变截面桩水平承载规律研究

基于变截面桩水平承载计算理论,考虑不同异化深度、有效截面面积等因素,对变截面空心方桩、变截面管桩和变截面加翼管桩这3种类型变截面桩在淤泥质土中的承载性状进行了规律性研究,结果表明:变截面桩桩顶位移均随异化深度的增大而非线性减小,减小速率先增大后趋缓;桩身最大弯矩随异化深度的增大均呈先减小后增大的趋势,当异化深度为(3~4)d时桩身最大弯矩值最小;变截面桩的水平承载力均随异化深度增大而非线性增大,异化深度小于7d时变截面加翼管桩的承载力较其他2种变截面桩有明显优势,异化深度大于7d后则开始情况相反;异化深度相同时,变截面空心方桩承载力较变截面管桩有优势。综合考虑承载力及桩身弯矩随异化深度的变化后,建议变截面桩异化深度(3~4)d为宜。     

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%.     

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。     

非均质地基中V-T联合受荷桩承载力分析

为研究非均质地基中单桩基础在桩顶竖向力(V)和扭矩(T)联合作用下的承载特性,假定桩侧地基土剪切模量和极限侧摩阻力沿深度呈指数函数非线性增加,并考虑桩-土接触面上位移的非协调性,根据剪切位移法和桩身荷载传递函数建立桩身位移控制方程,引入相应的力和位移边界条件,导出桩周土体处于理想弹性和塑性受力状态时的桩身内力位移解答,由此求得不同桩顶载荷工况(不同V-T组合与加载顺序)下的桩身承载力及其包络线。在此基础上,进一步采用ABAQUS对V-T联合受荷桩进行数值模拟对比分析,获得不同工况下的桩身破坏机理、影响桩身承载力的关键因素及其规律。研究结果表明:桩身承载力随桩身长径比L/D的增大而增大,但随桩土刚度比λ的增大而逐渐减小;桩顶可承受的竖向力V(扭矩T)随扭矩T(竖向力V)增加不断减小而趋于零。     

串珠状溶洞数量影响灌注桩顶部水平受拉特性试验研究

采用室内模型试验，对比研究串珠状溶洞数量对灌注桩顶部水平受拉特性的影响，为岩溶强发育区嵌岩桩的水平承载力设计提供试验依据. 结果表明：1）桩顶水平荷载相同时，上部土层段桩身水平位移、桩身弯矩（峰值）、桩侧土抗力随溶洞数量的增多而增大，单桩水平承载力随溶洞数量增多而明显减弱. 2）上部土层段桩身水平位移随桩顶水平荷载增大而增大，桩顶水平位移最大，嵌岩段很小甚至为0；弯矩M -深度z曲线整体呈抛物线形，桩身弯矩在土岩界面和上层溶洞与底板界面呈现2个峰值，弯矩的变化仅仅影响到上层溶洞及其底板，第2层溶洞及其以下的弯矩几乎为0，土岩界面弯矩最大、截面最危险；土抗力p-深度z曲线呈“凸肚”形. 3）溶洞数量增加，位置越高，p-y曲线越容易收敛，可以采用p/pub=α（y/y50）β拟合土层段的桩身p-y曲线. 溶洞数量对α与β值变化幅度的影响较小，α与β值变化幅度体现p-y曲线随深度变化的敏感度，两者敏感度随溶洞数量增多而增大. 4）工程桩刺穿串珠状溶洞时，为了提高单桩水平抗拉能力，建议采用注浆法改善上部岩土性质，加大土岩界面处桩身配筋率，并将桩身嵌入上层溶洞底板一定深度，防止基桩在土岩界面处发生弯曲破坏.     

可液化地基处理前后单桩水平承载动力响应特征

为了研究可液化地基处理前后单桩水平承载动力响应问题,以宿迁金鹰工程可液化场地为依托,采用基于CPTU测试的p-y(土抗力桩挠度)曲线法,构建了单桩水平动力承载数值计算模型.分析了不同加载振幅和振动次数下的单桩水平循环加载特征,比较了可液化地基处理前后的单桩水平承载动力响应规律.结果表明:可液化地基处理后单桩水平动力承载能力增强,桩周土抗液化能力提升,桩身截面最大弯矩上移,桩顶荷载传递深度降低;在桩顶水平循环加载作用下,桩身变形和弯矩随加载振幅和振动次数的增加而增大;十字翼共振法处理可液化场地对提升桩基水平承载力具有显著效果.     

复杂荷载下斜坡上单桩水平承载特性研究

随着国家基础设施的不断完善,在实际工程中,建筑物桩基需要建立在倾斜的斜坡上,位于斜坡上的桩基的承载特性与平地上桩基的承载特性有明显的差别.利用自行研制的试验装置,采用粉土作为斜坡上的土体模型,进行了室内水平静载模型试验,得出斜坡上桩基在复杂荷载作用下的承载特性规律.运用ABAQUS有限元分析软件对斜坡上桩的承载特性进行数值模拟,计算结果与试验结果吻合较好,并进一步探讨了斜坡桩的桩承载因素的影响分析.研究结果表明:在水平推力较大时,桩顶位移随荷载呈现非线性变化,说明桩-土作用体系符合非线性模型规律;临坡距对桩身承载特性有一定的影响,斜坡上桩身距离坡顶越远,桩所受到的土体被动区土抗力越小,桩顶水平位移和桩身弯矩越小,在桩长和桩径不变的情况下,把桩设置在临近坡脚位置时可提高桩身的水平承载能力;增大桩周土体模量可以提高桩周土体对桩的嵌固作用,有效减小桩顶侧移和桩身最大弯矩.     

深基坑桩锚支护位移及内力数值模拟分析

利用FLAC3D数值模拟软件,按照实际施工工序模拟基坑开挖支护全过程,得到了桩锚支护结构以及基坑外土体沉降和基坑侧壁水平位移随基坑开挖的变形规律:随基坑开挖深度的增加,基坑外土体沉降逐渐增大,变化曲线呈"勺状"分布;基坑顶和基坑侧壁水平位移随开挖深度增加均逐渐增大且都在开挖至基坑底时位移最大;桩身弯矩最大值处基本出现在基坑开挖深度1.5 m以上的位置,最大负弯矩值为76.7;锚索轴力最大位置出现在锚索的端头处,且从端头位置向端尾位置逐渐减小,而第1排至第3排锚索最大值逐渐增大,说明支护结构中第2、3排锚索起主要作用,验证了深基坑桩锚支护的可行性。     

水位变动对框架码头排架桩弯矩影响试验研究

为探究岸坡后方水平作用力下水位变动时排架桩体弯矩沿桩身变化规律,试验设置7组水位变动方案,在后方40KN水平均布荷载作用下测定桩身应变;并分析弯矩变化。结果表明,与水位上升相比,水位下降时A桩弯矩平均增量最大,为24.20 N·m;D桩弯矩平均增幅最大,为22.76%;C桩弯矩减小。距坡肩较近的A桩与B桩桩身弯矩随水位升高而减小,距坡脚较近的D桩桩身弯矩随水位降低而减小,中部C桩弯矩变化规律不明显。水位上升时各桩身弯矩曲线变化形状与下降时一致,水位变动并没有改变排架结构中桩体弯矩沿桩身分布曲线的形状,但影响弯矩数值大小。     

基于模型试验的陡坡段基桩水平循环响应特性分析

为探究陡坡段桥梁基桩水平循环响应特性,设计并开展了不同循环次数、荷载幅 值和坡度条件下的水平循环受荷陡坡段基桩模型试验. 通过对比实测弯矩推导的地基反力分 布与实测地基反力分布,验证了实测数据的可信性,进而分析了桩顶水平位移、桩顶偏转角、 桩身弯矩及地基反力分布的演化规律. 结果表明：桩顶水平位移由弹性变形和塑性变形组成, 弹性变形基本保持不变,塑性变形随循环次数的增加而非线性增大,增加率逐渐减小,即塑性 安定;桩顶无量纲位移和桩顶转角均随循环次数的增加而非线性增大,且桩顶无量纲位移的 上包络线均可用幂函数y0/D=An0.11拟合;陡坡段基桩的单向水平循环响应主要受前100次循环 加载影响;桩身最大弯矩和最大地基反力均随荷载幅值和坡度的增大而增大,二者的位置均 随坡度增大而下降,但几乎不受荷载幅值影响.     

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。     

软土弯剪作用下大直径刚性桩水平承载性能试验

对软土中2根直径为0.90~1.09m、埋深6.47m的钢管单桩进行弯剪作用下的单向单循环快速维持荷载试验,获得桩身弯矩和桩顶位移随荷载的变化情况,探讨了桩周土地基加固对桩的水平承载能力的影响及刚性短柱法的适用性.试验结果表明:桩身弯矩沿埋深呈现先增大后减小的趋势,弯矩最大值出现在0.06~0.15倍埋深处;荷载水平小于0.23时,桩顶水平位移较未加固前减少20%~30%,地基加固提高了桩的水平承载性能,而荷载水平大于0.6以后,地基加固的影响消失;采用刚性短柱法的设计用钢量较实际需求多37%,存在较大安全余量.     

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.     

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。     

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。     

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.     

低承台桥台桩基侧向受力性状试验与数值分析

基于现场测试结果,采用三维有限元技术分析低承台桥台桩基在台后路基填土过程中桩基沉降、桩身弯矩、桩顶水平变形、桩身剪力和桩侧附加水平挤压力随台后填土荷载增加的变化规律.研究结果表明:计算结果与实测结果吻合较好:桩顶水平变形和桩身最大弯矩随填土荷载的增加近似呈线性增加:深度方向20m范围内,桩身剪力图呈“S”型,桩侧附加水平挤压力图呈抛物线型.低承台桥台桩基力学模型等同于桩项和桩端嵌入一定深度、具有一定变位的超静定梁结构.本文所得结论可以为桥台桩基的设计和施工提供参考.     

填海地层深基坑支护参数优选与基坑变形分析

针对复杂填海地层深基坑支护难度大,基坑变形严重的问题,以深圳地铁13号线深登明挖区间基坑工程为例,利用弹性分析法和FLAC3D数值模拟对该基坑工程的支护结构设计和基坑变形规律进行了分析。结果表明：随着桩径和咬合量的增大,桩身水平位移减小,弯矩增大,而位移和弯矩沿桩身的分布规律基本不变,最大水平位移和最大弯矩分别发生在距桩顶17.5 m和18 m左右;在保证基坑安全和降低造价的前提下,该工程支护结构参数的最优选择是桩径1200 mm,咬合量300 mm;在最优支护结构参数下,开挖完成后基坑土体最大沉降为16.99 mm,满足要求,但土层回弹值达到110.45 mm,因此基坑的施工过程中应密切注意防止坑底隆起。本研究对复杂填海地层支护及监测方案的选择有借鉴意义。