边坡影响的整体桥RC桩受力性能分析

为了研究边坡效应对整体桥桩-土相互作用的影响,开展了受边坡影响的钢筋混凝土(RC)桩-土相互作用拟静力试验研究及有限元扩展参数分析,讨论了边坡效应对RC桩-土体系受力性能的影响.结果表明：迎坡侧的滞回曲线饱满度弱于背坡侧,且随桩侧至坡顶距离的减小而降低,桩-土相互作用也随之减弱;当桩侧至坡顶距离由2倍桩径减小至0以及坡顶至桩侧距离2倍桩径时,迎坡侧的桩顶最大水平力分别减小15.0%和28.6%,桩侧最大土抗力分别减小18.2%和26.6%,桩身最大弯矩分别减小8.0%和16.9%;桩侧至坡顶距离为2倍桩径且边坡角度小于20°或桩侧至坡顶距离大于4倍桩径时,桩侧至坡顶距离和边坡角度对桩-土体系受力的影响均较小,可按无边坡影响的桩设计;朝背坡侧位移时,桩-土体系受力基本不受边坡效应影响;边坡土摩擦角对桩-土体系受力的影响显著,在工程中可优先采用摩擦角较小的黏土.     

斜坡基桩水平动力响应解析解

随着江河岸边斜坡地段的桩基础日益增多,斜坡基桩桩-土水平耦合振动问题也 日益受到重视.本文基于现有平地基桩水平动力响应理论,考虑斜坡效应,提出适用于斜坡基 桩水平动力响应解析解 .首先借助微分变换、亥姆霍兹分解和分离变量法等手段解耦土体三 维波动方程,并引入桩-土边界连续条件,求解了平地基桩的桩周土体水平动抗力;在此基础 上,引入折减因子考虑斜坡对临空面一侧土体抗力的弱化效应,并忽略一定深度范围内的浅 层土体提供的水平动抗力,推导出斜坡段基桩的桩周土体水平动抗力解析解.此外,利用Euler 梁模型推导斜坡段基桩自由段、入土段的水平振动控制方程,获得了基于传递矩阵法的基桩水 平动力响应解析解,包括基桩动力阻抗以及桩身内力和变形解析表达式;然后通过与已有平地 动力阻抗解析解,斜坡段基桩静力内力变形数值解进行对比,验证了本文解析解的合理性.     

高陡边坡桥梁基桩内力计算的幂级数解

基于施工或外部荷载造成的岩(土)坡体滑动现象,以滑动面为界,对山区高陡边坡桥梁基桩荷载进行合理简化:将桩顶处的上部荷载分解成竖向与横向荷载共同作用,桩后岩质边坡滑坡体推力按抛物线分布,而桩前岩(土)体抗力稳定段呈线性分布,滑动面以下地基比例系数k服从(mz C)的线性增长规律,在此基础上,计入桩顶P--效应的影响,采用矩阵计算方法,得到高陡边坡桥梁基桩内力分析计算的幂级数解。理论解与现场实测数据的对比结果表明,桩身弯矩的相对误差基本在15%以内,且最大弯矩的误差仅为6%,故基桩内力分析的幂级数解合理、可靠,可满足工程设计的需要。     

考虑P-Δ效应的陡坡段桥梁双桩结构受力分析

深入分析了陡坡段桥梁桩基受力的P-Δ效应形成机理.依据土压力理论与弹性地基梁理论,通过对坡体剩余下滑力和土体抗力的合理简化,建立了陡坡段桥梁双桩结构体系的桩土相互作用模型.在此基础上,导出不同特征桩段微分方程的幂级数解答,从而提出了一种可考虑P-Δ效应的陡坡段桥梁桩基受力计算方法.与文献算例对比分析表明了该方法的合理性.最后,对双桩结构内力与位移的影响因素及其敏感性进行了探讨,结果表明:前桩P-Δ效应的影响不容忽视,当桩顶荷载水平及地基抗力比例系数相同时,后桩桩身最大弯矩比前桩大,且最大弯矩作用面均位于边坡滑动面附近,陡坡上的桥梁桩基同样具有嵌固深度效应.     

考虑斜坡效应的桩柱式桥梁基桩稳定性分析

考虑坡面以下一定深度范围内地基抗力非线性分布模式,建立了基桩稳定性分析简化计算模型及桩-坡体系总势能方程.据此导得了斜坡段桩柱式桥梁基桩临界荷载与计算长度的能量法解答,并通过平地和斜坡两种不同情况下的室内模型试验验证理论计算方法的合理性.由此进行的参数分析表明:增大墩柱弹性模量或减小墩柱高度(高长比)均可提高基桩稳定性,当高长比取0.3~0.4时,基桩稳定性最佳;当边坡坡度在25°~35°范围内时,基桩稳定性受斜坡效应的影响较小,设计时应尽量将基桩设置在坡度小于35°的边坡上.斜坡段地基抗力比例系数m与坡度α之间的相互影响关系尚有待深入研究.     

基桩的临界屈曲模态跃迁

考虑桩侧土摩阻力和水平抗力,建立基桩在轴向压力作用下的平衡方程.通过假设桩侧土阻力沿桩长均匀分布,水平抗力为弹性地基模型,采用级数法对基桩的屈曲问题进行求解.通过数值算例,分析水平抗力沿桩长分别为均匀分布和线性分布的情形下,两端铰支基桩的稳定性问题,重点讨论基桩在桩侧土抗力和摩阻力作用下的临界模态跃迁的现象.结果表明,由于桩侧土水平抗力的存在,使得基桩的临界屈曲荷载不一定是一阶屈曲模态所对应的屈曲荷载值.     

考虑地震效应的阻滑桩加固土坡简化分析方法

利用拟静力概念,将塑性极限分析运动学定理与抗剪强度折减技术相结合,建立地震条件下土坡的极限平衡状态方程,以此确定土坡的屈服加速度系数与临界安全系数及相应的潜在破坏模式;进而对于在给定的荷载条件下不能满足抗震稳定性要求的土坡,考虑采用阻滑桩加固方式,根据桩侧有效土压力的合理分布模式导出极限平衡状态时桩侧抗力的解析式,以此进行土坡加固中阻滑桩的简化设计.通过一定的变动参数计算与对比分析,探讨了水平地震加速度系数对阻滑桩侧向极限抗力与最优加固位置的影响.研究表明:考虑地震效应的阻滑桩最优加固位置处于边坡坡脚处,因为较小的加固力就能使边坡达到设计的安全系数值;地震加速度系数对阻滑桩所需提供的加固力有明显影响,且地震加速度系数越高则影响越显著.     

应用于海洋工程中水平受荷桩特性分析的修正P-y曲线模型

水平受荷桩特性常采用API规范中的P-y曲线法进行分析,但是对于长期受循环荷载的海洋工程中的水平受荷桩来说静力计算结果往往偏小.为此,首先在API规范的基础上对其中的3个关键参数静止土压力系数K_0、投影角α和初始地基刚度K进行了重新定义和取值,并采用两个试验桩进行了验证,结果证明修正后的P-y曲线模型相对API规范模型和双曲线模型能更有效地预测单桩位移反应性状.同时,在静力分析基础上,针对Rosquo3t折减方法的不足,对其中影响系数a的取值进行了改进,将改进后的折减方法与修正后的P-y曲线模型相结合仍然对前述两个循环荷载作用下桩的水平受荷特性进行了分析,结果表明修正方法得到的计算结果和实测值吻合得很好.     

基于能量法的陡坡段桥梁基桩屈曲稳定性分析

考虑桩后坡体剩余下滑力的分布规律,以及桩前岩土体水平地基抗力弱化效应对基桩稳定性的影响,建立陡坡段桥梁基桩屈曲稳定分析计算模型。通过建立桩土体系的总势能方程,并运用能量法导得陡坡段桥梁基桩屈曲临界荷载和稳定计算长度解答。以实际工程基桩为例对影响基桩屈曲稳定性的桩身弹性模量、桩径、嵌固深度等因素进行参数分析。研究结果表明:本文计算结果与已有模型试验结果吻合较好,表明本文解答合理。基桩的埋入比、临界长径比及临界嵌固深度对其屈曲稳定性具有显著影响。     

现浇混凝土大直径管桩群桩水平土拱效应

目的为得到桩长、桩间距及荷载对水平土拱的影响,研究不同参数下模型水平向土拱大小及其随深度的变化.方法利用通用的分析软件FLAC3D及强度折减理论对PCC桩处理后的堆场进行研究,进而得出水平荷载作用下堆场的土拱效应及可能会发生的滑移面的状态.结果通过检测桩芯处与桩间土中心位置的位移变化,可以形象地反映群桩的水平土拱;一定条件下,缩短桩长、增加桩间距、增加荷载可使水平荷载作用下的PCC群桩水平土拱更明显.结论数值模拟可以有效地分析群桩土拱并计算其稳定系数,相对准确地显示潜在滑移面;堆场边坡最危险位置位于坡顶和坡面接近坡脚处.     

倾斜抗滑桩护坡承载特性试验研究

为充分探究倾斜抗滑桩护坡承载特性，弥补倾斜抗滑桩在相应试验研究方面的不足，采用模型试验方法，对倾斜与竖直抗滑桩支护结构的受力状态、坡顶沉降位移、桩身内力变化规律和桩后土压力进行测量对比分析。试验结果表明倾斜桩体桩后土压力随着桩体埋深的增加先增大后减小，其形态类似于抛物线型分布；桩体在同一位置不同加载荷载下，土压力值随着荷载的增大而增大，与竖直桩体相比其受力更加合理，更能充分发挥抗滑桩护坡作用。桩身弯矩形态近似呈“S“形分布，桩身弯矩随着桩体埋深的增加先增大，后出现弯矩重分布现象反向增大最后减小，在桩体埋深为35cm处，弯矩值出现重分布现象；桩体在同一位置不同加载荷载下，弯矩值随着荷载的增大而增大且桩顶处弯矩值大于桩底弯矩。倾斜比竖直桩体在相同状况下所受弯矩值明显小很多，即能承受更大的土体作用而不发生破环，从而使护坡效果明显增强，为在实际工程中采用与坡面大致垂直的抗滑桩比竖直抗滑桩能达到更好的护坡效果提供了理论指导。     

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.     

桩-土作用下桩间距及桩位对抗滑桩及土体力学特性的影响

为探究桩间距及桩位对桩-土作用下抗滑桩及土体力学特性的影响,以某边坡治理工程为例,采用ABAQUS对不同桩间距及桩位的桩-土有限元计算模型进行数值模拟,分析模型达到临界破坏时的抗滑桩桩身内力及土体力学特性的分布规律.结果表明,抗滑桩的弯矩、剪力与桩间距呈正相关,与桩位距坡脚水平距离呈负相关.其中,弯矩随深度的变化曲线呈"凸"形,剪力呈"S"形;两桩中轴线上土体的x、y方向应力分量的幅值变化随桩间距的增大而减小,间接反映出土拱效应强度不断被削弱;土体x方向的应力峰值受桩位的影响较小,其峰值出现在桩后约1m的位置;土体x方向的应力峰值出现的位置随桩间距的增大逐渐远离抗滑桩.     

开口与闭口管桩连续贯入机理的可视化模型试验研究

静压管桩连续贯入的动力响应不仅会引起土体的局部大变形,还会改变桩周土体的有效应力状态,从而影响自身的贯入阻力以及桩基承载力时效。现有研究更多关注的是沉桩后的承载变化,对于沉桩过程贯入机理的认识仍相对不足。为此,克服传统全模型试验不可视的局限,通过透明土可视化物理模型试验开展了开口与闭口管桩静压沉桩连续贯入全过程的对比试验,获得了开口与闭口管桩相同沉桩条件下的桩周土体的位移场。系统研究了两种形式下全时空域的桩周土体扰动变化规律及承载特性的发挥,并讨论了开口与闭口管桩贯入机理的差异性。试验结果表明：由于土塞效应渐进调动的原因导致开口与闭口管桩的挤土效应发挥机理存在较大差异,闭口管桩连续贯入引起的位移矢量场的模式主要以桩端放射状挤压土体运动为主,而开口管桩的位移矢量场则表现为管桩内部竖向位移最大、桩身两侧的扰动变形较小;贯入初期,开口管桩所调动的贯入阻力远小于闭口管桩,随着土塞程度的增大,土塞效应引起的开口管桩的土塞端阻对于总贯入阻力的贡献占比逐渐增大。     

基于有限元极限分析的桩基础荷载下边坡稳定性

为探讨桩基础荷载作用下边坡稳定性变化的一般规律，提出相应的稳定性系数计算方法. 首先，概述有限元极限分析方法，并引入某陡坡段桩基础工程实例，验证了该数值分析方法的合理性；其次，通过对桩顶水平荷载、黏聚力、桩坡相对位置等因素进行归一化处理，给出了不同工况时桩基础荷载下边坡稳定性系数计算方法，并将其以表格形式表示；然后，在探究桩基础荷载下边坡破坏模式的同时，引入荷载影响因子表征桩顶水平荷载对边坡稳定性系数的影响，并提出了桩基础荷载下边坡稳定性系数半理论半经验方法；最后，探讨了桩顶水平荷载、边坡坡比、内摩擦角、黏聚力及桩坡相对位置对边坡稳定性系数的影响. 结果表明边坡稳定性系数与内摩擦角及黏聚力正相关，与桩顶水平荷载负相关.以上分析可为陡坡段桥梁工程设计提供参考，具有一定的理论及工程应用价值.     

抗滑桩加固边坡的稳定性分析及最优桩位的确定

为合理分析抗滑桩加固后的边坡稳定性及确定最危险滑动面和最优桩位、桩长,基于有限元极限分析软件OptumG2建立抗滑桩加固前后的边坡数值模型,通过与已有研究中的边坡算例进行对比,验证了本文数值分析方法的合理性;然后,基于算例验证的对比结果,讨论了OptumG2的2种分析类型(重力乘数与强度折减)的区别并认为基于强度折减极限分析得出的安全系数偏于安全;最后,探讨了边坡坡度及抗剪强度(内摩擦角与粘聚力)对安全系数、最优桩位及桩长的影响,分析了抗滑桩加固后的最危险滑动面变化规律,根据参数分析结果拟合出安全系数公式,得出一些规律性的结论并总结了4种常见的滑动面形式及其形成条件,可为后续边坡稳定性分析理论研究提供参考,具有一定的理论及工程应用价值.     

边坡加固工程中抗滑桩间距的确定

考虑抗滑桩桩间土拱效应,以桩侧与边坡土体间的摩阻力及黏着力承担滑坡推力的静力平衡条件和土拱跨中与拱脚处截面的强度条件共同控制,建立了抗滑桩间距的计算公式.该公式适当考虑了滑坡推力分布的影响.工程实例表明,该抗滑桩间距计算公式的计算结果较为合理,具有一定的工程应用价值.     

静钻根植桩抗压抗拔承载性能试验研究

通过一组静钻根植桩的现场抗压抗拔静载试验,研究了抗压和抗拔状态下静钻根植桩的承载性能.对两根试桩的荷载位移曲线进行了比较分析,并采用有效应力法对试桩的极限侧摩阻力进行计算.试验结果表明:受桩周土体应力状态和桩身泊松效应影响,静钻根植抗拔桩的极限侧摩阻力小于抗压桩的极限侧摩阻力;抗拔桩侧摩阻力完全发挥时的桩顶位置值大于抗压桩侧摩阻力完全发挥时的桩顶位置值;采用有效应力法计算土层的极限侧摩阻力时,需要考虑土层的极限深度(或极限竖向有效应力),当土层深度超过极限值时,采用有效应力法计算土层的极限侧摩阻力需采用极限深度时对应的竖向有效应力值.     

基于土拱效应的耦合结构围桩间距分析

针对一种新型围桩-土耦合结构,从土拱效应出发,结合普氏及桩的绕流阻力理论进行结构内各相邻围桩桩间距分析,得出围桩间距的计算控制式,同时各围桩之间小土拱的存在,推导出结构的桩土耦合直径计算式,通过耦合直径与桩间距、土体参数、桩数的变化规律。研究表明:在黏性土介质为主的,中小型边坡工程,结构采用五或六边形布置,桩间距采用3~4倍围桩桩径是较为经济合理的,并能够实现最佳耦合效果,为耦合结构的工程应用奠定基础。