基于透明土材料的扩底楔形桩中性点位置测定模型试验与分析

扩底楔形桩由于其桩身截面倒楔形结构,可以有效降低负摩阻力对基桩的影响;但是倒楔形面和扩大头的存在对中性点位置的影响却尚不清楚。为了分析扩底楔形桩中纵向截面形式(倒楔形面和扩大头)变化对基桩中性点位置的影响规律;基于透明土材料和数字图像处理PIV(particle image velocimetry)技术,采用非插入式测试方法开展地面堆载作用下扩底楔形桩的中性点位置测定模型试验,测得不同地面堆载等级作用下桩体沉降与桩周土体沉降等变化规律,探讨桩-土相对位移和中性点位置随地面荷载等级的变化规律;同时进行了负摩阻力作用下等截面桩中性点位置测定透明土模型试验作为对比分析。研究结果表明,利用透明土材料来研究扩底楔形桩中性点位置的试验方法在技术上是可行的。所研究试验条件下,由于倒楔形面和扩大头的存在,扩底楔形桩的中性点位置明显较常规等截面桩低。     

堆载和桩顶荷载组合作用下的桩土响应分析

桩侧负摩阻力是影响桩基工作性能的重要因素,而堆载和桩顶荷载对桩侧摩阻力的分布影响很大,为了研究其组合作用机理,采用拉格朗日差分法分析堆载和桩顶荷载组合作用下桩侧摩阻力分布、中性点位置变化规律以及桩体轴力分布。研究结果表明:负摩阻力主要出现在0.37~0.64倍桩长位置;当堆载小于或等于60 k Pa时,负摩阻力沿桩身向下先增大后减小并逐渐过渡到正摩阻力;当堆载大于60 k Pa时,负摩阻力沿桩身向下逐渐减小然后过渡到正摩阻力;桩体最大轴应力与堆载和桩顶荷载具有明显的二元线性相关性;中性点位置变化规律受桩顶荷载和堆载组合值的影响,根据此规律得出二元方程式,可用于快速估算中性点的位置。     

楔形桩与等直径桩承载特性对比模型试验研究

针对楔形桩的承载特性,开展砂土中竖向压荷载、水平向荷载以及地面堆载作用下等混凝土用量楔形桩和等直径桩承载特性对比模型试验,测得不同荷载等级下桩顶荷载-位移关系曲线以及桩侧摩阻力、桩端阻力、桩侧土压力、桩顶下拽位移和桩身下拽力等分布规律;探讨楔形桩与等直径桩在竖向抗压、水平向承载力以及负摩阻力特性的异同点,分析楔形角对砂土中基桩的承载特性的影响规律。研究结果表明:在本文试验条件下,砂土中楔形桩的单桩竖向抗压力和水平向极限承载力约分别为等混凝土用量等直径桩的0.75倍和1.26倍;楔形桩的桩顶下拽位移与等直径桩的下拽位移相比减小1/5~1/4。     

堆载作用下单桩中性点位置与负摩阻力特性研究

为了探究承台外围土体出现上部堆载作用时，桩身负摩阻力和中性点位置在这一过程中的变化特性，利用室内模型实验和有限元软件数值模拟两种方法.首先在室内模型实验中使用应变仪采集桩身各处应变片产生的数值，之后建立单桩数值模型进行有限元分析，结合两方实验结果分析桩身负摩阻力和中性点位置在施加堆载后的初期，以及随堆载等级增加时的变化特征，最终得出以下结论：承台外围土体的堆载作用使桩身轴力原本随深度递减的变化趋势，变为了轴力上升段和轴力下降段，同样，堆载作用也使桩身上部出现桩侧负摩阻力，而桩身下部正摩阻力区间相较堆载前变化不大，仅是正摩阻力数值的大小随着堆载等级增加而增大，桩身中性点位置在堆载等级增大的过程中逐渐向桩的底部移动.     

基于剪切位移法的基桩负摩阻力计算

在对现有2种常用基桩负摩阻力计算方法进行分析的基础上,探讨了影响桩土间实际负摩阻力的主要因素.进而根据有效应力原理,建立出能充分考虑桩土剪切位移对摩阻力发挥程度影响的基桩负摩阻力计算分段曲线模型,并由此推导出基于荷载传递法的负摩阻力计算基本微分方程,并给出了在不同桩土相对位移条件下基桩负摩阻力计算的分段解析式.在此基础上,引进土体在均布压力作用下沉降的弹性解,从而得到了桩身轴向力、中性点的位置及基桩负摩阻力计算的改进方法.理论与工程实例试验结果对比分析表明,采用该方法所得的桩身轴力随深度的变化曲线与实测曲线吻合良好.     

不同土表堆载分布形式下桩基负摩阻力特性模型试验

为了研究土表堆载分布形式对桩基负摩阻力作用的影响,设计实施了边载及围载作用下的单桩室内模型试验.桩周土采用细砂与饱和黏土,于加载过程中测定桩身应变、桩顶位移以及土体分层沉降.试验结果表明,土表堆载分布形式对桩基附加沉降具有较明显的影响,砂土中桩基在边载分级加载作用下的附加沉降约为围载时的77%,试验结束时黏土中桩基在边载作用下的附加沉降约为围载时的74%.边载作用下砂土及黏土中桩基中性点深度分别比围载时低约0.03L~0.08L和0.02L(L为有效桩长).在砂土承受土表堆载分级加载作用或者黏土排水固结的后期,因桩土相对位移不足以完全发挥负摩阻力作用,土表堆载分布形式对桩基负摩阻力影响减弱.     

端承桩与摩擦桩负摩阻力性状对比试验研究

通过对普通砂中桩竖向静载的模型试验,分析了在相同桩顶静载作用下桩的沉降稳定后,当地下水位下降时,端承桩与摩擦桩桩侧负摩阻力的变化规律。实验结果表明,在地下水位下降时,端承桩与摩擦桩桩侧负摩阻力的变化具有明显的差异。随着地下水位的下降,端承桩最先出现负摩阻力,负摩阻力引起的下拽力也随地下水位的下降而增大,中性点位置较低,桩顶沉降较小;摩擦桩而后出现负摩阻力,负摩阻力引起的下拽力随地下水位下降而减少,中性点的位置也随着地下水位的下降而上升,桩顶沉降较大。这对桩基负摩阻力性状的研究具有较大的意义。     

负摩阻力引起的桩身下拽力和桩顶下拽位移研究进展

简要介绍了土体沉降引起的桩侧负摩阻力导致桩身下拽力和桩顶下拽位移的原因、力学机制以及工程危害性;总结了近年来国内外负摩阻力问题的现场试验、模型试验、数值模拟和理论计算方法等方面的研究现状;指出了目前存在的主要问题——针对考虑桩顶下拽位移、地基土固结时间效应等因素影响以及减少负摩阻力措施方面的研究相对较少;介绍了一种既可以提高桩基竖向承载力又能有效降低负摩阻力对桩基影响的新桩型——扩底楔形桩.     

隔离桩对堆载下群桩下拉荷载的屏蔽效应

目前关于隔离桩对堆载下群桩负摩阻力及下拉荷载屏蔽效应的研究甚少,我国规范也未对隔离桩的设计参数给出建议。定义下拉荷载屏蔽效应系数这一概念;建立考虑桩-土作用的三维有限元模型,通过数值计算结果与模型试验数据的对比,验证数值模型的准确性。以群桩效应系数和下拉荷载屏蔽效应系数为评价指标,研究隔离桩对堆载下基桩负摩阻力与下拉荷载的屏蔽效果,分析隔离桩桩长、边长、与最外侧基桩间距3个因素对屏蔽效果的影响规律,对隔离桩的设置给出参考。研究成果可为堆载时群桩负摩阻力的消除及隔离桩的优化设计提供参考。     

桩顶竖向荷载作用下桩土响应的数值分析

为了研究桩土之间的相互作用机理,利用数值方法建立桩土计算模型,分析桩顶荷载作用下桩侧摩阻力分布、桩体轴力分布、中性点位置的变化规律以及桩周土体的位移.研究结果表明:桩侧负摩阻力沿桩身先增大后减小,并逐渐过渡到正摩阻力;随着桩顶荷载的增大,桩侧负摩阻力逐渐减小,中性点位置上移;桩体轴力沿桩身呈现先增大后减小的趋势;受到桩侧摩阻力的作用,位于地表的桩周土体沉降受到一定影响,其影响范围随桩顶荷载的增大而减小.     

不平衡堆载下单桩水平承载性状的数值分析

工程桩周围经常会存在不平衡的堆载现象,大面积填土引起的荷载对相邻建筑物桩基的影响主要集中在三个关键问题：负摩阻力问题、被动桩问题和土体的蠕变效应与时变效应问题.本文采用有限元软件ABAQUS对新吹填区不平衡堆载的桩土模型进行有限元计算,从堆载高度、距离和宽度三个方面对不平衡堆载的单桩水平特性的影响进行了比较分析,可为实际工程提供一定的参考.     

螺纹桩负摩阻力计算方法

螺纹桩特殊结构形式,使得其更容易产生较大的负摩阻力。对螺纹桩负摩阻力的研究具有重要的理论和工程实际意义。首先讨论了螺纹桩负摩阻力的产生机理及其主要影响因素。并利用佐藤悟双折线模型,通过荷载传递法建立出螺纹桩负摩阻力的基本微分方程。利用连续和边界条件解出桩土相对位移解析式,进而推导出桩身轴力、中性点位置及负摩阻力计算公式,为螺纹桩的进一步研究应用提供一定的理论支持。     

地基土沉降对复合地基工作性状的影响

采用数值分析方法,考虑桩-土-褥垫层的共同作用,对复合地基在地基土沉降前后的沉降、桩侧摩阻力和桩身轴向应力等工作性状进行了研究.结果表明:与常规条件下相比,在相同上部荷载作用下,地下水位下降使基础和桩顶的沉降增加,桩身轴向应力增大,桩-土应力比提高,上部荷载的增大会加剧这些现象.随着降水造成的地基土沉降增加,加固桩体中负摩阻力的影响逐渐增大,中性点位置下移,负摩阻力引起的下拉力增大,桩侧摩阻力发挥更加充分.     

复杂荷载作用下桩基承载特性模型试验系统研发

自主研发了复杂荷载作用下桩基承载特性模型试验系统,可开展单向荷载、竖向-水平耦合荷载作用下桩基加载试验。由模型槽、竖向-水平耦合加载系统、测量系统三部分构成,子系统之间以螺栓连接,可拆解。模型槽由透明有机玻璃制作、角钢加箍,便于试验土体观察和模型桩埋深、仪器埋设控制;加载系统采用滑轮、配重块和微型千斤顶、液压泵施加竖向-水平耦合荷载,设置直线滑动导轨为荷载方向调节装置,以消除水平面内桩顶与微型千斤顶之间摩擦力对桩土的作用效应,维持竖向力始终作用在桩顶中心位置;测量系统除可测得桩顶水平位移、沉降等数据外,亦可多点测量桩身水平挠曲线。最后开展了单向荷载、竖向-水平耦合荷载作用下PCC桩承载特性模型试验,对试验系统的可靠性和稳定性进行了验证。     

人工挖孔扩底桩轴向静载荷试验研究

依据河南济源人工挖孔扩底桩现场载荷试验,分析了人工挖孔扩底桩桩侧摩阻力、桩端阻力的发挥特征及其荷载-沉降规律,研究了桩侧阻力和桩端阻力随荷载增加的变化规律以及扩大端临空面对桩侧摩阻力的影响。试验结果表明:在坚实土层中选用扩底桩可有效提高单桩承载能力;桩侧摩阻力的作用不容忽视;承载力计算时应考虑护壁的厚度。     

扩底桩及浅基础的界定与计算分析

为了解决扩底桩深基础与普通桩基及浅基础的区分及设计计算,根据均布荷载下的Boussinesq与Mindlin解,结合现有文献对"扩底桩"或"扩底墩"等扩底深基础进行界定,对其承载能力特性进行计算分析.结果表明:扩底深基础与普通桩基的区别是扩大头因素的存在.通过对不同形式基础底部附加应力的计算可知,若以两者差异δ=0.2为基准对扩底基础的深浅进行界定,则埋深与扩底直径之比宜取0.62,并将其作为深浅基础的划分界限,而且实际工程亦验证了此界限的可靠性.     

建筑抗震中单桩摩阻力动力效应分析

研究了地震发生时单桩摩阻力动力.为揭示摩擦桩与土体在考虑基本地震荷载作用下的耦合响应规律,采用拉格朗日数值分析方法建立桩与土体计算模型,通过施加地震荷载,分析桩周摩阻力、桩体轴力以及土体的变形在不同地震历时下的情况,得到:1)桩周负摩阻力从桩顶向下呈先增大后减小的态势,在桩长0.35倍范围内出现负摩阻力;2)由于地震荷载的作用,桩侧摩阻力和轴力均不断变化,当地震时间为3s时,桩侧摩阻力和轴力达到最大值;3)随着地震的持续进行,桩体和土体之间的相对位移的变化导致中性点位置发生往复变化;4)由于地震荷载的作用,土体的位移明显增大.在地震历时0~10s范围内,地表沉降迅速增大;在地震历时10~15s时,地震沉降增加的速度明显减慢;当地震历时持续到15~20s时,地表沉降逐渐减小.     

三维盾构隧道开挖面极限支护压力数值及理论解

对盾构隧道开挖面稳定性进行三维弹塑性有限元数值模拟,获得了维持开挖面稳定最小极限支护压力随隧道埋深比及土体强度参数的变化特性.将极限支护压力值表示为土体粘聚力、上覆荷载、土体重度与其影响系数乘积的三项叠加,并通过数值模拟获得了各影响系数随隧道埋深比及土体内摩擦角的变化规律.利用数值模拟结果对三维楔形体模型进行对比验证,结果表明楔形体模型得到的各影响系数在规律上与数值模拟结果相符,但在数值上,土体重度影响系数与数值模拟结果更接近,而粘聚力和上覆荷载影响系数则存在一定偏差.