压灌桩桩土接触面微观结构特性模型试验研究

为探究钻孔压灌桩桩土接触面的微观结构特性,通过室内正交模型试验法,对不同水泥浆液压灌压力、水灰比、土体干密度和含水率下桩土接触面孔隙结构的扫描电镜(SEM)图像进行定性和定量分析,研究了桩土接触面的毛刺现象和孔隙微观结构参数随试验因素变化的规律.研究结果表明:毛刺现象客观存在且由桩土共同作用产生;压灌压力对试验影响最显著,干密度次之,水灰比和含水率影响较小;适当增大压灌压力和提高土体干密度可加强水泥浆液渗透及其三维网状水化产物的填充效果,降低桩土接触面土体孔隙率及孔隙数量,减弱孔隙定向性,并增加微观结构复杂程度,最终加强桩土相互作用效果及整体性,增大桩侧摩阻力.     

桩土接触面切向刚度数据拟合

为确定接触面参数的取值问题从而减小桩土体系中桩基与土体之间发生的相对滑移危害.引入摩尔-库仑和颗粒流理论,以桩土接触面粗糙程度作为切入点进行深入分析,确定可以作为切向刚度定量计算的影响因素.采用回归分析探究能够反映接触面切向刚度与影响因素关系的回归模型.建立切向刚度与两类影响因素之间的数学关系,通过Matlab数值分析软件,进行三维立体曲面拟合,从而得到接触面切向刚度变化规律及取值方法.以分析出接触面切向刚度对桩土体系工作性能的影响.     

基于扰动状态概念的桩-土接触面荷载传递模型

基于扰动状态概念(DSC),假定桩-土接触面单元中相对完整(RI)状态部分的抗剪强度服从线弹性理论,完全调整(FA)状态部分的抗剪强度服从理想塑性理论,进而建立桩-土接触面荷载传递模型.针对桩-土接触面进行了大型直剪试验,试验结果表明:桩-红黏土接触面剪切过程中,接触面表现出应变软化特性,且随着法向应力的增加,软化现象越明显;桩-粉质黏土接触面剪切过程中,接触面表现出轻微应变硬化特性.利用桩-土接触面荷载传递模型计算得到的剪切应力-剪切位移曲线(τ-s曲线)与直剪试验得到的τ-s曲线吻合较好,验证了基于DSC的桩-土接触面荷载传递模型具有较好的准确性与适用性.     

超长摩擦桩承载性状的有限元法

基于三维有限元法,探讨了超长摩擦桩的数值模拟方法,分析了桩土界面单元、地基土单元模型参数对数值计算结果的影响.计算分析结果表明,桩周薄单元和地基土单元的模型参数对超长摩擦桩承载性状的影响很大,若均采用邓肯-张E-ν模型,抗剪强度指标、密度对桩顶极限荷载影响显著,而模量参数主要影响荷载-沉降曲线的斜率及极限荷载时的桩顶沉降量.     

桩土接触面三轴模拟试验设备研究与应用

针对基坑开挖卸荷会导致桩基承载力损失和引起桩身拉力作用所带来的安全问题,研制了一套可控制复杂应力状态变化的桩土接触面三轴模拟试验仪.该试验仪采用三轴围压室的气压加载控制接触面法向应力,利用围压室顶部的双套活塞实现对顺接触面向土体应力状态和桩土接触面剪切加载的分别控制,通过设置土样上下表面孔压来控制接触面的渗流状态和有效应力变化.其测试系统可对接触面总摩擦阻力、桩土相对位移和土样分层变形进行量测,实现对复杂应力状态下的桩土接触面相互作用特性的研究.通过等向加卸载应力作用下的接触面试验验证了该试验仪的有效性.试验结果表明,桩土接触面的极限摩擦阻力和摩擦系数随着法向应力的增加而增大,土层的变形也随着法向应力的增加而变大.     

竖向荷载下桩：承台基础与土共同作用的弹塑性有限元分析

本文利用有限元分析方法对桩－承台基础与土共同作用进行了研究。采用修正剑桥模型，并在桩－与土的接触面上设置了古德曼接触面单元，通过计算研究与分析，论述了桩基础的共同作用分析中考虑土的弹塑性特性与接触面单元的必要性。     

竖向载荷作用下单桩接触面性能分析

在桩与土界面处设置Goodman接触单元来模拟桩与土的滑移变形和开裂，建立了单桩在竖向载荷作用下接触面应力和位移的关系公式。用三维有限元的方法，考虑了土体的非线性（Dmcker-Prager模型）力学性能，对模型桩进行了模拟计算分析，详细讨论了双曲线接触面本构关系的初始切向、法向刚度对桩顶位移及地表沉降的影响。对理论分析桩的载荷沉降提供了一种有益的参考。     

单桩分析的非线性方法

桩的荷载沉降特性的研究已受到工程界的普遍重视，研究认为桩土接触面处的非线性伴移特性在荷载传递机理方面起着非常重要的作用。桩土接触面处的非线性位移特性可由沿桩身的摩阻力的发挥程度来反映，然而目前单桩的研究工作大部分是有关单桩的线弹性特性，进而得到单桩的荷载位移之间关系的数值解及计算表格，本文提出一个分析桩基沉降的计算模型，在该计算模型中，用荷载位移传递函数来描述桩身摩阻力和桩身位移的非线性关系，并用桩端位移法计算桩的荷载沉降，基于本文所提出的荷载位移传递函数，本文研究了多层土中单桩的荷载位移特性。     

基于扰动状态概念的砂土-混凝土桩接触面荷载传递模型研究

基于扰动状态概念理论,考虑砂土密实度对扰动函数的影响,建立混凝土桩-砂土接触面荷载传递模型。用混凝土板表征桩侧粗糙度效应,采用大型直剪仪开展不同密实度的砂土-混凝土桩接触面力学行为的试验模拟,研究砂土密实度对混凝土桩-砂土接触面的力学特性的影响规律,分析接触面模型初始剪切系数、模型扰动参数(A和Z)对桩-砂土接触面荷载传递模型的作用机制。研究结果表明：1)混凝土桩-砂土接触面易呈现应变软化,在低法向应力条件下,混凝土桩-密砂接触面的应变软化程度最大。2)模型扰动参数Z在数值上近似等于孔隙比。模型扰动参数A越大,砂土与混凝土桩接触面的软化显著程度越大。参数A随着密实度增大而增大。随着法向应力增大,密砂的扰动参数A呈近似线性衰减,松砂和中密砂的扰动参数A近似呈双折线衰减。3)初始剪切系数k_s随着法向应力增大而增大,密实度越大,增速越快。4)基于扰动状态概念的桩-砂土接触面荷载传递模型可靠、参数的物理意义明确且易确定,能很好地表征桩-砂土接触面的应变软化及硬化等力学特征。     

考虑桩土接触面特性的水平受荷单桩数值分析

采用数值方法研究了桩土接触面特性对水平受荷桩受力特性的影响,并通过对工程实例的分析验证了计算方法的有效性.实例分析表明,设置接触面对于正确模拟桩土受力特性有较大影响.计算所得的桩身弯矩和位移曲线表明,水平受荷桩的入土深度有个临界值,桩身过长对提高水平承载力无明显作用.     

用接触面弹塑性损伤模型分析群桩基础

探讨了接触面弹塑性损伤模型在群桩基础响应分析中的适用性。建立了用于有限元分析的弹塑性损伤接触面单元。采用多种接触面模型及多组模型参数对单调和循环荷载作用下的群桩基础与地基相互作用进行了三维有限元分析。结果表明:弹塑性损伤单元能够合理地描述包括体应变及其与剪应变的耦合特性在内的接触面主要静动力学特性;接触面的力学特性对桩土相互作用分析有重要影响;Clough-Duncan模型和理想弹塑性模型不能反映接触面的体应变及其与剪应变耦合特性,算得的桩的响应与弹塑性损伤接触面单元差别较大。因此,使用弹塑性损伤接触面单元进行土体与结构物相互作用分析较为合理。     

部分外露摩擦管桩的扭转振动研究

将管桩下面土体视为虚土管桩,管桩与桩周土和桩芯土的扭转动力相互作用等效为动力扭转Winkler弹簧-阻尼器,建立了部分外露摩擦管桩的扭转振动模型.考虑土层边界条件,通过求解Bessel方程得到了桩周土和桩芯土对管桩的扭转作用,得到了动力扭转Winkler弹簧-阻尼器的刚度系数和阻尼系数.考虑虚土管桩、埋入部分管桩和外露部分管桩的连续性边界条件,运用初始参数法和传递矩阵法得到了部分外露摩擦管桩桩顶的扭转复刚度.通过数值算例分析和讨论了管桩几何参数、物理参数和土体物理参数对部分外露摩擦管桩扭转复刚度的影响.研究结果表明:管桩下面土层厚度对部分外露摩擦管桩扭转复刚度的影响较小,当埋入部分管桩的长度达到一定程度时,管桩底部约束条件对管桩扭转振动的影响很小;埋入部分管桩和外露部分管桩长度对部分外露摩擦管桩扭转振动的影响较大;部分外露摩擦管桩管壁过薄或桩芯土剪切模量较小时对管桩稳定不利;增大埋入部分管桩对应土层的剪切模量对提高部分外露摩擦管桩的稳定性有利.     

砼-土界面抗剪特性试验研究

利用改进的直剪装置对砂岩泥岩混合土料和不同粗糙表面的混凝土块进行直剪试验,观察土料变形特征,探究不同的界面粗糙度对砼-土界面剪切特性的影响。通过简化应力应变关系曲线的方法得出计算参数,利用峰值剪应力得出接触面抗剪性能,分析切向刚度系数k的意义。通过观察可以证实土体的基本变形阶段和破坏变形阶段的过程,即达到峰值剪应力前的基本变形过程,之后的破坏变形过程。结合试验现象对两个阶段的土体摩擦过程进行分析,即土体与结构物接触面的摩擦过程和土体与残余在结构物上的土体的摩擦过程。     

考虑结构表层粗糙度的混凝土桩-黏土界面剪切特性试验研究

为探讨结构物表层粗糙度对桩-土界面剪切特性的影响及其规律,基于砂纸规格及表面粗糙度指标的实测数据,构建砂纸规格与结构物表层粗糙度之间的指数化拟合模型,并得到相应的计算公式及参数。基于指数化拟合公式,利用不同规格砂纸模拟混凝土桩-黏土接触面处表层的粗糙度,采用ZJ型应变控制式直剪仪开展混凝土桩-黏土接触面直剪试验,定量分析粗糙度对混凝土桩-黏土界面剪切破坏、变形的影响。研究结果表明:混凝土桩-黏土接触面抗剪强度符合莫尔-库仑破坏准则,破坏形式表现为接触面剪切滑移破坏;在高法向应力作用下,接触面剪切破坏过程可分为"土体弹性剪切变形—接触面剪切滑移—土体弹塑性剪切变形"3个阶段;接触面抗剪强度随粗糙度的增加而呈幂函数关系增大,但随着法向应力的增大,粗糙度对抗剪强度的影响呈现减弱趋势,即粗糙度存在临界值。     

关于土与土工合成材料界面的试验研究

根据近几年来在土与土工合成材料界面摩擦特性研究方面取得的一些进展 ,特别是国外的研究进展 ,总结了关于试验设备、研究内容和方法以及取得的有规律性的成果 .对学术界有争议的问题进行了分析和讨论 ,为进一步的研究提出了看法 .土与土工合成材料接触面摩擦特性的试验研究工作对于我国土工合成材料的应用研究具有重要意义 ,有利于弄清土与土工合成材料之间相互作用的机理 ,同时为土工合成材料工程应用提供设计参数     

考虑时间效应的预制桩单桩极限承载力解析解

从饱和软土中沉入预制桩单桩引起的三维超静孔隙水压力的消散和桩周土的固结出发。结合桩土接触面的破坏形式，获得了考虑时间效应的单桩极限承载力的解析解，实现了对任意时刻单桩极限承载力的预测。分析了土体参数的变化对单桩极限承载力的影响，结果表明：桩的最终极限承载力增量随摩擦角的增大而增大；固结系数决定着桩的极限承载力在初期的发挥，但并不影响桩的最终极限承载力。计算结果与工程实际测量吻合较好。     

考虑薄层连接单元的桩-土-结构动力有限元分析

考虑土和结构物的动力相互作用时，两者之间的接触状态必然对基础和结构反应产生影响．通过假定桩土接触面薄层单元本构关系特征，人为地在两种不同材料交界面上引入一种位移间断面，并采用有限元方法将其位移及刚度反应到桩土子结构中．文中给出了桩-土-上部结构动力有限元平衡方程．计算分析表明，考虑薄层单元接触效应与假定桩土位移一致协调条件下所得的动力反应结果是有一定差异的     

大面积堆载作用下饱和土中的桩基工作性状

软粘土地基在大面积堆载作用下会产生大量沉降,并影响区域内桩基和邻近桩基的正常工作.采用有限元方法分别研究大面积堆载作用下负摩擦桩的受力与变形性状,并通过算例分析讨论了不同接触面对桩土沉降差、侧移以及桩身轴力的影响.现场试验的数值分析结果验证了本方法的有效性,并得到大面积堆载作用下土体沉降、桩身轴力和弯矩的变化规律,为计算与设计提供了依据.     

基于AMESim的振动沉桩系统的动力学仿真分析

通过AMESim软件建立了桩-土系统的动力学数值仿真模型,研究了振动沉桩过程中激振力频率和土质条件对桩-土系统的振动摩擦特性的影响.对比不同参数下沉桩位移、桩端阻力和桩侧摩擦力的变化曲线,得出激振力频率以及土质条件对沉桩效果的影响规律:激振频率越高,沉桩振幅越小;土的黏聚力越大,沉桩阻力初始值越大;土容重越大,沉桩阻力变化速率越快.从而获得摩擦力较小的激振频率区间,以提高土木建筑施工中桩-土系统的工作效率.     

基坑开挖对周边CFG桩复合地基力学性状的影响

利用有限元分析软件ANSYS建立了基坑开挖对群桩影响的有限元分析模型,并根据计算结果分析了基坑开挖深度对周边CFG桩复合地基的影响规律.考虑到桩土相互作用,建立了接触面.计算结果表明基坑开挖对中间桩的影响最大,同时也证明了采用接触面分析方法的合理性.