水平受荷倾斜群桩模型试验及受力机理研究

长期受水平荷载的工程涉及到倾斜桩的应用，其水平承载能力和桩周土体行为受到关注．设计了4组不同布桩方式的室内倾斜群桩水平加荷模型试验，针对6桩承台，对比分析了倾斜群桩的桩身位移、桩身内力及桩周土体变形，相较于群直桩，同向10°、对称10°和对称20°的倾斜群桩水平承载力分别提高了13.3%、28.3%和75.0%，桩顶最大水平位移依次减小了21.3%、35.6%和53.9%，倾斜群桩的桩身内力较小，侧摩阻力较大，桩顶土体水平位移最多减少了48.9%，桩底土体竖向位移最多减小了56.4%．建立了承台-倾斜群桩-土体在水平荷载作用下的精细化有限元模型，进一步分析了足尺条件下不同布桩方式倾斜群桩与土体的相互作用．直桩抵抗水平荷载的作用主要由土体沿桩身法向抗力提供，而倾斜群桩在水平荷载下产生较大的侧摩阻力，且斜桩侧摩阻力水平分量在抵抗水平荷载中发挥重要作用，对称20°倾斜群桩中侧摩阻力水平分量占比高达35%，所以其水平荷载能力更强，显著提高结构的抗侧刚度．承台与桩连接方式的改变没有影响其受力模式，刚接时桩顶存在负弯矩，更有利于减小桩身弯矩和桩顶位移．合理布置的倾斜群桩可以在水平荷载下发挥显著作用...     

地下连续墙-桩组合基础的水平承载性能

地下连续墙-桩组合基础是将地下连续墙与桩基础结合的一种新型变刚度基础形式。从设计理念上讲地下连续墙-桩组合基础具有较好的抵抗侧向变形的能力且兼具经济型,然而目前还缺乏从受力特性角度对该新型基础形式的受力机理进行系统的研究。基于开展的大比尺现场模型试验真实模拟新型组合基础在水平荷载下的受力,将试验和数值模拟结果对比得出基础的荷载与位移的变化规律。通过分析不同等级荷载下组合基础的变形特性,揭示基础的荷载传递规律,并对桩墙组合基础的水平承载力进行了初步近似计算。结果表明：水平荷载作用下组合基础出现整体倾斜破坏；墙身弯矩远大于桩身弯矩,桩墙弯矩随加载等级的递增而逐渐增大,且弯矩最大处位置与弯矩峰值位置不变；随埋深、荷载的增加,墙侧土压力呈现非线性变化,地连墙边侧土压力大于中间土压力,并且最大土压力出现在连续墙中下部。     

承台厚度不同对超长群桩的影响分析

承台-桩-土的相互作用使群桩基础的受力变形特性复杂,而超长桩由于桩身很长,加深了这种相互作用的复杂性。本文通过有限差分数值计算软件FLAC3D,对承台厚度不同的超长群桩基础进行了分析,结果表明,超长桩为低承台基础时,在承台顶荷载相同情况下,各桩轴力、桩侧摩阻力及桩顶沉降比高承台超长群桩基础的要小,表明采用低承台更有利于超长群桩基础受力。     

桩嵌入承台深度对桩水平承载力影响的室内模型试验

水平荷载作用下,桩与承台节点处往往承担较大的弯矩作用。本文基于室内带承台单桩模型试验,对桩顶嵌入承台不同深度的单桩-承台体系进行水平拟静力研究,并考虑了桩周土对桩体的约束作用。通过测试不同嵌固深度条件下桩身弯矩、桩顶位移随加载位移的变化,得出桩顶嵌入承台的深度对单桩-承台体系的水平受力性能具有明显的影响,嵌入深度大,有利于单桩水平承载力的提高。     

正断层作用下高承台群桩基础的破坏机制数值模拟

基于FLAC^3D有限差分软件,模拟正断层错动下高承台群桩基础的破坏过程,分析上覆砂土和群桩的相互作用,对比相同条件下1×3群桩和3×3群桩破坏机制的差异.计算结果表明:正断层错动作用下,1×3群桩的存在对土体破裂带的扩展影响较小,土体剪切带仍保持80°倾角向上发展,在地表形成一条陡降带,而3×3群桩则明显改变破裂带的发展轨迹,使得土体剪切带在中间基桩的桩端位置发生分叉,在地表形成两条陡降带;正断层错动使得群桩向上盘一侧倾斜,1×3群桩和3×3群桩的承台位移和倾斜没有明显差异,其数值计算结果和理论计算结果保持一致;基岩错动使得基桩间承担的竖向荷载发生重分布,中间基桩受拉,竖向荷载向两侧基桩转移;随着基岩错动量的增加,1×3群桩和3×3群桩具有相同的轴力和弯矩发展规律.     

承台刚性变化对群桩沉降的影响

以Mindlin解答和荷载传递法相结合的半解析法,并应用中厚板理论的广义有限单元,建立了群桩-承台体系共同作用的线性与非线性数值分析方法.该方法不仅考虑群桩的工作性状,同时可用于承台厚度变化对桩-土-承台体系工作性状的影响的分析.研究结果表明,本文建议的方法对土体线性及非线性情况下群桩沉降的性态预估令人满意.     

支盘群桩在复合荷载作用下的承载特性研究

针对输电线路铁塔基础同时承受竖向、水平荷载的特点,依托实际工程开展了1 000kV特高压铁塔2×2挤扩支盘群桩真型试验,得到其在下压-水平荷载工况下的荷载-位移关系、桩端及承台土压力变化规律;并通过ABAQUS有限元软件,分析了不同桩间距、水平与下压荷载的比值对支盘群桩承载性能的影响.结果表明:在达极限承载状态时,支盘端阻力与桩侧摩阻力共占极限承载力的79.86%,承台占19.6%,桩端阻力占0.84%.因水平荷载对群桩的二阶弯矩效应,使得前排基桩的桩端阻力、桩身轴力均大于后排桩;但对于等径群桩,这种现象并不明显,所以基于前排桩在承受单向下压荷载与复合荷载时的桩身轴力,提出考虑水平荷载作用下的抗压承载力调整系数计算公式.     

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。     

纵向和横向荷载下微倾单桩变形和内力的弹塑性解

为提高工程中桩身侧向变形较大时纵向和横向承载单桩的设计及计算水平,考虑桩身初始微倾斜及土体的弹塑性,采用矩阵计算法得到地基水平抗力系数为常数时桩身侧向变形和内力的解及桩身最大位移、最大弯矩及其所在位置的计算方法。研究结果表明:解的计算值与模型试验值较吻合;当桩顶自由时,桩身最大位移、最大弯矩及土体屈服后桩身最大弯矩距地面的距离均随桩身初始倾角的增大而增大;桩身初始微倾斜对桩身侧向响应的影响随纵向荷载的增大而增大;桩身最大位移、最大弯矩及桩身最大弯矩距地面的距离均随纵向荷载的增大而增大,且其变化速率随纵向荷载和桩身初始倾角的增大而增大,因此,土体的弹塑性、纵向荷载及桩身初始微倾斜等对桩身侧向响应的影响不容忽视。     

低承台小群桩共同作用诱发变形特征

基于弹性理论法的桩、土位移方程进行了部分改进,使其计算精度提高;利用改进后的位移方程用Digital Visual Fortran语言编写低承台小群桩共同作用分析程序,研究桩径、桩长、桩距、承台底基床系数对低承台小群桩的荷载-沉降关系的影响.研究结果表明:低承台小群桩的荷载-沉降关系呈缓变特征;基桩承载力及沉降量均比单桩的大,随着桩长、桩径、承台底基床系数的提高,群桩承载力及基桩承载力相应提高,但同时产生较大的沉降;桩数增加,群桩承载力及基桩承载力也相应增加,当桩群总体受荷相同时,若桩数较多,则群桩的沉降较小,但当基桩受荷相同时,若桩数较多,则群桩的沉降量增加.     

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%.     

竖向荷载作用下倾斜桩的承载力特性

针对桩身整体倾斜且无初始弯曲应力的倾斜桩,采用室内模型试验对竖向荷载作用下不同倾斜程度的桩进行了研究,发现模型桩在倾斜度不大于4%时,在相同的竖向荷载作用下倾斜桩的桩顶沉降比竖直桩小且倾斜桩的竖向承载力不比竖直桩低,但当倾斜度达到8%时,相同荷载下桩顶沉降大于竖直桩沉降且因桩身发生弯曲破坏导致加载终止.基于工程实例对桩身整体倾斜的单桩进行了数值分析,得出了与模型试验类似的结论.对特定土质条件和桩条件,存在着基于桩身倾斜度对桩顶沉降影响的沉降影响门槛值和基于桩身倾斜度对桩体破坏模式影响的破坏模式门槛值.当桩身倾斜度在沉降影响门槛值以内或以外时,在相同竖向荷载作用下倾斜桩的桩顶沉降分别小于竖直桩沉降或大于竖直桩沉降.当桩身倾斜度在破坏模式门槛值以内时,倾斜桩的竖向承载力主要由桩身侧阻和端阻决定,桩身弯矩不起控制作用;当倾斜度大于该门槛值时,在竖向荷载作用下倾斜桩的竖向承载力主要由桩体抗弯强度决定,随着竖向荷载的增大桩最终将发生弯曲破坏.土质条件、桩身刚度和强度、桩顶约束条件等均会影响门槛值大小.     

基于ANSYS的组合荷载作用下水平受荷桩的有限元分析

根据泰州市郊某一拟建工程中桩的水平静载试验数据,运用有限元分析软件ANSYS,对水平荷载单独作用下的单桩进行了三维有限元数值模拟与分析,并在此基础上对模型进行改进,研究了组合荷载作用下桩的工作性状。主要分析了水平荷载、轴向荷载、桩的抗弯刚度、桩径以及自由段桩长对桩身响应的影响。研究结果表明:桩身水平位移和弯矩随着水平荷载和轴向荷载的增加而增大,且当水平荷载较大时,轴向荷载作用引起的P–?效应(轴向荷载引起的附加位移)比较明显,其随自由段桩长的增加而增大,随抗弯刚度和桩径的增加而减小。     

强震作用下液化场地桩-土非线性动力相互作用特性

为研究强震作用下液化场地桩-土非线性动力相互作用特性,依托海文大桥实体工程,利用Midas/GTS有限元软件,建立了桩-土相互作用模型,分析了地震动峰值为0.35g时4种类型地震波作用下桩身加速度、桩身位移、桩身弯矩及剪力等动力响应,并根据计算结果对桩基在强震作用下的安全进行了评价.结果表明:在0～10 m的可液化粉细砂层,桩身加速度峰值迅速增加,并在桩顶处达到最大,桩顶加速度出现峰值的时刻与桩底相比均呈现滞后现象,最大滞后时间为2.14 s;不同类型地震波作用下,在可液化的粉细砂层,Kobe波产生的桩顶位移最大,El-Centro波次之,5010波产生的桩顶位移最小;桩身弯矩峰值均出现在液化层和非液化层分界处,桩身剪力峰值均出现在地下0～10 m的可液化土层之间,Kobe波作用时,桩身弯矩和剪力峰值均最大,El-Centro波次之,5010波最小;地震动强度为0.35g,5010、5002、El-Centro地震波作用时,桩身弯矩及剪力峰值均未超过桩身截面抗弯和抗剪承载力,Kobe地震波作用时,桩身弯矩峰值小于桩身截面抗弯承载力,而桩身剪力峰值超出桩身截面抗剪承载力的68.6％,桩基础桩身强度不满足抗震要求,建议增加桩基础纵向配筋.     

斜撑支护体系在深厚淤泥区域基坑中的应用

采用有限元分析方法,对佛山市某基坑支护工程施工工况进行模拟,分析开挖过程地表沉降、桩体水平位移及斜撑轴力的变化过程,并与现场监测数据进行对比,为斜撑基坑支护体系在深厚淤泥区的初步设计提供参考。通过单因素分析法,对斜撑斜率与斜撑间距进行了敏感性分析。结果表明:在深厚淤泥区,斜撑对基坑地表沉降的影响范围较为深远;在斜撑的作用下,桩顶水平位移增量得到了有效控制;斜撑在支护体系中承受压力作用,本工程中斜撑轴力最大值出现在本支护段最左侧,斜撑轴力最小值本支护段中间部位;在斜撑倾角增大的情况下,斜撑下方土体因为其距斜撑支撑点的距离更近,坑底隆起曲线有了明显的下降趋势;斜撑间距变化对坑底隆起的影响不大,但斜撑轴力受其影响较为明显,且两者间呈等斜率线性增长趋势。     

考虑时间效应的高回填场地不同桩顶荷载基桩受力特性分析

由于基桩在高回填场地的应用不可或缺,考虑在其使用过程中高回填土的蠕变特性对基桩力学特性的影响,利用有限差分软件FLAC3D,并考虑时间效应,对填土厚度为10m,桩径为1m,嵌岩深度为3m的基桩进行桩顶荷载分别为0、0.5MPa、1Mpa、2Mpa、3Mpa和5Mpa的数值模拟分析,得到不同桩顶荷载作用下基桩的受力和变形特征。研究结果表明：桩周填土沉降随时间呈现先加速增加后逐渐趋于平衡的趋势,不同桩顶荷载作用下桩顶位移随时间的变化速率滞后于桩周填土的沉降变形速率;在桩周填土蠕变初期,桩身最大内力加速发展,而桩端阻力在此段时期的增长并没有出现加速增长;随着填土蠕变进入中后期,桩端阻力加速发展,桩侧摩阻力向桩端阻力转移;待桩周填土蠕变稳定后,桩身最大轴力与桩顶荷载呈现正相关,但是桩身轴力附加值随桩顶荷载的增加而减小;增加桩顶荷载桩,桩端阻力及其附加值也随之增大。该研究可为高填土场地桩基的设计施工提供参考。     

倾斜荷载下基桩C法的幂级数解

在C法(地基系数沿深度呈抛物线形式增加)假设基础上,从弹性桩的基本微分方程出发,考虑P-Δ效应并计入桩侧摩阻力和桩身自质量,推导并得到了倾斜荷载作用下单层均质土中基桩内力及位移的幂级数解.利用该解答对某工程实例进行了分析计算,并与传统的m法计算结果进行比较.结果表明,基于C法的幂级数解计算所得基桩内力及位移规律与工程实际吻合,且基桩最大弯矩和地面水平位移较m法降低10%左右.