海上风机变径单桩基础水平承载特性数值分析

为研究海上风机变径单桩基础承载性能,通过有限元分析软件ABAQUS建立变径桩数值模型,开展变径单桩水平承载性能的数值模拟研究,分析其相对于通长单桩基础的承载性能优势,并针对变径段尺寸进行参数分析。结果表明：变径桩极限承载力较通长桩存在明显提高,相同水平荷载作用下,变径单桩基础桩身位移明显减小,其水平承载能力要优于通长桩基础;变径桩基础中底部桩径和变径段埋深高度对水平承载力影响较为明显,增大底部桩径与减小变径段埋深均能提升桩基的极限水平承载能力,但变径段长度对变径桩基础水平承载能力影响很小。可见变径单桩水平承载性能优于通长桩,研究成果可为深厚砂土地质下的海上风电单桩基础设计与结构优化提供参考依据。     

隧道开挖对既有受荷桩竖向承载特性的影响

目的研究黏土中隧道开挖对既有受荷单桩基础竖向承载特性的影响,分析桩基础竖向承载特性变化.方法采用位移控制有限元方法模拟隧道开挖对桩基础竖向承载特性的影响.结果隧道开挖导致既有桩基础发生显著沉降,但在不同初始荷载水平作用下,对单桩极限承载力最终值影响较小.轴力增量呈S型分布,在桩基础下部产生摩阻力,上部产生负摩阻力;桩端土体中超孔隙水压力在隧道开挖过程中逐渐增大.结论隧道开挖对既有受荷桩竖向承载力最终值影响不大,但是对桩身沉降影响很大.城市地铁隧道开挖对既有建筑桩基础承载特性影响的研究成果,为盾构施工后桩基础承载力分析提供参考.     

加装约束盘钢管桩水平承载特性数值分析

在传统钢管桩内加装约束盘（单孔、四孔）的单桩基础是一种新型的海上风机单桩钢管基础。为了掌握加装约束盘的桩基础水平承载性能的变化规律，通过自主设计加工的水平加载装置，对传统开口、闭口单桩基础及加装不同约束盘类型的新型单桩基础进行了一系列离心机模型试验，研究了不同桩型在极限状态下的水平承载特性。利用ABAQUS有限元分析软件进行数值建模，研究了新型单桩基础和传统单桩基础在水平荷载作用下的破坏模式，揭示了桩身旋转中心的变化规律。结果表明，加装约束盘的新型单桩基础在刚度和强度方面表现出较好的稳定性；相对传统的单桩基础加装约束盘之后基础的水平极限荷载有显著的提高。     

上砂下黏地基中竖向力-扭矩联合受荷单桩承载特性

为探讨上砂下黏地基中桩顶竖向力（N）与扭矩（T）联合作用下单桩基础的承载特性,基于室内模型试验,获得一系列 N-T联合作用时的桩顶荷载-位移曲线及桩身内力分布,并经无量纲化处理与曲线拟合,得到 N-T联合受荷单桩的承载力包络线及其简化计算公式;在此基础上,进一步采用ABAQUS对N-T联合受荷单桩进行数值模拟,获得桩身弹性模量Ep、长径比 L/D 及相对砂土层厚度 lu/L对桩身承载特性的影响规律 . 结果表明：相比于单一受荷, N-T联合作用会导致桩身竖向和扭转承载力明显降低,且施加N（或T）会引起桩身扭转角（或沉降）增大 . 通过数值分析还发现桩身变形主要发生在 0~0.6L范围;增大 L/D 和 lu/L可明显提高桩身承载力,而增大 Ep对提高桩身承载力的作用较小,故建议提高桩身承载力的优选措施是适当增加桩长或砂土层厚度;另外,上下土层分界面处会发生明显的应力突变.     

斜坡地形高露头挖孔桩水平承载特性试验研究

以某山区斜坡地形220 kv输电线路高露头挖孔桩基础水平荷载现场试验为例,研究斜坡地形高露头挖孔桩基础水平荷载作用下的桩土体系稳定性及承载机理.结果表明:由于斜坡地形边界条件对水平承载性能的影响,高露头挖孔桩基础因埋深有限、嵌固程度低、土体约束作用弱,在水平力和倾覆力矩作用下埋置于斜坡地基的高露头桩基础呈刚性短桩特性,可基于m法计算分析其桩土体系的水平承载特性;桩身水平位移是设计控制因素,基于桩身位移和桩侧土压力的m值计算方法与结果,能够较好地反映试验现象.该成果对斜坡地形高露头挖孔桩水平承载特性的工程设计有一定的参考价值和指导意义.     

水平力(H)-扭矩(T)组合受荷桩承载特性模型试验研究

为探讨单桩基础在桩顶水平力(H)-扭矩(T)组合作用下的承载特性,研制了H-T组合加载装置.通过室内砂箱模型对比试验,获得了8组H-T组合工况下的桩身内力变形与承载力结果.其表明:相比于单一水平受荷或受扭桩的极限承载力(Hu或Tu),两种荷载的不同大小组合与加载顺序(H→T或T→H)均会导致相应桩身承载力的减小,且H→T组合的影响要比T→H组合明显,如2Tu/3→T时桩身水平承载力减小约12.4%,而2 Hu/3→T组合下桩身扭转承载力减幅达48.5%,故工程设计时不宜基于叠加原理计算HT受荷桩的承载力.在此基础上,采用基于MATLAB编制的可考虑桩周土约束及H-T耦合效应的改进杆系有限元法计算程序求解了不同工况下的H-T组合受荷桩的桩顶扭转角及桩身扭矩与弯矩,并将计算结果与模型试验值进行了对比分析.     

超长单桩竖向承载力影响因素有限元分析

为了解超长单桩基础的承载性状,利用大型有限元分析软件ANSYS,对超长单桩的承载性状进行参数仿真分析。详细分析桩长、桩径、桩身弹性模量和土变形模量对超长桩基础的荷载-位移曲线的影响规律。研究得出:超长桩的长径比不应超过80,桩身弹性模量和土体变形模量的增加都会提高超长单桩的竖向承载力。     

海上风机复合式单桩基础载荷传递机理研究

随着海上风电产业的快速发展，对于近海及潮间带海上风能的开发与利用逐渐趋于饱和．海上风力发电机的建造逐渐呈现由近海到远海，由浅水到深水的发展趋势，由此将带来更加严峻的海洋环境荷载．传统使用的单桩基础一般仅适用于浅海区域，其直径随着建造水深的增加迅速增加，由此带来高昂的建造以及施工成本使其无法适用于深海环境．借鉴带有稳定平台的可嵌入式挡土墙的设计理念，提出一种可用于海上风力发电机的新型复合式单桩基础，其一般由单桩和重力盘组成．复合式单桩基础在单桩和重力盘协同承载作用下，承载性能大大提升，具有更为广阔的发展前景．为了充分掌握这种新型基础形式的承载特性，首先开展了一系列离心机试验，研究其在砂土中的水平承载响应．基于离心机试验的高质量验证，利用ABAQUS有限元分析软件建立数值模型，研究单桩与重力盘之间的连接方式对整体水平承载响应的影响．基于复合式单桩基础与土体之间的相互作用机理，深入研究了单桩与重力盘在不同连接方式下的破坏机理．研究表明，单桩与重力盘摩擦连接时，两者之间的摩擦系数对整体承载性能的影响可以忽略．单桩与重力盘光滑连接时会产生“阻替”现象，即两者之间缺失的摩阻力被支持力所代替．但是，...     

非匀质土中单桩横向非线性静力响应三维有限元模拟

以通用有限元软件ANSYS为平台,建立了非匀质土中水平受荷单桩非线性三维有限元模型.通过与Satio的原位试验实测值比较,证明了本文模型可较真实的反映水平荷载作用下桩一土相互作用体系的力学响应.并进一步研究了各土层土体性质对水平受荷单桩工作性状的影响,计算结果对水平受荷桩基础研究与设计有一定的参考价值.     

斜坡桩基水平承载变形特性试验研究

利用自行研制的地基基础模型试验装置,通过埋置不同临坡距的模型桩,采用单桩水平加卸载试验方法,研究了临坡距对桩身变形及承载力的影响。研究成果表明:在水平推力较小时,每级荷载下的循环加卸载具有很好的重复性,说明桩身及其周围土体变形为弹性变形。在水平推力较大时,每级荷载下的单循环加卸载重复性较差,存在残余变形,说明桩身周围土体存在塑性变形;同时桩身应变随着临坡距的增加而减小。临坡距对斜坡输电塔桩基础的水平承载性能有较大影响,临坡距离较大时,水平临界荷载和极限承载力均较大;在桩径和桩长不变的情况下,通过加大临坡距离,可有效提高水平承载能力。     

包裹碎石桩在粉质黏土地基中的承载特性研究

为了探究包裹碎石桩对粉质粘土地基的加固效果,本文基于模型试验和数值模拟方法,对包裹碎石桩与传统碎石桩复合地基承载力特性进行了研究,并分析了碎石模量、碎石内摩擦角和土工格栅刚度等参数对包裹碎石桩复合地基承载及变形的影响。结果表明：传统碎石桩复合地基在荷载小于20kPa时,沉降增大不明显。当荷载大于30kPa时,沉降迅速增大,复合地基失稳破坏;在一定的粒径范围内,相同级配下,碎石粒径越大,碎石桩整体变形越小,承载能力越高;包裹碎石桩的碎石模量在高应力状况下,对复合地基沉降的影响效果较为明显。当桩土模量比大于30时,其对复合地基的沉降影响逐渐减弱;增大碎石内摩擦角能有效增大桩土应力比,并提高桩身应力传递效率。随着内摩擦角的增大,复合地基的沉降逐渐减小,在高荷载水平下,其影响效果更加明显;土工格栅的包裹能减少复合地基沉降,但影响程度有限,当包裹刚度J>1000kN/m时,对沉降的影响逐渐减弱。     

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—竖向耦合荷载下单桩承载性状数值分析

为了研究单桩基础在水平—竖向耦合荷载下的承载性状,以工程实例为基础,通过数值计算的手段建立了均质海相软黏土层中单桩受耦合荷载的计算模型,研究均质土层中竖向与水平耦合荷载作用下单桩的承载力、变形特点。结果表明：当施加的水平力未超过临界荷载,水平力的施加对单桩竖向承载力无影响;当施加的水平力超过临界荷载,水平力的施加对单桩竖向承载力有着不利的影响;水平力的施加延缓了竖向抗拔承载力破坏点的出现,且随着施加的水平力的增大,抗拔极限破坏点出现得越晚,水平力的施加提高了单桩抗拔承载力;预先施加竖向力会减小水平力产生的桩顶水平位移,提高单桩水平承载力;且存在一个最优的竖向荷载,使得桩顶水平位移最小,桩身弯矩最小。     

水泥土搅拌桩复合地基承载特性现场试验

为探究水泥土搅拌桩及水泥土搅拌桩复合地基的承载性能,对青岛某厂区的6根水泥土搅拌桩单桩及2组3桩水泥土搅拌桩复合地基进行竖向抗压静载荷试验,并采用修正双曲线模型预测单桩和复合地基的极限承载力。试验结果表明:6根单桩及2组复合地基均未加载到破坏,其Q-s曲线均为缓变形,桩端持力层为全风化花岗岩的水泥土桩桩顶回弹量较大,弹性工作特征明显;桩端持力层为中砂层的水泥土桩桩身弹性工作特征不显著。经推算水泥土搅拌桩单桩承载力发挥系数为0. 88,符合《建筑地基处理技术规范》(JGJ 79—2012)中水泥土桩承载力发挥系数的取值范围。经工程实例验证,修正双曲线函数能够精准预测水泥土单桩和复合地基的极限承载力,对于确定本试验中水泥土单桩和复合地基的极限承载力可信度较高。研究成果可为类似的复合地基的设计、施工与检测提供借鉴和参考。     

复合地基承载力计算方法的改进及工程意义

中华人民共和国行业标准《建筑地基处理技术规范》JGJ79—2012已于2013年6月1日施行,与2002版相比,新版规范时复合地基承载力设计计算公式进行了较大的调整．主要表现在,复合地基承栽力应力复合计算式中单桩承载力需要进行折减,桩间土的承载力发挥系数可达1．0．通过对复合地基承载力设计理论和工程实例的分析,研究了新版规范复合地基承载力计算方法变化的理论依据,分析了产生的工程价值．结果表明：当桩间土承载力发挥系数取1．0时,增强体单桩承载力发挥系数可以根据复合地基桩间距、单桩承载力、复合地基承栽力等设计参数、地基土条件等进行估算;新版规范客观上对复合地基增强体施工质量提出了更高的要求,对保证复合地基工程质量有利．     

建筑垃圾复合地基的试验与数值仿真分析

为研究建筑垃圾复合地基的承载性能,自制大型固结仪对某工程中利用建筑垃圾进行路基处理的土样、单桩及复合地基进行室内压缩试验,并通过工程现场静载试验对其承载力进行检测,利用有限元软件对不同桩径、桩长、弹性模量的建筑垃圾复合地基进行数值模拟.结果表明:建筑垃圾复合地基能显著提高软弱土路基的压缩模量,提高其承载力;增大建筑垃圾散体材料桩桩径可以显著提高路基承载力,减小路基沉降;改变桩长及桩身模量对提高软弱土路基承载力和降低路基沉降的效果并不明显.因此,建筑垃圾复合地基可以应用于软土路基处理中.     

刚性桩复合地基负摩阻区深度的一种计算方法

根据刚性桩复合地基桩身的受力特性,从其变形模式出发,利用Bjerrum公式,推导了考虑桩-土-垫层相互作用时负摩阻区深度l0的计算方法.与实测数据对比,验证了该算法的可行性.参数分析表明,当桩身的弹性模量Ep大于某一数值时,桩土应力比n与l0曲线变化已趋稳定,此时提高桩体强度对复合地基承载力的影响不显著;而置换率的合理...     

CFG桩复合地基承载特性的试验及数值分析

CFG桩由于桩身模量较高,地基处理效果较好,已经被广泛应用于工程实践中.利用载荷板试验,对CFG桩的单桩、桩间土以及复合地基的承载力特性进行了全面讨论,并阐述了CFG桩复合地基的承载力机理.基于复合地基载荷板试验,建立了轴对称有限元分析模型,讨论了CFG桩的荷载传递规律以及置换率和桩长对于CFG桩复合地基承载力的影响.     

软土地区长螺旋钻孔压灌桩试验研究

给出了软土地区70根长螺旋钻孔压灌粉煤灰混凝土桩的单桩静载荷试验结果，由此得到软土地区长螺旋钻孔压灌混凝土桩桩侧阻和桩端阻的取值方法。介绍了8组不同大小压板下粉煤灰混凝土桩复合地基静载荷试验和2组粉煤灰混凝土桩单桩静载荷试验结果，根据带垫层刚性桩复合地基的承载特性，提出了软土地区粉煤灰混凝土复合地基承载力计算公式。