过大时桩端土产生塑性变形而非桩间土绕流,桩土荷载分担比极大. 研究结果可以解释试验中发现的现象,即小桩距下可产生明显的土拱效应,在较大滑坡推力下拱脚优先于拱顶发生破坏. 借鉴目前对桩后土拱效应的研究成果与极限侧向力研究思路,结合日本建设省土木研究所的“土研公式”,提出适用于小桩距下抗滑桩侧向力确定的新方法,可为抗滑桩设计计算提供参考.     

基于法向应力突变的双排抗滑桩土拱效应的数值分析

土拱效应是抗滑桩与土相互作用的重要现象之一.应用有限元软件,采用法向应力突变的新方法分析双排抗滑桩桩后土拱效应,研究了桩后土拱效应发生的机理,分析了桩间距、桩排距、布置方式等影响因素对桩后土拱效应的影响,并结合桩土荷载分担比作了对比分析.分析表明法向应力突变的方法是一种分析土拱效应的有效方法,布置方式对双排抗滑桩土拱效应影响明显,梅花型布置优于平行布置.     

水平推力作用下抗滑桩间土拱效应影响因素的数值分析

利用FLAC3D软件对抗滑桩后土体的应力拱产生过程和形成机理进行三维数值分析,并通过一系列的对比计算,研究桩间距、土体性质(包括士体的内摩擦角、黏聚力、弹性模量、泊松比、膨胀角)以及桩土接触面性质等因素对土拱效应的影响.研究结果表明:随着抗滑桩桩间距的增大,土拱范围变小,土拱形状也由拱形发展到扁平抛物线形,桩的荷载分担比降低.土体内摩擦角、土体黏聚力以及桩土之间的相对弹性模量对土拱效应的影响呈正相关关系,而土体的泊松比对桩后土拱范围的影响呈反比关系,土体的膨胀角对土拱效应影响不太明显;随着桩土接触面粗糙程度的增加,桩后土拱的范围增大,土拱效应也越显著.     

基于颗粒离散元的抗滑桩土拱效应分析

运用YADE离散元软件对三维空间下的土拱效应进行研究。探讨在不同土层埋深、桩间距及土颗粒不均匀分布等影响因素下的土拱效应发展及变化。研究结果表明:浅层土中的土拱较之深层土中的土拱强度较差,破坏也有所提前;随着桩间距的增大,土拱效应的影响将会减弱,并且减弱的速度逐渐变慢;土颗粒粒径分布的不均匀性增强会使得土拱的形成提前,但是对加载过程中,桩上水平力分担比峰值的影响不大。     

黏性土抗滑桩桩间土拱分析及合理桩间距研究

针对桩间土拱效应,对黏性土抗滑桩合理桩间距的确定进行分析。以拱脚最不利位置土体莫尔库伦强度条件及桩土接触面任一点土体剪应力不大于桩体提供的最大抗滑力为控制条件,并以作用于桩体及桩间土体的滑坡推力不大于抗滑桩承担的绕流阻力为第三个控制条件推导出抗滑桩最大桩间距的计算公式。该公式具有力学性质明确,计算简便,并对一工程实例进行计算,该公式计算结果较为合理,具有工程参考价值。     

滑体为黏土层的悬臂式抗滑桩三维土拱效应研究

为优化抗滑桩的设计,针对滑体为黏土层的悬臂式抗滑桩,基于ABAQUS软件构建了桩间距分别为3b、4b、5b、6b(b为矩形桩宽度)的4个三维有限元数值模型,分析顶下1、3、5、7、9、11m深度处的水平土拱效应,以研究竖向上水平土拱效应的变化即三维土拱效应.桩顶下1m处,桩间距为4b时桩后土拱中大主应力占桩后大主应力的95.3%,此时土拱抗滑性能发挥得最好.深度为5m时的大主应力云图中依然有十分明显的土拱,但是相较于较浅处其桩后壁处以及桩后土拱处的大主应力均为负值,说明随着滑坡推力的增大,逐渐大于桩后土拱的抗滑力,这时桩间土拱逐渐发挥作用,但此时桩后土拱并未破坏.桩顶以下7m处土拱在各桩间距下均有形成,但桩间土拱的拱高均有所降低,桩间土拱破坏后,大主应力的拱形弧线向桩间移动,新的桩间土拱再次形成,说明土拱的形成和破坏往往不是一次完成的,而是有几个往复的阶段.深度为9m时的桩后土拱比深度为7m时的桩后土拱承担了较小比例的滑坡推力,说明随着深度的增加,桩后土拱承担的滑坡推力的比重在下降.而当深度变为11m时,桩后土拱和桩间土拱已变得不太明显.三维土拱的拱高从桩顶向下逐渐减小,是由于滑体推力随深度由大变小造成的.本文的研究能为抗滑桩桩间距的合理设计提供参考.     

滩涂极软地基托板桩法处理技术研究

为研究滩涂极软地基上托板桩的工作特性,开展了现场试验和有限元分析.现场实测了地表沉降及土压力,并据此建立了二维平面应变模型,进而对不同时期的地基土超孔隙水压力、土压力、沉降、水平位移等问题进行了研究.研究结果表明:随着填土高度增加,桩顶与桩间土差异沉降增大,产生土拱效应和拉膜效应,桩身轴力、桩体荷载分担比和桩端附近土体超孔压增大;填筑完成后超孔压消散,地基土逐渐固结,桩间土与桩顶差异沉降增大后趋于稳定,桩体荷载分担比逐渐稳定在80％左右;土工格栅拉力较小,传递荷载的能力有限;浅层地基土对桩体有负摩阻力,桩身轴力沿深度先增大后减小;托板桩法可有效控制地基土水平位移.     

竖向荷载作用下大直径钢管桩承载力特性分析

近年来,新型大直径钢管桩基的承载力特性备受关注,为此,以湛江某新建油码头工程大直径钢管桩测试桩Z2桩为研究对象,采用有限元三维数值静载试验方法,对竖向荷载作用下大直径钢管桩的桩径、桩长、桩侧土摩擦系数及桩端土压缩模量对其承载力特性的影响规律进行研究。结果表明:钢管桩桩径增大,则其极限承载力和桩侧摩阻力随之提高,桩端沉降与桩顶沉降之比逐渐减小,同时桩端阻力随着桩径的增加而减小;钢管桩桩长增加,钢管桩的极限承载力和桩侧摩阻力都显著提高,桩端阻力与桩顶荷载之比逐渐减小;桩侧土摩擦系数增大,则桩的极限承载力增大而桩端沉降量显著减小,尤其在摩擦系数从0.3增加到0.4时,沉降量减小幅度较大;桩端土压缩模量增加,则钢管桩竖向极限承载力和桩端阻力增大,而桩端沉降量减小。研究结果可对类似工程大直径钢管桩的设计和施工提供参考。     

刚性桩复合地基承载特性的试验研究

通过现场试验,测出了CFG桩不同深度处的桩身轴力和侧摩阻力,并得到了桩土应力比。分析了CFG桩复合地基中桩身轴力、桩侧摩阻力的分布及发展过程。研究了加载过程中桩侧摩阻力和端阻力荷载分担以及荷载分担比随外荷载的变化规律。最后介绍了CFG桩复合地基中负摩擦阻力的作用,得出了CFG桩由于褥垫层的设置,在加载初期,桩身存在负摩擦力,同时协调了桩土变形,使得桩土共同承担荷载,充分发挥土体的承载能力。     

基坑排桩桩间土拱效应的颗粒流模拟研究

基坑支护排桩之间净距离的大小对桩后土体的受力与变形会产生影响,采用连续介质研究方法无法研究相邻桩之间土拱的形成对桩后土体的影响.本文采用颗粒流软件PFC 2D对桩间水平土拱的形成、发展及失效整个过程进行数值模拟,分析了桩间距对土拱效应的影响,并对比了方形桩和圆形桩在产生土拱效应方面的差异.本文研究从微观方面揭示了土拱效应形成及破坏的机理,分析发现土拱的最大承载力、桩的最大荷载分担比随桩间净距与桩径比值的增大而减小,并且在相同的桩间距情况下,方桩受力性能优于圆桩.因此,在进行支护桩设计时,应选择合理的桩型和桩间距从而达到优化设计、节省投资的目的.     

砂土地基桩基础承载性状试验研究

通过湘阴湘江大桥两根试桩的静载荷试验,探讨了该地区砂土地基中桩基础承载性状及荷载传递机理,对比分析了同一长径比下,桩长对桩身轴力的传递和桩身侧摩阻力的发挥有较大的影响,Ⅰ号试桩属纯摩擦桩,Ⅱ号试桩属端承摩擦桩.在设计荷载一定的情况下,恰当选择桩长桩径使摩阻力的发挥达到最优状态是一个设计时值得考虑的问题.另外采用工程桩作为试桩,难以用静载试验确定桩的极限承载力.图8,参11.     

黄土地区微型钢管水泥桩单桩承载特性试验研究

随着桩基技术的不断发展,微型钢管水泥桩在工程中的应用越来越广泛;黄土地区对微型钢管水泥桩的研究相当匮乏。为了研究黄土地基中微型钢管水泥桩的承载特性、桩身轴力的传递特征、桩侧阻力和端阻力的发挥性状,对兰州地区3根微型钢管水泥桩进行现场单桩静载试验。在3根试验桩桩身埋设混凝土应变计,对试验桩进行内力测试。研究结果表明:(1)微型钢管水泥桩桩周土经水泥浆加固过后,单桩承载力提高较大,该类微型钢管水泥桩桩基设计时可适当提高侧阻取值。(2)微型钢管水泥桩桩端附近存在桩侧摩阻力的弱化效应。为了增大桩侧摩阻力的发挥,可以考虑桩端做扩大头,进而增加桩基承载力。(3)当桩顶荷载与桩顶加载极限值比值小于等于0.615时,桩顶沉降主要为桩身压缩变形引起,规范简化法综合系数取值0.2可近似计算桩顶沉降,且误差较小。当桩顶荷载与桩顶加载极限值比值大于0.615时,计算桩顶沉降时还应考虑桩端土体的沉降。     

沉桩方式及桩型对湛江组结构性黏土中单桩承载力时效性的影响

北部湾沿岸地区湛江组结构性黏土具有触变性,导致该土层中桩基时效性明显,不同沉桩方式及桩型的模型单桩对湛江组结构性黏土中桩基承载力时效性影响显著。以湛江组结构性黏土为地基,设计不同沉桩方式、桩型的模型单桩进行桩基静载实验,并对1倍桩径范围内桩周土的孔隙水压力进行监测。得到不同沉桩方式、不同桩型的模型单桩承载力及桩周土的孔隙水压力随休止时间的变化规律。结果显示：1)湛江组结构性黏土中单桩竖向极限承载力均随休止时间的增加而逐渐增大,且单桩竖向极限承载力增大的速率表现为前期增长快,后期增长慢;2)孔隙水压力消散规律与单桩竖向极限承载力增长规律基本吻合;3)湛江组结构性黏土中单桩承载力时效性可以用经验公式表述,在同一均质土层中不同沉桩方式、不同桩型的承载力时效性采用不同的时效性相关系数计算;4)不同沉桩方式对单桩承载力时效性影响差别较大,当桩型相同时,静压桩的竖向极限承载力增大的速率和幅度比振动桩大。5)单桩竖向极限承载力时效性与桩型有关,当沉入方式相同时,圆桩的竖向极限承载力增大的速率和幅度最大,管桩次之,方桩最小;     

新近深厚填土层单桩极限承载力分析

新近深厚填土属于欠固结土,在自重应力作用下土体固结并未完成,在此类地基中施工桩基础,可能会产生向下的负摩阻力,导致桩基极限承载力减小,影响建筑工程质量和安全.为了研究新近深厚填土单桩承载特性,开展单桩静载试验和基于规范的理论计算,考虑负摩阻力,单桩极限承载力计算值为1587 kN,不考虑负摩阻力的计算值为2136 kN,静载试验值为2000 kN,结果表明考虑负摩阻力时单桩极限承载力比静载试验结果少400～550 kN.因此新近深厚填土中单桩极限承载力设计值不能以桩基静载试验结果作为标准,应结合理论计算结果综合考虑,同时建议对单桩周边一定范围内的土层进行注浆加固处理.     

短芯PHC管桩水泥土根植桩竖向承载力数值模拟

为研究短芯预应力高强度混凝土(PHC)管桩水泥土根植桩的竖向荷载传递规律,结合现场案例展开数值模拟;分析各级荷载下管桩及水泥土桩身应力与侧壁摩阻力分布特征,研究根植桩的受荷规律和承载力影响因素.数值模拟结果表明:在管桩长度范围内,水泥土对管桩侧阻力的发挥做出了贡献,在管桩桩端处,荷载由管桩向水泥土传递,使得此处水泥土应力应变急剧增加;管桩桩端附近水泥土的侧向变形突增,增加了管桩-水泥土界面的摩擦强度,明显提高了管桩的侧摩阻力;管桩桩端附近水泥土塑性变形集中,是根植桩的一个薄弱环节.此外,水泥土粘聚力的增加能较为显著提高根植桩承载力,但水泥土的弹性模量及摩擦角对根植桩承载性能影响小.为充分发挥根植桩承载力,在进行设计时,宜使水泥土的粘聚力为250 kPa、摩擦角为40°、弹性模量为400 MPa.     

不同刺入深度下桩端受力的模型试验及数值模拟

通过自行设计的可视化模型试验,采用高清相机、显微数码及图像分析等技术,对纯砂中桩端埋入持力层不同深度的桩端刺入试验进行宏、细观研究.对随桩端刺入深度不同而产生相应的桩端刺入的受力、砂土的位移场和应变场及其细观机理进行分析研究.通过开发三维非圆颗粒,重点对纯砂中桩端刺入的室内试验进行PFC软件三轴数值模拟,将土体细观参数变化与宏观力学响应相联系,揭示桩刺入过程中桩端砂土的宏、细观演化机理.指出端阻力的发挥在细观上主要表现为桩端附近颗粒接触力的变化:桩端下部颗粒的压密范围、桩脚附近土体孔隙率和接触数变化趋势是端阻随埋深而变化的主要因素;达到极限端阻后,承载力的略微增加在细观上主要表现为持力层中桩侧颗粒孔隙率减小、接触力增大.