地铁深基坑安全优化有限元模拟

在借鉴其他工程实践基础上,以沈阳某地铁车站为研究背景,运用Midas/GTS有限元模拟软件对地表沉降和桩体侧向位移进行模拟,分析桩间距和桩埋深的变化对基坑变形的影响.结果表明:地表沉降变形和桩体侧向位移随着桩间距的增大而增加.而桩体嵌固深度减小,地表沉降变形和桩体侧向位移会略有增加,相对来说桩间距所产生的影响较大,可是桩体嵌固深度对围护结构多方面影响较大.     

基于能量法的陡坡段桥梁基桩屈曲稳定性分析

考虑桩后坡体剩余下滑力的分布规律,以及桩前岩土体水平地基抗力弱化效应对基桩稳定性的影响,建立陡坡段桥梁基桩屈曲稳定分析计算模型。通过建立桩土体系的总势能方程,并运用能量法导得陡坡段桥梁基桩屈曲临界荷载和稳定计算长度解答。以实际工程基桩为例对影响基桩屈曲稳定性的桩身弹性模量、桩径、嵌固深度等因素进行参数分析。研究结果表明:本文计算结果与已有模型试验结果吻合较好,表明本文解答合理。基桩的埋入比、临界长径比及临界嵌固深度对其屈曲稳定性具有显著影响。     

联合支挡结构中抗滑桩设计参数分析与优化

提出了联合支挡结构支挡结构的稳定系数计算公式,并依托实际工程建立数值模型.通过与桩基托梁挡土墙和桩板墙进行对比,验证了联合支挡结构支挡高填方路基的优越性.分析了桩间距、桩身截面尺寸和锚固长度对抗滑桩弯矩和水平位移的影响,结果表明:抗滑桩的截面尺寸对桩身弯矩、位移和结构的稳定性均有较大影响;桩间距变化对桩身弯矩的影响较小,但对结构的稳定性影响较大;实际工程中应尽量减小平台与基岩交界面之间的顺坡倾角,并将挡土墙水平位移控制在适当的范围内.     

复合荷载作用下坡顶面双排桩设计要素数值模拟

【目的】研究坡顶面承重、阻滑双排桩的受力变形特性,分析桩间距、连梁高度、桩身嵌固深度等因素对桩身受力变形特性的一般影响规律,尤其是反映竖向荷载及桩身自由段长度对桩身水平位移及最大弯矩的影响。【方法】借助ABAQUS有限元软件,通过单变量的变化,模拟双排桩在不同影响因素下的受力变形特性。【结果】滑动面的存在使桩身水平位移及弯矩在桩间距为1d～2d(d为桩径)时发生突变,故在确定桩间距时应注意滑动面产生的影响;连梁高度对桩身受力变形特性的影响微乎其微,按标准取值即可;在滑动面位置桩身嵌固深度对桩身水平位移及弯矩有较大影响,但继续增大桩身嵌固深度后,影响变小,在工程设计中桩身嵌固深度适当超过滑动面即可;当增大桩身自由段长度时,P-Δ效应也更加显著,对于不同的自由段长度,前后排桩桩身的最大弯矩近乎相等。【结论】位于坡顶面的双排桩须承受轴、横向复合荷载,可起到承重、阻滑的双重作用,其承载机理及受力形式较护坡桩更为复杂。本文研究成果可为相关工程设计要素的取值提供一定参考。     

山区斜坡段桥梁基桩屈曲稳定性分析

根据山区斜坡段桥梁基桩的承载机理,考虑桩前岩土体弱化效应,建立斜坡段桥梁基桩屈曲稳定性分析简化计算模型;建立山区斜坡段桥梁基桩桩-坡体系的总势能方程,并利用能量原理及变分法进行求解,导出基桩屈曲临界荷载及稳定计算长度公式;然后,通过与模型试验结果进行对比分析,验证理论解答的可行性;结合有限元法探讨桩身弹性模量、自由段长度、桩径以及嵌固深度等因素对某实体工程桩稳定性的影响。研究结果表明:基桩存在一临界嵌固深度;桩径及埋入比对基桩稳定性影响较大;弹性模量对基桩稳定性影响较小。     

深基坑桩锚支护结构设计参数分析

结合工程实例具体分析桩锚支护结构设计参数对锚杆内力、长度、支护桩内力、支护桩嵌固深度和桩顶位移的影响,这些参数包括坑顶荷载的大小与作用区间、锚杆离坑顶的距离、锚杆孔径、锚杆锚固段长度和锚杆预应力取值.分析结果表明:坑顶荷载的大小与作用区间对锚杆轴力和支护桩内力影响明显;锚杆一般布置在离坑顶H/3的位置较为合理;锚杆锚固段长度与支护桩的嵌固深度相互影响,应该根据基坑地质情况和基坑周边环境条件综合确定;锚杆预应力对支护桩桩顶位移控制明显.     

桩-土共同作用建模方法对桥梁地震响应预计的影响研究

采用嵌固法、m法和 p － y曲线法模拟桩‐土效应,对比分析不同简化分析方法对桥梁地震响应的影响。研究表明,不论采用什么简化分析模型模拟桩‐土‐桥梁结构相互作用,是否考虑桩基的材料非线性,都会对桥梁结构的地震响应预计产生显著影响;采用 m法计算得到地震响应最大,嵌固的方法次之,p － y曲线法最小。嵌固法和 p－ y曲线法的计算结果较为接近,尤其是考虑桩基材料非线性后,两者计算结果会更加接近。     

高桩承台基础群桩等效嵌固长度参数分析

从高桩承台基础等效体系和原型基本周期相等的原理出发,采用弹性地基反力法考虑桩-土相互作用,通过幂级数法求解侧向荷载下桩的挠曲微分方程,提出了一种求解高桩承台基础在侧向荷载作用下等效嵌固长度的解析方法;分析了土层、桩径与桩距比、桩柱抗推刚度比等参数对桩基础等效嵌固长度的影响规律,并给出了具有实用性的高桩承台桩基等效嵌固长度简化公式。结果表明:土层性质和桩、柱抗推刚度比是决定高桩承台桩基础等效嵌固长度的主要因素;研究成果可简化群桩基础模型,同时兼顾上部结构响应的精度,为桥梁概念设计提供依据。     

隔离桩在隧道侧穿邻近浅基建筑中的应用

针对某地铁新建隧道侧穿邻接浅基建筑采用隔离桩隔离的工程,进行了正交有限元法优化研究.先对比分析了既有建筑对隧道施工引起地表沉降的影响,使用隔离桩(模拟中采用经验隔离桩参数)的隔离效果,以及注浆对隧道稳定性的影响.然后,采用正交有限元方法对隔离桩3个主要参数进行优化设计.研究结果表明:既有建筑的存在改变了原自由地面的沉降槽形状,使变形和支护结构内力增大,隔离桩的打设和注浆对变形和内力有一定的控制作用.隔离桩最优参数为桩长33m,桩纵向间距0.5m和桩距离隧道1.5m.对桩的参数优化分析对于以后的类似工程有一定借鉴意义.     

植入圆钢组合式嵌岩锚索抗滑桩的内力分析

针对一般锚索抗滑桩存在施工难度大、施工风险高等问题,提出"植入圆钢组合式嵌岩锚索抗滑桩",即采用"灌注桩桩身+多根圆钢+冠梁+锚索"的组合形式。用"多根圆钢+灰岩"共同体代替灌注桩的嵌岩段,既能满足桩的嵌固、抗剪等要求,又能降低施工难度。介绍了该结构形式,并对其进行内力分析。该结构的受荷段为预应力锚索混凝土灌注桩,采用静力平衡方程计算;锚固段为多根圆钢桩,采用地基系数法分析。此外,还进行了算例计算,论证其合理性,并将该结构在实际工程实践中得以成功运用,目前专利已授权。     

季节性冻土地区高铁路基沉降研究

以哈大高铁苏家屯段为研究对象,利用有限元软件ADINA对其进行三维模拟,结果表明,未经CFG桩处理的高铁路基沉降值不符合规范要求.通过改变CFG桩参数(褥垫层模量、褥垫层厚度、桩径、桩间距、桩长),利用有限元软件进行多次二维模拟,得到各参数与路基沉降的关系.最后将CFG桩的参数进行组合,模拟出路基在CFG桩各参数组合条件下的路基沉降值.模拟结果表明,当褥垫层厚度为350mm,褥垫层变形模量为120MPa,桩间距为2m,桩径为05m,桩长为95m时,路基沉降量最小.     

嵌岩桩在强风化花岗岩海床中的孔壁失稳

我国东南沿海地区广泛分布着风化程度较高的花岗岩,在强风化花岗地层中进行海上风电大直径嵌岩单桩施工存在现孔壁失稳问题。为此,本文将可以描述强风化花岗岩结构性和超固结性的弹塑性本构通过子程序UMAT嵌入到有限元软件ABAQUS中,根据土工试验结果确定了本构模型参数取值。在此基础上建立了孔壁稳定性数值模型,分析了孔壁失稳的发展规律及其影响因素。研究结果表明,孔壁周围土体由于卸载应力达到临界状态是发生塌孔的主要原因,塌孔发展速度随时间逐渐变缓,最终塌孔形态趋于土拱形式。塌孔范围随着孔径和出桩长度的增大而增大,最大塌孔半径与桩径的比值介于0.5~0.7范围内。     

针翅式散热器模块流动传热特性数值优化

为提升中高温电子器件的散热性能,以针翅式散热器模块为研究对象,研究了热管长度、散热器宽度、针翅直径、针翅间距和针翅高度5个结构参数对翅片散热性能的影响,对正交实验设计的16个组合方案下翅片的流动换热性能进行模拟。以努塞尔数Nu、阻力系数f、传热性能综合评价指标(performance evaluation criteria, PEC)和全因子评价Y作为评价指标,在每个评价指标下利用极差分析主要影响因素和挑选出优化组合。结果表明：影响Nu、f、PEC和Y的最主要因素是针翅间距;最佳优化组合为：针翅间距为2.5 mm,散热器宽度为80 mm,针翅直径为1.5 mm,针翅高度为20 mm,热管长度为25 mm,模块温降为16.28℃,热阻为0.265℃/W。     

基于多源数据分析的三峡库区抗滑工程优化与比选

抗滑工程优化与比选主要是工程应用的研究。针对三峡库区抗滑工程选型、多排抗滑桩位置选取与抗滑工程参数设计问题,通过分析整理三峡库区已成功治理257组地质灾害数据,运用分类统计参数方法,分析最优支护结构形式,基于FLAC3D软件,建立力学分析数值模型,选取多排抗滑桩合理位置,将理正软件设计参数与收集资料进行对比,确定最优桩间距与锚固深度取值,并应用于工程实例验证,研究表明：（1）当滑坡剩余推力小于100kN/m且工程设置位置处滑体厚度小于5m时,宜采用重力式挡墙;大于100kN/m或滑体厚度较大时建议采取抗滑桩。（2）当两级设置抗滑桩支护滑坡时,前排桩位于反翘端点,排距占反翘端点与滑坡后缘距离为20%时,滑坡的总推力最小,为最优方案。（3）三峡库区重庆段滑坡抗滑桩锚固深度与桩长比值推荐值为0.45,桩间距推荐值5.5m或6.0m。（4）应用于三峡库区滑坡工程实例,对比分析得出此优化设计方法具有可行性和实用性,为后续滑坡治理提供有效指导。     

降雨入渗对三维刚架桩边坡渗流稳定性的影响

开展降雨入渗对三维刚架桩边坡渗流稳定性影响的数值分析研究,考虑长时小雨及短时强降雨,从土体位移、坡体孔压及边坡稳定性演变角度,重点讨论降雨入渗条件下刚架桩边坡的合理桩间距,以期为雨水充沛的福建山区刚架桩边坡设计提供参考。结果表明：三维刚架桩边坡土体位移受降雨条件影响显著,随着降雨强度和持续时间的增加,土体水平位移和竖向位移依次增加;降雨条件下三维刚架桩边坡坡体内孔隙水压力分布具有明显的时空效应,短时强降雨条件下,坡顶孔压增幅最大,降雨强度的持续增加导致刚架桩边坡安全系数降幅也增大;桩间距对刚架桩边坡的渗流稳定性有显著影响,无降雨时边坡的安全系数随桩间距增大而减小;基于研究区降雨特点及暴雨频次呈现逐年递增现象,应将桩间距设为3倍桩宽,以充分发挥短时大雨情况下刚架桩的抗滑效果。     

土岩组合地层明挖基坑桩撑体系设计优化

土岩组合深基坑的稳定性与安全性是基坑设计与施工中重点考虑的问题.主要以青岛地区土岩组合地质条件为背景,依托青岛地铁1号线明挖车站深基坑工程,根据不同支撑体系参数对基坑变形与内力的影响,对土岩组合地层明挖基坑桩撑体系进行设计优化,并结合现场实测对优化效果进行评价.结果 表明:首道支撑位于0.5 m时,其对墙体位移和内力的控制效果最优;支撑水平间距在1.5 m时,对墙体的侧移控制效果最好,但6.0～9.0 m时更加利于施工,且更经济;首道支撑位置和水平间距对坑底隆起影响较小;支撑道数为3～4道时,对墙体变形控制效果最好,更加有利于施工且更经济.     

考虑受力蒙皮作用的除尘器壳体墙板的承载性能

采用非线性有限元方法研究除尘器壳体承受板顶竖向均布荷载作用的墙板发挥受力蒙皮作用时的破坏形式和承载能力,分析墙板厚度、墙板宽度、加劲肋间距、立柱横向支撑间距、立柱截面尺寸等因素对墙板承载能力的影响。结果表明：立柱受载水平较低时,墙板发生受剪屈服破坏;立柱受载水平中等时,墙板同时发生受压和受剪屈服破坏;立柱受载水平较高时,墙板发生受压屈服破坏。在同等立柱受载水平情况时,墙板承载能力随着墙板厚度增加、墙板宽度减小、加劲肋间距减小或者立柱支撑间距减小而增大。立柱截面尺寸增大使得立柱刚度增大时,立柱稳定性提高,墙板承载力增大。     

抗滑桩加固边坡中桩要素设计的三维有限元分析

抗滑桩加固边坡是工程中常用的方法,其中桩位、桩间距、桩径、桩长等桩要素是抗滑桩设计的重要问题,它直接关系到边坡工程的造价与安全．通过典型的边坡实例,利用考虑桩一土相互作用的有限元折减程序,探讨计算模型尺寸、桩要素对边坡安全系数的影响．分析可知,计算模型尺寸对边坡安全系数影响很小,模型尺寸为O．5s时计算效率最高;边坡安全系数随桩位近似呈二次抛物线分布,抗滑桩布置于边坡中部既能获得最大的安全系数又能充分发挥材料的抗滑作用,为最佳桩位布置点．边坡的安全系数随桩间距的增大而减小,随桩径、桩长增大近似呈线性增加,桩间距增大桩间土拱作用逐渐减弱,最后趋近于无桩状态．桩长设计中,桩的锚固深度宜为桩长的1／3—1,2．     

MC桩组合支护结构在淤泥质土基坑工程中的应用分析

结合某淤泥质土环境基坑支护工程实例,采用有限元数值分析方法,探讨水泥土桩与混凝土桩组合支护结构（MC桩）力学变形特性,包括MC桩截面参数对支护结构水平位移、地表沉降以及坑底隆起量影响．研究结果表明,MC桩组合支护结构在淤泥质基坑中,有利于控制基坑变形,增加基坑稳定性;M桩挡墙宽度对减小支护结构变形效果明显,增大墙宽可以减小墙身弯矩以及支护结构墙体倾斜变形并且可降低坑底隆起量和坑外地表沉降量．而且,在同挡墙宽度情况下,有无C桩对控制支护结构变形和基坑变形也有很大的作用．     

桩间距和桩帽宽度影响土拱效应的现场试验

为了研究桩间距和桩帽宽度对桩承式加筋路堤土拱效应的影响,在广清高速公路拓宽工程庆丰收费站进行了现场试验,实测了路堤荷载下不同桩间距和桩帽宽度下桩帽及桩间土表面的竖向土压力,据此获得土拱高度与桩帽净距的关系.试验结果表明,桩间土表面竖向应力近似均匀分布.当桩帽净距数值超过1.0m以后,土拱高度随桩帽净距的增加而减小.桩帽-土应力比随路堤荷载的增加而增大,随桩帽宽度和桩间距的增加而减小.桩帽荷载分担比随路堤荷载和桩帽宽度的增加而增大,随桩间距的增加而减小.桩间土荷载分担比随路堤荷载和桩帽宽度的增加而减小,随桩间距的增加而增大.