深厚软黏土地基中大直径单桩基础现场水平受荷试验及 p-y 曲线适用性研究

基于某海上风电场开展的单桩水平受荷特性现场试验,研究了深厚软黏土中2.4. m 大直径钢管桩荷载-位移响应、桩身挠度及桩身弯矩规律;探讨了m法、 API 规范法和双曲线型p-y曲线在软黏土地基中的适用性,并建立数值模型对不同直径单桩基础的水平承载力贡献因素进行分析。结果表明: API 规范法与双曲线型p-y曲线在浅层土中p-y曲线初始刚度与桩周土抗力偏大,双曲线型p-y曲线在一定深度下能够较好地预测土反力随位移的变化关系,m法与双曲线型p-y曲线计算得出的水平位移较实测值偏小,结果偏向不安全, API 规范法计算结果相比实测值较大,计算结果较为保守;随着桩径增大,单桩基础的侧摩阻力和基底抗力对水平承载力贡献也会随之增大,双曲线型p-y曲线会严重低估单桩的水平承载力。     

水平荷载下单桩p-y曲线简化计算方法对比研究

对现有的p-y曲线简化计算方法进行了归纳与总结.通过在水平静力荷载作用下淤泥质黏土中钢管桩的模型试验研究，并结合实际工程案例分析，比较采用各类计算方法对实验数据处理后的土抗力分布，以及拟合p-y曲线.结果表明，采用分段3次拟合法得到的土抗力分布曲线更为合理.各类计算方法拟合的p-y曲线均低于API建议曲线.随着土层深度的增加，采用分段3次拟合法得到的p-y曲线更加贴近于实际理论曲线分布.     

负斜桩顶部水平受拉响应及p-y曲线特征试验研究

为研究倾斜桩的水平受拉响应特征,在模型砂土中设置0°、10°、20°倾斜桩及桩底嵌岩20°倾斜桩,桩顶施加水平拉力,拉力方向与倾斜方向相反,测试4根模型桩的水平位移、应变片与土压力盒应变,获得桩身水平位移、弯矩、土抗力和p-y曲线特征随倾斜角和桩底约束条件的变化规律. 结果表明：1）桩顶水平受拉时,随着倾斜角的增加,负斜桩顶部水平位移逐渐增大,弯矩峰值随之增大,而土抗力峰值逐渐减小,土抗力峰值点位置逐渐降低,单桩的水平承载力随之降低,抗弯能力减小;2）随着桩底约束程度的提高,负斜桩顶部水平位移减小,桩身弯矩峰值、土抗力峰值减小,单桩水平承载力增大,抗弯能力增强;3）水平荷载作用下,本模型的负斜桩破坏模式为“转动+弯曲”,转动点位置随倾斜角的减小或桩底约束程度的提高而下降;4）0°～20°负斜主动桩p-y曲线可采用p/pub= α（y/y50） β进行拟合,倾斜角与桩底约束程度对α影响不大,倾斜角对β值变化幅度影响较小,β值变化幅度随桩底约束程度提高而降低.     

软粘土中水平荷载模型桩的试验研究

对水平静力荷载作用下软粘土中导管架海洋平台桩基的模型进行了试验研究.用多项式拟合法和加权残值法(WR)对试验数据进行处理,得到了土抗力的分布,并对两种方法进行了比较.将利用加权残值法得到的p-y曲线与API建议的软粘土p-y曲线进行了比较,并根据试验数据用折减系数法对API建议的软粘土p-y曲线进行了修正.研究结果表明,加权残值法比多项式拟合法得到的土抗力分布曲线更合理,试验软粘土的p-y曲线在泥面附近处低于API建议曲线,由修正的p-y曲线得到的模型桩的数值分析结果与试验值吻合较好.     

软粘土中水平荷载模型桩的试验研究

对水平静力荷载作用下软粘土中导管架海洋平台桩基的模型进行了试验研究。用多项式拟合法和加权残值法(WR)对试验数据进行处理,得到了土抗力的分布,并对两种方法进行了比较。将利用加权残值法得到的p-y曲线与API建议的软粘土p-y曲线进行了比较,并根据试验数据用折减系数法对API建议的软粘土p-y曲线进行了修正。研究结果表明,加权残值法比多项式拟合法得到的土抗力分布曲线更合理,试验软粘土的p-y曲线在泥面附近处低于API建议曲线,由修正的p-y曲线得到的模型桩的数值分析结果与试验值吻合较好。     

边坡段水平受荷桩桩前土抗力折减效应的模型试验研究

为解决由于边坡存在造成的土抗力折减问题,开展了黏性土中平地及不同边坡条件下的基桩水平加载室内模型对比试验.试验结果表明,两种工况下水平受荷桩的荷载变形曲线及内力变化规律基本一致,但位于坡体上的基桩的承载能力明显折减,而该折减效应与边坡角度及桩位于边坡的位置紧密相关.进一步量化分析了土抗力折减效应的影响因素,提出了折减效应与桩位于边坡的位置和边坡角度的定量关系.在此基础上,通过对坡体上极限土抗力和初始刚度的合理修正,建立了可考虑边坡处土抗力折减效应的水平受荷桩的p-y曲线计算公式.理论计算值与已有的试验结果的对比表明两者吻合较好.     

吸力式沉箱基础考虑土体流变效应的p-y曲线法

为了考虑土体流变效应对吸力式沉箱基础承载特性的影响,通过建立理想弹塑性p-y曲线法中土抗力系数与时间变量之间的关系,提出了一种考虑土体流变效应的吸力式沉箱基础长期性能分析方法.基于2组不同水平荷载作用下的长期模型试验,采用Matlab拟合土体参数试验数据,获得关于时间变量的理想弹塑性p-y曲线模型,并采用该方法对模型试验结果进行分析.结果表明:在长期模型试验中位移与土压力发展主要集中在试验前期,后期位移与土压力稳定需要更长时间,土体流变效应较为明显.理论计算值与实测值随时间变化规律类似,理论计算结果与试验结果相差8%左右,说明长期水平荷载下考虑时间因素的p-y曲线计算结果能较好地吻合试验值.     

无缝桥引板微型桩-土共同作用试验研究

利用MTS加载系统开展砂土中微型桩水平受荷室内足尺模型试验,对微型桩的桩身位移、桩身弯矩和桩周水平土抗力的分布进行研究,同时探讨了微型桩-土p-y曲线的特性.研究表明,桩身位移主要发生在桩顶下10倍桩径的范围,桩身弯矩主要集中在桩顶下15倍桩径的范围;采用双曲线模型拟合比抛物线模型拟合和双曲正切曲线模型拟合的p-y曲线精度更高.     

饱和砂土中桩基的振动台试验

确定地震荷栽作用下液化土层中桩的p-y特征参数,是客观评价此时桩水平承载特性的关键．通过饱和砂土中桩基的大型振动台试验,获得了不同相对密度砂层液化时的桩身弯矩和桩顶重物的加速度．根据试验结果,提出利用对静力p-y(p为相互作用力,y为相对位移)曲线进行折减,得到液化砂土中桩的水平承载特性的方法,进而应用非线性文克尔地基梁模型,计算了砂土液化时的桩身弯矩．若砂土的相对密度为20%～40%时,把静力p-y曲线折减为原来的0．1,作为液化砂土的p-y曲线．数值计算的桩身弯矩与试验结果比较一致．     

可液化地基处理前后单桩水平承载动力响应特征

为了研究可液化地基处理前后单桩水平承载动力响应问题,以宿迁金鹰工程可液化场地为依托,采用基于CPTU测试的p-y(土抗力桩挠度)曲线法,构建了单桩水平动力承载数值计算模型.分析了不同加载振幅和振动次数下的单桩水平循环加载特征,比较了可液化地基处理前后的单桩水平承载动力响应规律.结果表明:可液化地基处理后单桩水平动力承载能力增强,桩周土抗液化能力提升,桩身截面最大弯矩上移,桩顶荷载传递深度降低;在桩顶水平循环加载作用下,桩身变形和弯矩随加载振幅和振动次数的增加而增大;十字翼共振法处理可液化场地对提升桩基水平承载力具有显著效果.     

粘土中水平受荷桩基计算方法

对黏土中实测p-y(水平抗力-水平位移)曲线方法进行总结和计算,认为该方法对于试验桩基和弯矩拟合函数的依赖性强,且形式复杂,普适性差.选用简单的理想弹塑性p-y曲线模型,并采用m值和统一极限抗力作为模型参数,对黏土中的水平受荷桩进行分析.与Matlock实测p-y曲线模型进行对比分析,证明理想弹塑性模型适用于不同直径桩基,尤其是大直径桩的计算.通过实例对比分析,证明了该模型适用于不同土性的黏土场地中桩基的计算.     

嵌岩桩水平承载力地基反力Matlock法分析

嵌岩桩在海上风电、跨海大桥等结构中的应用十分广泛,但在嵌岩桩水平承载特性方面的研究仍有较多不足。弹性地基反力法中的m法在我国是用于计算水平承载桩承载力时应用最多的方法,但地基反力m法针对嵌岩桩缺少合理的取值方法。本文基于现场试验数据建立并验证有限差分数值模型,通过数值模拟与参数分析,研究了岩体力学参数和桩基参数等因素对桩岩相互作用的影响,提出了m法中地基反力系数比例系数的拟合计算公式。通过现场试验数据对文中提出的方法进行了验证,计算结果与实际情况较为相符,通过与其它方法比较,本文提出的修正m法相对非线性的p-y曲线法具有取值计算较为简便的优势。     

深厚软土地基细长PHC管桩水平荷载试验研究

通过珠海保税区深厚软土地基中两根细长PHC管桩的水平荷载试验,分析了深厚软土地基中PHC管桩在水平荷载作用下的受力特点.试验结果表明:细长PHC管桩能够抵抗水平荷载的作用;弹性长桩的下端可以看成嵌固于土中而不能转动,由逐渐发展的桩截面抗矩和土抗力来承担逐渐增大的水平荷载;弹性长桩的受力性质主要受上部土层的影响.根据试验结果计算出来的水平地基抗力比例系数m的值对该类工程地质的桩基设计具有一定的参考价值.文中还采用通用有限元软件ABAQUS对PHC管桩的水平承载特性进行了模拟,计算结果能满足精度要求.     

堆载下土体侧移及对邻桩作用的有限元分析

在分析堆载作用下土体侧向位移的基础上 ,采用有限元法对无桩条件下的自由场土体侧向位移以及设置桩基后的桩土相互作用进行了数值分析 ,讨论了土体弹性模量和泊松比对土体和桩基侧向变形的影响 .结果表明 ,邻近堆载的自由场土体侧向变形可近似为上部软土的抛物线形和下部硬土的倒三角分布模式 ,采用不同的土体本构模型 (弹性或弹塑性 ) ,桩基的变形规律随弹性模量、泊松比变化而不同     

大直径钻孔灌注桩群桩效应非线性分析

应用有限单元法应用程序对不同群桩效应系数下大直径钻孔灌注桩的群桩效应进行了较为深入系统的数值分析,提出了以群桩周边包络线范围内的桩身体积与土体体积(含桩体积)之比作为新的折减系数,并采用该系数对单桩p-y曲线进行折减后得到的群桩p-y曲线作为桩土横向作用模型,对大直径钻孔灌注桩的群桩效应进行非线性分析,比传统方法具有一定的优越性.实例证明了笔者给出的折减系数的可行性和简便性.     

冲刷条件下考虑软粘土应力历史的水平向受荷桩承载性能分析

冲刷会带走桥梁基础附近的土体导致桥梁承载力降低。大部分桥梁事故的发生都和冲刷有关,因此评估冲刷对桥梁安全性的影响格外重要。在实际的生产过程中,对桥梁桩基在冲刷条件下稳定性的评估往往是通过简单地移除桩基附近的土体得到的,但是忽略了剩余土体应力历史的改变。实际上,剩余土体在冲刷作用带走其上覆土体时经历了卸荷的过程,从而导致其超固结比增加。本文在使用p-y曲线理论分析水平向受荷桩时考虑了软粘土的应力历史。为了说明应力历史的影响,对传统的p-y曲线进行修正,计算不同冲刷深度下水平向受荷桩的响应,并通过一个案例来比较考虑和未考虑应力历史影响的计算结果。结果表明考虑了应力历史影响后极限土阻力会下降21.8-32.7%,忽略软粘土的应力历史将导致在设计冲刷条件下的水平向受荷桩时偏不保守。     

基于EAS单元的薄壁筒桩与土相互作用的有限元分析方法

用三维等参EAS单元描述混凝土薄壁筒桩的受力变形特性,用薄层接触面单元模拟桩与土体之间的相互作用,建立了由接触面约束内力和桩上作用荷载求解桩体内力的静力平衡方程,提出了考虑桩土相互作用的桩体有限元内力分析方法.对某工程薄壁筒桩在水平荷载作用下的桩体变形和内力进行了分析,并将分析结果与现场试验结果进行比较,验证了本文分析方法的正确性.