柔性荷载下粉喷桩复合地基变形特性试验研究

进行了粉喷桩复合地基载荷试验,在桩顶和桩周土面埋设了沉降标分别观测桩顶和桩周土面沉降.研究表明:荷载板沉降与桩间土面沉降十分接近,桩间土地面沉降明显大于桩顶沉降,主要表现为桩体部分刺入路基内,柔性荷载下桩土变形不满足等应变条件.在某一深度L0处存在等沉面,即该位置处桩体沉降与桩间土沉降相等.对此提出了一种柔性路基下水泥土桩复合地基沉降计算方法,该方法将压缩层分为3层;a.等沉面以上加固层;b.等沉面以下加固层;c.下卧层,地基沉降为3层土的压缩变形之和,a层的压缩变形可按改进应力修正法计算,b和c层压缩变形可按应力修正法计算.通过工程实例验证了所提出的计算方法.     

路堤荷载下刚性桩复合地基桩帽效应分析

在分析路堤荷载作用下刚性桩复合地基中桩帽效应的基础上,通过理论分析、有限元计算、室内模型试验以及现场测试等方法,研究了桩帽以及桩帽尺寸的大小,对刚性桩复合地基中桩土分担比、加筋垫层的应力以及整体沉降特性等的影响.研究表明:桩帽的存在增加了桩顶与垫层之间的接触面积,起到均化桩顶集中力、减小桩顶向垫层刺入量的作用,使带帽刚性桩复合地基控制沉降的能力远好于不带帽刚性桩复合地基;桩帽尺寸逐渐增大,桩间土的应力明显减小,Q-S曲线由"陡降型"向"缓变形"转变,有助于带帽刚性桩复合地基整体承载力的发挥,从而提高了刚性桩复合地基的利用效率.     

基础埋深对碎石桩复合地基桩体破坏模式的影响

针对碎石桩复合地基中桩体性能,通过有限差分数值模拟与模型试验对比分析,验证了数值模型的可靠性,进而通过变化饱和黏土中碎石桩复合地基的埋置深度,分析了复合基础下单桩与群桩的承载特性和破坏模式。研究结果表明:增加复合地基的基础埋深,单桩复合地基的基础外土体围压增强,桩体侧向约束增加,桩体的最大径向位移减小,桩体破坏位置沿桩体向下移动;群桩复合地基桩体的破坏模式主要由桩体所在位置决定,中心桩破坏位置位于桩体较深处,边桩的破坏位置发生在桩顶附近,基础埋深对边桩的侧向约束作用较明显;摩擦型群桩复合地基破坏模式随埋置深度发生转变,并导致桩体破坏模式由最初沿水平方向鼓胀(剪切)破坏转变成为向下的刺入破坏。     

混凝土芯水泥土搅拌桩群桩复合地基承载特性分析

为了探讨混凝土芯水泥土搅拌桩群桩基础在软土地基中的受力特征,以及褥垫层的移动趋势,进行混凝土芯水泥土搅拌桩群桩复合地基加固软土地基的室内模型试验。通过监测分级荷载作用下复合地基的沉降和桩顶、桩底以及桩间土不同位置的应力分布的变化来探讨复合地基承载特性。对桩顶平面处A桩周围土层表面埋设标志物,分析了褥垫层材料的移动态势和桩间土体的沉降量的规律。试验结果表明:复合地基在上部荷载作用下,加载初期是由桩来承担大部分上部荷载;由于褥垫层的调节作用,桩顶面处的桩土应力比逐渐增大,达到峰值后比值有所减小直到趋于稳定。混凝土芯水泥土搅拌桩群桩复合地基在上部荷载作用下的沉降曲线(P-S曲线)为缓变型;褥垫层向群桩所围成几何图形的中心移动,桩周土的水平位移和竖向沉降都以桩为中心呈现由近及远不断减少的趋势。研究结果为工程实践提供了有益的参考。     

混凝土芯水泥土搅拌桩群桩复合地基的承载特性

为了探讨混凝土芯水泥土搅拌桩群桩基础在软土地基中的受力特征,以及褥垫层的移动趋势,进行混凝土芯水泥土搅拌桩群桩复合地基加固软土地基的室内模型试验。通过监测分级荷载作用下复合地基的沉降和桩顶、桩底以及桩间土不同位置的应力分布的变化来探讨复合地基承载特性。对桩顶平面处A桩周围土层表面埋设标志物,分析了褥垫层材料的移动态势和桩间土体的沉降量的规律。试验结果表明:复合地基在上部荷载作用下,加载初期是由桩来承担大部分上部荷载;由于褥垫层的调节作用,桩顶面处的桩土应力比逐渐增大,达到峰值后比值有所减小直到趋于稳定。混凝土芯水泥土搅拌桩群桩复合地基在上部荷载作用下的沉降曲线(P-S曲线)为缓变型;褥垫层向群桩所围成几何图形的中心移动,桩周土的水平位移和竖向沉降都以桩为中心呈现由近及远不断减少的趋势。研究结果为工程实践提供了有益的参考。     

垫层厚度对长短桩复合地基性状影响的试验研究

为了研究垫层厚度对长短桩复合地基工作性状的影响,在室内模型试验的基础上,对无垫层2、cm垫层和5 cm垫层三种情况下长短桩复合地基的荷载与沉降的关系、桩土应力比、荷载分担比等问题进行了分析,结果表明,长短桩复合地基的沉降量随着垫层厚度的增加而增加;长桩桩土应力比随垫层厚度的增加而减小,短桩桩土应力比的变化不如长桩明显;无垫层时,长桩荷载分担比较大,桩间土和短桩荷载分担比很小,铺设垫层后,随垫层厚度的增加,长、短桩荷载分担比都逐渐减小,桩间土荷载分担比逐渐增大。     

基于能量法柔性桩复合地基的沉降计算

为精确计算柔性桩复合地基沉降,对基于能量法的沉降计算方法进行研究。首先,以荷载传递法为基础,假设桩侧摩阻力与桩土相对位移满足弹塑性关系,推导出桩体及桩间土的能量方程,建立柔性桩复合地基的系统总势能表达式,基于最小势能原理获得桩土的荷载分担值;然后,采用修正剑桥模型计算桩间土的压缩量,同时引入柔性桩应力应变特性曲线计算桩体压缩量,其与下卧层压缩量之和即为复合地基沉降量。最后,利用该方法对室内试验和既有案例进行建模与计算。研究结果表明:复合地基沉降量计算值与实测值相吻合,验证了该计算方法的正确性。     

夯实水泥土桩复合地基中桩-土-垫层共同作用机理

基于剪切位移法,引入Mylonakis&Gazetas桩-土相互作用及温克尔地基模型,导出复合地基中桩-桩、桩-土及土-土相互作用柔度系数计算式;在此基础上,考虑垫层的影响,提出路堤荷载作用下桩-土-垫层共同作用分析的新方法,并利用Matlab软件编制相应的计算程序。以夯实水泥土桩复合地基为例,进行路堤荷载下夯实水泥土桩复合地基的室内模型试验,探讨垫层模量及厚度对桩与土差异沉降的影响。研究结果表明:在路堤荷载作用下,设置合适的柔性垫层,能有效增加桩体承担荷载的比例,发挥桩的承载能力,减少桩与桩间土之间的差异沉降及复合地基的沉降,改善复合地基的工作性状。     

碎石桩复合地基控制粉砂土拼接路基沉降研究

为减小粉砂土拼接路基与旧路基的差异沉降,采用碎石桩复合地基处治,建立了有限元模型,研究了碎石桩长度及其模量、桩间土模量及粘聚力对沉降及水平位移的影响.结果表明:桩长为5.0m时路基顶面最大沉降为9.8cm,最大差异沉降为5.3cm;碎石桩模量对沉降、坡脚水平位移及差异沉降的影响不显著;桩间土模量对路基沉降的影响较大,当桩间土的模量增大到14 MPa以后,路基的沉降趋于稳定,此时路基顶面沉降为7.15cm、最大差异沉降为3.87cm;桩间土粘聚力达10kPa后路基沉降趋于稳定,此时路基顶面沉降为9.8cm,最大差异沉降为5.2cm;新路基坡脚水平位移趋近于0.总之,碎石桩能明显减少沉降和侧向位移,碎石桩长5.0 m、桩间土模量14MPa、桩间土粘聚力10kPa时控制新路基沉降效果良好.     

桩体复合地基受压过程中侧向约束桩工程特性试验研究

采用模型试验研究桩体复合地基受压过程中侧向约束桩工程特性。研究结果表明:桩侧土压力沿深度先增大、后减小,峰值在离土顶面0.22H~0.33H(H为地面以下桩长)处,因加载而快速增大;轴力P-深度z曲线呈倾斜的"S"形,桩身上部受拉、下部受压,峰值拉力出现在离土顶0.15H处,峰值压力出现在离土顶0.81H~0.92H处;摩阻力τ-深度z曲线整体上呈倾斜的"C"形,上段出现正摩阻力,下段出现负摩阻力,离土顶面0.18H处是中性点,峰值负摩阻力出现在离土顶面0.7H附近;弯矩M沿深度z先增大、后减小,有1~2个峰值,上部峰值出现在离土顶0.37H附近,下部峰值出现在离土顶0.59H~0.70H附近;间距小的边桩正轴力(包括峰值)和轴力零点埋深变化范围及负摩阻力峰值最大,间距大的边桩次之,中桩的最小;荷载达到复合地基压力Q-沉降s曲线拐点荷载之前,中桩弯矩最大,间距大的边桩弯矩次之,间距小的边桩弯矩最小;超过该拐点荷载之后,间距大的边桩弯矩最大,中桩弯矩次之,间距小的边桩弯矩最小;间距大的边桩的弯矩M与土顶面距离z曲线有1个峰值,而中桩和间距小的边桩有2个峰值。     

基于DUNCAN-CHANG模型的刚性桩复合地基沉降变形分析

为研究影响刚性桩复合地基沉降的影响因素,对刚性桩复合地基进行室内压缩试验,基于DUNCAN-CHANG模型利用有限元软件对不同桩长、不同桩径、不同褥垫层厚度和不同桩数(相同置换率)等影响刚性桩复合地基沉降的主要影响因素进行数值模拟.结果表明:随着桩长和桩径的增加,刚性桩复合地基沉降减小,控制桩长比控制桩径对刚性桩复合地基沉降影响效果更加显著,桩侧正负摩阻力的分界点大致在0.4～0.6倍桩长范围内变化,桩土应力比则是在15～17之间变化;当褥垫层厚度较小时,对桩侧摩阻力和桩土之间的受力调节效果不明显,而褥垫层厚度较大时,造成的总体沉降增大,在实际工程中应对褥垫层厚度进行合理设计,建议采用30～50cm.     

多元复合地基沉降计算方法探讨

以Winkler分布弹簧模拟垫层的作用,考虑垫层、桩和土之间的相互作用;并以Geddes解和Boussinesq解为依据,求出了在单位荷载下网格单元顶部的沉降,即单元的柔度系数;运用弹性理论叠加原理,建立了包括桩顶沉降、土顶沉降及其对应荷载的线性方程组.求解该方程可以进一步求出多元复合地基中主桩、次桩对土的桩土应力比和主桩、次桩及土的荷载分担比.通过工程实例进行分析,表明本文方法的计算结果和现场实测结果符合很好.     

灰土褥垫层工作性能的数值模拟

结合CFG桩复合地基研究状况,利用ANSYS有限元程序,以数值分析的方法建立了CFG桩复合地基的整体弹塑性模型,分析了灰土褥垫层粘聚力和内摩擦角两个因素的变化对复合地基工作性能所产生的影响,得出:桩身应力沿深度变化的一个重要特征是其最大应力点不在桩顶,而是在桩顶下的某一深度处;随着灰土褥垫层粘聚力、内摩擦角、变形模量的增加,CFG桩复合地基的桩顶沉降量、桩顶应力值以及桩土应力比均增加,桩顶刺入量减小。     

高层建筑长短桩复合地基性状有限元分析

通过由长短桩复合地基处理高层建筑软弱地基的工程实例,利用有限元法分析了不同的上部结构刚度、长桩长度、长桩置换率、短桩置换率对长短桩复合地基的平均沉降、差异沉降、桩土应力比、桩土荷载分担比所产生的影响及规律。结果表明:上部结构刚度的变化对复合地基性状的影响是有限的;长桩长度在控制平均沉降,改变地基承载力和改善桩顶应力集中方面影响显著;长桩置换率存在一定的合理取值范围;短桩置换率的变化对桩土应力变形影响不大。分析结果能为长短桩复合地基进一步优化设计提供参考。     

长期荷载下有侧向约束柔性桩复合地基试验

为探讨长期荷载作用下柔性桩复合地基的工作性状,进行了有无侧向约束条件下夯实水泥土桩复合地基的长期荷载对比试验.在复合地基表面埋设沉降标,量测了桩体和土体沉降值,得到了桩和土的沉降随时间的变化规律;通过在桩间土表面、桩顶、桩端埋设土压力盒和在桩身埋设内贴应变片PVC管量测应力值,获得了桩顶与土顶应力、桩-土应力比、桩身轴力随时间发展的变化规律.试验结果表明:在长期荷载作用下,设置了约束长桩夯实水泥土桩复合地基的工作性状明显优于无约束夯实水泥土桩复合地基的工作性状——大幅度缩短了进入沉降稳定时间(约为64%),减小工后沉降量(约为29%~42%),降低桩-土应力比约39%;明显地调整了桩身轴力分布.分析认为:采用柔性桩加固软土路基时,在加固区边缘设置刚性长约束桩,能有效地控制路基的工后沉降,提高路基的承载性能.     

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。     

桩承土工格栅加筋垫层复合地基力学变形特性三维数值分析

桩承土工格栅加筋垫层复合地基作用机理复杂,设计计算主要以经验为主,给设计与施工带来盲目性。采用有限元分析软件Ansys,建立群桩三维模型,对其力学变形特性进行了分析,结合工程实例,将数值模拟结果与现场监测结果进行比较分析,两者较为吻合。结果表明：桩与桩端土均具有最优弹性模量;桩土最大应力比在桩顶下某一深度,桩身最大轴向应力在桩顶下中性点,由于应力集中,在桩端处两者均突然减小;桩端土刚度在离桩底某一深度范围对桩土应力比产生影响;加筋垫层刚度仅在其下某一深度范围内对桩间土应力产生影响,刚度较小时对应力比的调节作用更明显;加筋垫层尺寸对桩身轴向应力和桩侧摩阻力都产生显著影响,桩顶下0.3倍桩长处最显著。     

高填方路堤段桩网复合地基承载机理及桩土应力比计算方法

针对高填方段软土路基在路堤荷载下桩网复合地基的受力特点,分析了其自上而下的荷载传递机理.首先,将路堤简化为内外土柱,通过内外土柱的整体微分平衡关系,得到了等沉面高度的理论计算式,由此较为合理地模拟了高填方段的土拱效应.而后,针对荷载传递至土工垫层阶段,采用薄膜模拟了桩土之间的荷载分配关系.在此基础上,将桩网复合地基划分为众多土工格栅、桩及桩间土单元体,桩体及桩间土简化为弹性支撑,进一步得到了高填方段桩网复合地基桩土应力比计算式.最后,对影响高填方段桩网复合地基桩土应力比的各主要影响参数进行了初步研究.结果表明,桩土应力比随路堤高度增大逐渐减小,即填土高度增加后桩土荷载分配趋于均匀,而桩间距、填土的压缩模量的增大将导致桩土应力比增加.此外,土工格栅抗拉强度的增大将加大桩土应力比值,但影响幅度较小.