高频振动沉桩的离散元模拟分析

应用平面颗粒离散元软件PFC2D对高频振动沉桩过程进行数值模拟分析,在细观颗粒运动层面上研究高频振动沉桩的机理,得到了桩侧摩阻力的分布变化规律,分析了贯入深度和贯入速率随时间变化规律,提出了"贯入平台期"的概念,并从能量传递和能量平衡角度分析了出现的原因,研究总结了桩周土颗粒的运动规律。结果表明:贯入度一定时,侧摩阻力随深度增加,到一定深度趋于定值;贯入度变化时,同一深度处侧摩阻力随最终贯入度增加而退化。高频振动沉桩贯入速度快,最大贯入速率能达到0.38 m/s,其中贯入平台期的出现是由于振动锤系统传递到桩的能量不足以克服贯入阻力并引起土颗粒共振。高频振动沉桩引起桩周土颗粒运动按区域分布各有特点。     

预制桩施工残余应力分布规律及其对抗拔承载特性的影响

预制桩沉桩施工阶段形成的桩身残余应力对抗拔桩的工作性状有影响。模型试验观测了5根不同型号的实心方桩在粉细砂地基中压桩时施工残余应力、拔桩时桩身轴力及桩端吸力。结果表明:贯入深度越大,桩身残余应力积累效应越明显,单位贯入度对应的残余应力最大值增长幅度与桩身截面尺寸,桩端深度均有关;拔桩初期,桩身内存在拉、压轴力分界面,伴随荷载水平提高,分界面逐渐下移,直至最终消失;拔桩后期,桩端以下形成空穴,产生桩端吸力,桩底土层越密实,该现象越明显;在考虑施工残余应力的基础上,提出了抗拔桩承载力计算方法,并和实测结果进行对比。     

高频振动沉桩对人的环境影响

为研究高频振动沉桩对人的影响,依托云南省昆明滇池国际会展中心4号地块项目钢管桩高频振动沉桩工程实例,通过勘察,室内土工试验,基于Midas GTS NX建立三维有限元模型.从激振频率、偏心距和土层情况3个方面入手,对高频振动沉桩对人的环境影响进行研究.研究结果表明:针对普通振动锤,振动沉桩对人的环境影响随着激振频率的增大而增大;针对无级调频调矩振动锤,振动沉桩对人的环境影响随着激振频率的增大而减小;在满足工程要求的情况下减小振动锤的偏心距,有利于减小振动沉桩对人的影响;钢管桩振动沉桩在泥炭质土中施工对人的环境影响最大.最后,提出一种能有效降低振动沉桩对周边人的环境影响方案.     

基于光纤传感技术静压PHC管桩贯入过程试验

为探讨桩端阻力和桩侧摩阻力对静压桩贯入机制的影响以及贯入过程中的荷载传递规律,通过在桩身埋设光纤光栅(FBG)传感器,对足尺闭口PHC管桩静力压入层状土地基的沉桩过程进行监测.试验结果表明:光纤光栅传感器的稳定性好、抗干扰性强,对桩身应力的监测效果较好;压桩力的变化规律基本反映了土层的分布情况,桩端土层的软硬程度制约着压桩力的变化;桩端由黏土层进入到粉土层时,压桩力平均增加2.5倍,桩侧摩阻力平均增加1.7倍且占沉桩阻力的44.99%;桩端阻力受桩端土性的影响较大,粉土层的桩端阻力约为黏土层的2倍且占沉桩阻力的59.84%;桩端由硬土层进入软土层时,需考虑沉桩速度和桩身表面切向力对桩侧摩阻力的影响;在沉桩过程中,随着贯入深度的增加,同一标高处桩侧水平应力逐渐释放,桩侧摩阻力不断减小且其退化现象明显.     

黏土中静压沉桩离心模型

采用西澳大学室内鼓轮式离心机,在预先固结的高岭黏土中开展不同离心力场(50g,125g及250g,g为重力加速度)条件下的模型压桩试验、T-bar试验和静力触探试验,分析了模型桩在贯入过程、静置稳定过程中桩身径向应力(σr)的变化规律,并对后期桩体拉伸载荷阶段的径向应力变化值(△σr)及桩侧摩阻力变化情况行了探讨,揭示了在不同超固结比(OCRs)黏土中静压桩侧摩阻力的演变特性.在此基础上,通过两种经验公式方法对桩侧摩承载力进行了预测计算和对比分析.研究结果表明:沉桩过程中桩端相对高度(h/B)对桩身径向应力的发展变化有很大的影响,桩身不同位置(h/B)的总径向应力对同一贯入深度而言,存在桩侧径向应力退化现象;基于静力触探试验提出的经验方法,能有效考虑静力触探锥端阻力(qt)和桩端相对高度(h/B)因素的影响,将其应用于黏土沉桩时桩侧摩阻力的预测,可取得与试验实测结果较吻合的结果.研究成果对软土地区静压桩施工与承载力设计具有一定的工程指导意义.     

高频液压振动沉桩的颗粒离散元分析

采用颗粒离散元方法,分析在高频振动沉桩过程中对桩贯入深度的影响因素,研究在桩贯入不同深度时桩周砂土速度场、接触应力场的变化及整桩贯入后不同砂土深度的孔隙率值.数值模拟结果表明,提高桩的静定荷载和激振频率能提高桩的贯入深度.桩周砂土速度场和应力场变化揭示了桩侧摩阻力作用机理和表层土体的隆起现象.随着桩的贯入,桩周砂土的接...     

基于ABAQUS的大直径钢管桩高频振动贯入速率有限元分析

为研究大直径钢管桩振动贯入速率,利用ABAQUS有限元软件建立钢管桩振动贯入全过程的有限元模型,对贯入速率、贯入阻力及静载力与动载力比值影响因素进行分析。结果表明:管侧土体剪应力-剪应变滞回曲线为典型的"香蕉"形,每个循环的滞回曲线均由2个剪胀阶段和2个剪缩阶段组成;管端土体轴向应力-剪应变滞回曲线为典型的"镰刀"形,管端土体经历2个显著的压缩阶段和拉伸阶段;管桩高频振动贯入过程可分为缓慢和快速贯入2阶段;采用高频振动锤贯入管桩时,应考虑到静态荷载与动力荷载幅值的耦合关系。     

振动沉桩过程“跳机”现象动力学特性

为了找出振动桩锤在沉桩作业过程中产生“跳机”现象的根本原因,从而采取有效措施解决“跳机”这一工程实际问题,从非线性振动力学的角度出发,建立二自由度分段非线性振动桩-土动力学模型,基于数值积分方法,采用四阶龙格-库塔法运算程序进行数值仿真,研究激振频率、地基土的刚度、激振器上下层偏心块的相位差对振动沉桩动力学特性的影响.结果表明:引起桩端与土有脱离的因素主要是激振力和地基土的刚度,激振力和地基土的刚度越大,则桩端与土脱离的程度越严重;当桩端与土没有脱离时,桩和机架的振动频率与激振频率相等,而在桩端与土有脱离时,机架的振动频率将小于激振频率,桩的振动频率也略有降低,当机架频率降低至一定范围时就会出现“跳机”现象.消除“跳机”现象的措施主要是减小激振力,可以通过适当降低激振频率、减小偏心力矩、增大激振器上下层偏心块相位差的方法实现.     

振动桩锤沉桩过程液化特性和贯入度数值分析

以液压振动桩锤和地基土为研究对象,运用有限元差分软件FLAC3D的流固耦合动力时程分析模块,采用Finn液化本构关系建立了桩土相互作用液化数值分析模型,利用内置FISH函数,对已有的变量进行计算,引入超孔压比描述地基土液化情况,模拟地基土振动液化沉桩过程.分析了振动频率、静载荷和弹性模量对桩贯入度和液化特性的影响.研究...     

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。     

沉桩方法对预制桩施工残余应力的影响

沉桩方法显著影响预制桩的施工残余应力,为此通过计算模拟对此进行研究．计算模型采用桩一土理想弹塑性荷载传递关系及残余摩阻力折线型分布假定,通过对预制桩沉贯和回弹过程进行能量分析,建立了施工全过程能量平衡方程．以沉桩循环为纽带建立桩侧摩阻力的退化模式,实现不同沉桩方法下残余应力分布的模拟．分析结果显示,沉桩循环越多桩身残余应力越小,桩端残余应力随总沉桩循环次数的增加呈指数型衰减．模拟分析结果与实测数据较为吻合．     

近距侧穿高铁桥桩盾构施工影响规律及加固措施

依托西安地铁14号线盾构侧穿大西高速铁路特大桥群桩基础工程,采用三维有限元数值模拟、结合现场监测,对盾构施工近距离穿越超长群桩的影响及加固方案进行了研究。研究结果表明：盾构施工过程引的起前排桩桩体位移变化大于后排桩,竖向位移均为负值,且桩底沉降均大于桩顶,水平位移变化主要在隧道所在深度及以上区域,桩体最大弯矩和轴力均出现在隧道拱顶对应位置;无隔断、加固措施的工况下,桥台沉降最大值为4.19 mm,超过控制指标;提出的三种加固方案效果呈现以下规律：袖阀管注浆加固<钻孔灌注桩隔断<注浆+隔断桩+钢横撑综合加固,采用综合加固方案对桩身位移、内力优化效果最优,水平、竖向位移及轴力、弯矩分别减小65%、20%、80%、50%,并且桥台沉降最大值为1.47 mm,满足控制指标。     

斜坡段桥梁基桩受力与变形分析的传递矩阵法

根据斜坡段桥梁基桩的水平承载特性,建立了考虑斜坡效应的桩-土相互作用模型及挠曲微分方程;基于m法和传递矩阵法,推导了桩身内力与位移分析的传递矩阵解答;通过模型试验,测得了黏土和砂土斜坡地基比例系数,拟合得到了斜坡地基比例系数与坡度间的关系式,验证了理论解答的合理性;以某工程实例为基础,分析了斜坡坡度和桩顶水平荷载对斜坡基桩受力与变形的影响.研究表明：斜坡地基比例系数随桩土交界面处桩身水平位移增大而呈非线性关系减小;黏土和砂土斜坡地基比例系数均随斜坡坡度增加而减小;基桩桩顶水平位移和桩身最大弯矩均随斜坡坡度和桩顶水平荷载增加而增大;当斜坡坡度由0°增加至60°时,桩顶水平位移约增大86.4%,桩身最大弯矩约增大4.6%,桩身最大弯矩位置约下移2.0 m;桩顶水平荷载每增加50 kN,桩顶水平位移平均增大48.5%,桩身最大弯矩平均增大41.6%.     

深基坑桩锚支护的数值模拟

对利用FLAC3D进行深基坑数值模拟时经常遇到的一个关键而又常被忽视的结构单元连接问题进行了详细探讨,阐述了结构单元的连接方法、种类与性质,利用结构单元连接理论对某一采用桩锚联合支护的深基坑开挖工程进行了模拟分析,研究了桩的最大水平位移、弯矩、内力以及锚杆轴力、附近建筑物基础底面沉降随施工过程的变化规律。指出桩的最大水平位移并不是发生在桩顶处,而是在基坑开挖到的位置附近;桩的弯矩在整个桩长范围内正负交替出现;桩的受力主要为压力,而且最大值也是出现在基坑开挖到的位置附近;锚杆轴力在端部最大,然后逐渐减小,在尾部几乎为零;附近建筑物基础在靠近基坑一端有被抬升的趋势,而另一端则有下降的趋势。     

高频振动沉桩施工对周边环境的影响

从振动桩锤、桩体和土层情况3个方面入手, 系统分析了高频振动沉桩施工对周边环境影响的作用机理. 首先建立振动沉桩三维有限元模型, 实现对沉桩全过程的再现分析; 然后验证模型的正确性, 并对模型进行变参数分析. 研究表明: 桩锤激振频率越高, 沉桩对环境影响越小; 桩锤静载力和桩径越大, 沉桩对环境影响越大; 砂质土场地比黏土场地更易受振动沉桩影响, 且土质越硬, 沉桩产生的环境影响越严重. 最后, 根据参数分析结果提出了减小沉桩施工影响的工程措施.     

坑外偏压荷载作用下既有深基坑支护结构性状分析

针对既有深基坑坑外通常存在临时堆载的情况,依托某建筑物地下室深基坑工程,运用ABAQUS有限元数值建模并结合实测数据,分析了坑外偏压荷载大小、荷载位置及荷载分布宽度对既有深基坑支护结构受力和变形的影响。研究结果表明:坑外偏压荷载大小不同情况下基坑两侧支护结构水平位移和弯矩差异较大,左侧(有荷载侧)桩体的水平位移大于右侧(无荷载侧),并且右侧桩体会发生逆向位移;左侧桩体最大弯矩随着荷载的增大而增加,右侧桩体最大弯矩呈减小的趋势;荷载位置对左侧桩体影响较大,而对右侧桩体影响较小,并且坑外荷载距基坑越远对既有深基坑支护结构影响越小;左侧桩体水平位移和最大弯矩随着荷载分布宽度增加而逐渐增大,而右侧桩体水平位移在减小且其最大弯矩略有增加;在对深基坑进行设计时,需要考虑坑外荷载的影响。     

超长桩施工中桩身稳定性的三维非线性有限元分析

随着海洋油、气开发活动逐渐由近海向深海发展，出现了大直径、超长、深贯入的打入桩，打桩施工中采用的桩锤也随之加重．由于桩的直径大，桩壁薄，在打桩施工前或施工中更换桩锤时，伸出海底面的接桩段在自重、锤重和环境荷载的共同作用下容易产生失稳破坏．借助三维有限元分析方法，考虑桩身变形的几何非线性特性，对实际工程进行了桩的自由站立稳定性模拟分析．研究了线性算法与非线性算法在结果上的差异，并对不同的桩身倾斜度、自由站立长度以及桩顶作用水平荷载等工况进行对比分析，总结规律性。研究结果表明，线弹性算法的计算结果偏于危险，桩身倾斜度、自由站立长度以及水平荷载的大小对桩的自由站立稳定性均有较大的影响．     

FBG传感器在PHC管桩水平载荷试验中的应用

介绍了FBG传感器的优点,并说明了FBG传感器在PHC管桩中的安装工艺.结合实际工程,依据PHC管桩水平静载荷试验的监测结果,分析了PHC管桩桩身内力与变形的分布规律:在地面处,桩身弯矩接近于零,随着深度的增加,桩身弯矩呈现先增加后减小的趋势,其最大值在地面以下(1/12~1/6)桩长范围内发生,其弯曲变形主要发生在桩体上部1/3桩长范围,而距地面1/3桩长以下桩体几乎不发生弯曲变形;桩身挠度随深度的增加逐渐减小,最终减至零;水平荷载对桩身弯矩及挠度均有显著的影响.通过实验数据与理论计算结果的对比,可知FBG传感器测试数据精确、可靠,可较好的应用于PHC管桩的水平静载荷试验.