变刚度群桩基础工作性状数值分析

在室内桩基础模型试验的基础上,用三维有限元的方法,考虑了土体的非线性（Drucker-Prager模型）力学性能,对模型桩进行了六大组的数值模拟试验．从沉降、桩顶反力、桩土承担荷载比等几方面验证了变刚度群桩基础能减小桩顶反力差值,从而减小差异沉降的特性．为理论分析变刚度桩的工作性状提供了参考．     

群桩竖向荷载-沉降特性影响因素的数值分析

在采用三维数值模拟法对一群桩试验模型进行分析对比基础上,建立了与实际工程中相近的低承台群桩模型,用数值模拟手段揭示了在上部荷载作用下群桩的荷载-沉降特性,并对群桩基础荷载-沉降曲线的影响因素分别进行了分析与探讨.结果表明:桩长(长细比)、桩距(距径比)、桩土剪切弹簧刚度、桩端土刚度、承台刚度及其设置方式对群桩荷载-沉降曲线影响较大,而桩身刚度的影响不明显.     

上部结构刚度改变对桩筏基础的影响

传统桩筏基础设计没有考虑上部结构刚度变化的影响,边桩实际承载力超过设计承载力而中桩实际承载力小于设计承载力。建立了框架结构和单片剪力墙结构、桩筏基础与地基共同作用的平面有限元模型,计算了逐层加载和一次性加载条件下两种上部结构形式的桩顶反力、桩筏荷载分担比、桩基沉降及差异沉降。结果表明：刚度大的上部结构形式下桩顶反力小;桩筏荷载分担比随上部结构刚度的增大趋于稳定;不同上部结构形式的刚度变化对其下桩顶沉降的影响不同。为进行合理的桩基设计提供了参考意见。     

岩溶地基上桥梁桩基设计优化方法研究与实例

结合岩溶区某桥梁基桩优化设计实例,提出针对基础下并非所有基桩桩端都存在溶洞的情况,通过合理设计承台梁和各桩桩径的方式来减小桩端存在溶洞基桩的桩顶分配荷载,尽量将该类基桩奠基标高设置在最上层顶板上,达到减小岩溶区桩基工程处治难度的方法。在此基础上,根据桩端下存在与不存在溶洞基桩刚度的差异,在分析溶洞顶板沉降计算方法后,解决了差异地基上桩基承台梁内力计算问题。将该方法应用于工程实例中,在分析承台梁刚度和桩径对基桩桩顶荷载分配的影响后,对该桩基础进行优化设计并取得了良好效果。     

垫层厚度对长短桩复合地基性状影响的试验研究

为了研究垫层厚度对长短桩复合地基工作性状的影响,在室内模型试验的基础上,对无垫层2、cm垫层和5 cm垫层三种情况下长短桩复合地基的荷载与沉降的关系、桩土应力比、荷载分担比等问题进行了分析,结果表明,长短桩复合地基的沉降量随着垫层厚度的增加而增加;长桩桩土应力比随垫层厚度的增加而减小,短桩桩土应力比的变化不如长桩明显;无垫层时,长桩荷载分担比较大,桩间土和短桩荷载分担比很小,铺设垫层后,随垫层厚度的增加,长、短桩荷载分担比都逐渐减小,桩间土荷载分担比逐渐增大。     

桩土刚度比对群桩沉降的影响

主要讨论群桩沉降问题,分析了各种参数变化对群桩工作性状的影响,尤其是桩刚度比对群桩沉降的影响.数据分析表明,桩土刚度比k、桩长径比L/D、桩间距S/D、桩数n等因等变化对群桩沉降量、桩身压缩量、轴力分布、荷载分担比等均有显著影响,并得到了一些规律性的认识.     

高层建筑长短桩复合地基技术应用及理论探讨

高层建筑长短桩复合地基技术既可以提高地基承载力,又可以减少沉降,经济性好、安全性高,有良好的发展前景。针对该技术的特点,作者参照近年来国内外的工程应用和研究情况以及自己的研究成果,确定了该技术的主要影响因素,主要为褥垫层厚度、长桩的长度及置换率、短桩的长度及置换率、上部结构刚度,并对这些因素在沉降和荷载分担比上进行探讨,得出有益结论。结论如下:褥垫层厚度对筏板底的差异沉降基本不影响,平均沉降则随之增大略有增加,但有一定的极限;当褥垫层厚度在一定范围内时,长桩荷载分担比随褥垫层厚度的增大而显著减小,土体显著增大,短桩荷载分担比有所增大,继续增加褥垫层厚度后,各部分荷载分担比趋于稳定;长桩长度对筏板底的差异沉降影响有限,其增幅缓慢,平均沉降则随之减小;长桩荷载分担比随长桩长度的增加而增大,土体和短桩则随之减小,但有一定极限;长桩置换率超过一定范围后,对筏板底沉降和桩土荷载分担比影响不明显;短桩长度和短桩置换率对筏板底沉降和桩土荷载分担比影响较小;上部结构刚度对筏板底差异沉降和桩土荷载分担比影响较小,筏板底的平均沉降随上部结构刚度增大而增大,随后增幅变缓。这些结论可为该类型复合地基的设计和应用提供参考。     

桩距对陡岩河岸墩式码头群桩基础竖向承载特性影响研究

采用ABAQUS有限元软件建立陡岩群桩系统三维模型,通过改变桩距、桩嵌岩深度等参数,分析陡岩群桩(四边形四桩)的竖向承载特性.研究表明,不同桩距和桩嵌岩深度条件下陡岩群桩(四边形四桩)竖向承载能力,是群桩径向膨胀与桩前岩体缺失效应、桩后岩体增强效应、承台刚度综合作用的体现.当桩距S≥4D时,不宜将承台作刚性假设.当桩距S≥5D时,群桩竖向极限承载力减小幅度、竖向承载群桩效应系数减小幅度均已超过10%(与桩距S=3D的群桩相比).在竖向荷载作用下,随着桩距的增加,承台更易于受压变形,群桩体系空间效应增强,各桩桩顶沉降的差异亦逐渐明显.     

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.     

复合地基调平前后在水平力及偏心荷载下性状分析

采用MIDAS-GTS有限元软件,模拟了复合地基的6种模型。首先保证刚性桩总体积相同,在竖向均布荷载下,通过调整群桩桩长使其基础整体受力均匀后调平基础,对比模型的4种调平方案,选出最佳的调平模型;然后采用群桩的最佳调平模型在筏板上进行水平力及偏心荷载下的等效受力计算,同时采用基础调平前(等刚度布桩)的计算模型在水平力及偏心荷载下进行受力计算;最后对基础调平前后的差异沉降、弯矩大小与群桩的轴力、弯矩进行了对比分析,得出刚性桩复合地基变刚度调平前后筏板与群桩的受力变化规律,为优化复合地基变刚度桩的研究工作性状提供了参考。     

高承台支桩群桩效应模型试验

设计缩尺模型试验,通过改变桩间距、支部位置、支部数量的模型桩试验与等截面桩试验的对比分析,研究砂土中高承台支桩的群桩效应。试验结果表明,含有支部结构的模型桩,其Q-s曲线多呈缓和形态,其具有优异的承载性能及抗沉降表现;桩间距对支群桩的影响不明显,支群桩的承载力随着支数、支层数的增加而增大,其沉降呈现减小的趋势,支层数的影响最为明显;在弹性阶段,支群桩的桩端阻力、支端阻力与支群桩的沉降位移呈线性正相关;支群桩的各桩桩侧的支部结构有效的分担部分荷载份额,其边桩优先比中桩发挥作用;支桩的群桩效应系数η基本接近于1,其各桩的承载力基本等同于单桩承载力。     

基于差异沉降的变刚度复合地基方案研究

差异沉降是群桩复合地基的一个不容忽视的问题.通过国内最新研制的大型试验台--中国矿业大学城市地下工程相似模拟试验系统,完成了2组模型试验.试验表明:在竖向荷载作用下等桩长群桩复合地基存在着较大的差异沉降.在模型试验和数值模拟的基础上研究了群桩复合地基差异沉降的形成原因,主要包括不同桩位、荷载和下卧层.对采用改变桩长、桩径、桩体模量等方法实现变刚度复合地基的方案进行分析和讨论,结果表明通过改变桩长的方法是实现变刚度的最佳选择.图7,表9,参10.     

负摩阻力作用下的单桩竖向承载性状

对负摩阻力作用下的单桩承载性状、负摩阻力与工作荷载之间的关系进行理论分析,然后建立单桩有限元模型,研究负摩阻力作用下桩基的承载性能、桩基的刚度以及下曳沉降变化规律.研究结果表明:下曳沉降由2部分组成,一是桩顶没有荷载作用时纯粹由负摩阻力引起的桩顶沉降;二是负摩阻力作用下,桩顶荷载下移中性点位置,使得承受桩顶荷载的桩段缩短所引起的沉降.负摩阻力在中性点平面形成的一对平衡力相当于在单桩桩体上施加了预应力,提高桩体本身的轴向刚度.     

高层建筑长短桩复合地基性状有限元分析

通过由长短桩复合地基处理高层建筑软弱地基的工程实例,利用有限元法分析了不同的上部结构刚度、长桩长度、长桩置换率、短桩置换率对长短桩复合地基的平均沉降、差异沉降、桩土应力比、桩土荷载分担比所产生的影响及规律。结果表明:上部结构刚度的变化对复合地基性状的影响是有限的;长桩长度在控制平均沉降,改变地基承载力和改善桩顶应力集中方面影响显著;长桩置换率存在一定的合理取值范围;短桩置换率的变化对桩土应力变形影响不大。分析结果能为长短桩复合地基进一步优化设计提供参考。     

粉土中刚性长短桩复合地基承载力发挥度参数影响研究

通过有限元分析,研究了相同承台板沉降下短桩桩长、桩径、桩间距、褥垫层厚度变化对长短桩复合地基中桩与土承载力发挥度的影响.研究表明:相同承台板沉降下,增加桩长、桩径、桩间距,减小褥垫层厚度会提升长短桩复合地基承载力.短桩桩长变化对长、短单桩承载力发挥度的影响较小.增加桩径和褥垫层厚度,会提高单桩承载力发挥度.随桩间距增大,长桩单桩承载力发挥度增加,短桩单桩承载力发挥度减小.短桩桩长、桩间距、褥垫层厚度增大,桩间土承载力发挥度增加;增加桩径,桩间土承载力发挥度减小.     

砂土中桩筏基础承载力的模型试验研究

本文设计一个试验模型来研究桩筏基础的承载力,对桩身轴力和桩顶反力、桩侧摩阻力、桩筏基础的沉降和承载力进行了细致的研究。试验结果表明：桩顶反力中心桩最小、边桩稍大、角桩最大;桩侧摩阻力的强化效应和退化效应同时存在;群桩基础的承载力一般由沉降控制。     

竖向荷载对陡岩墩式码头梅花形五桩双向承载特性影响研究

针对竖向荷载变化下的陡岩群桩(梅花形五桩)双向承载工况,采用ABAQUS有限元软件,建模过程考虑陡岩群桩基础施工承载等环节,以及软岩与桩接触非线性影响,构建陡岩梅花形五桩三维模型,计算分析竖向荷载对陡岩墩式码头梅花形五桩双向承载特性的影响.研究表明,竖向荷载对陡岩墩式码头梅花形五桩双向承载特性的影响,与群桩基础的空间效应、群桩桩身嵌固程度、桩前岩体抗力等综合作用相关.其中,R=0°～15°,随着竖向作用力的增加,承台下各桩桩顶的水平位移得到一定的抑制;但竖向作用力过大,承台下各桩桩顶的水平位移会随着其增加而增大;R=30°～45°,竖向作用力对各桩桩顶水平位移的抑制作用不明显,其桩顶水平位移呈缓变-陡增的趋势.R=0°～45°的梅花形五桩,其前排桩竖向承载发挥程度较后排桩大.R=15°～45°,其后排桩水平承载发挥程度较前排桩大.在实际工程中,可根据受力过程中群桩基础力学响应变化等,进行相应加强设计.     

滩涂极软地基托板桩法处理技术研究

为研究滩涂极软地基上托板桩的工作特性,开展了现场试验和有限元分析.现场实测了地表沉降及土压力,并据此建立了二维平面应变模型,进而对不同时期的地基土超孔隙水压力、土压力、沉降、水平位移等问题进行了研究.研究结果表明:随着填土高度增加,桩顶与桩间土差异沉降增大,产生土拱效应和拉膜效应,桩身轴力、桩体荷载分担比和桩端附近土体超孔压增大;填筑完成后超孔压消散,地基土逐渐固结,桩间土与桩顶差异沉降增大后趋于稳定,桩体荷载分担比逐渐稳定在80％左右;土工格栅拉力较小,传递荷载的能力有限;浅层地基土对桩体有负摩阻力,桩身轴力沿深度先增大后减小;托板桩法可有效控制地基土水平位移.     

软黏土基坑开挖诱发邻近桥梁桩基的时变响应

利用PLAXIS 3D软件和软土蠕变模型，建立某市政道路下穿市域铁路桥梁基坑工程的三维数值模型，通过与实测数据的对比验证模型的合理性. 将软土蠕变模型退化为软土模型，考虑桩顶约束条件，对比分析桥梁群桩的时效水平响应. 结合两阶段法，将数值计算得到的土体自由场时变沉降作为“外荷载”作用于桩基，利用考虑桩土往返剪切的荷载传递方法，计算桩身自重、桩顶荷载和后续近接工程基坑开挖作用下桩基的竖向力学响应. 结果表明：1）土体蠕变对邻近桥梁群桩变形、内力的影响较大，甚至不亚于墙体瞬时变形的影响；2）桥梁群桩桩身的变形、内力与离开坑壁的距离呈负相关，并表现出群桩的遮帘作用，桩顶的变形、内力则由桩顶约束条件决定；3）对于桩顶承受荷载不大以及后续受近接工程基坑开挖扰动不大的深厚软弱地层中的桥桩桩基，在以桩顶变形为控制目标时，存在合理桩径和合理桩长.     

干湿循环及水平循环荷载下的码头群桩侧向累积位移

为了揭示干湿循环及水平循环荷载作用下码头群桩累积侧向位移分布特征,基于水平循环受荷的刚度衰减模型和土体抗剪强度干湿循环弱化模型,通过ABAQUS进行二次开发实现了土体刚度衰减和土体抗剪强度干湿循环弱化,并依托三峡库区某在役货运码头,建立了码头群桩-岸坡相互作用三维数值模型.通过数值结果系统分析了三峡库区在干湿循环及水平循环荷载作用下码头群桩桩顶及桩身累积侧向位移.研究表明:干湿循环和水平循环荷载产生的循环效应集中在循环周期的前面阶段;存在临界水平循环荷载比,当水平循环荷载比小于临界值时,累积位移随着循环次数的增加而逐渐增大,在加载后期桩基侧向位移趋于稳定;当水平循环荷载比大于临界值时,累积位移随循环次数的增加而不断增大,在加载后期仍有不断增加的趋势,当桩基设计从控制变形考虑时,建议将水平循环荷载比控制在0.5以内;干湿循环后在水平循环荷载作用下,桩侧累积位移有明显增大的趋势;最后,根据数值计算结果,提出了干湿循环后水平循环荷载作用下群桩桩顶侧向累积位移预测模型,可供工程实践参考.