桩顶竖向荷载作用下桩土响应的数值分析

为了研究桩土之间的相互作用机理,利用数值方法建立桩土计算模型,分析桩顶荷载作用下桩侧摩阻力分布、桩体轴力分布、中性点位置的变化规律以及桩周土体的位移.研究结果表明:桩侧负摩阻力沿桩身先增大后减小,并逐渐过渡到正摩阻力;随着桩顶荷载的增大,桩侧负摩阻力逐渐减小,中性点位置上移;桩体轴力沿桩身呈现先增大后减小的趋势;受到桩侧摩阻力的作用,位于地表的桩周土体沉降受到一定影响,其影响范围随桩顶荷载的增大而减小.     

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.     

深厚层强湿陷性黄土区桩基负摩阻力现场试验

为获得深厚层强湿陷性黄土区桩基负摩阻力分布特征,通过天水南站2根试桩在预加荷载条件下的浸水载荷试验,对浸水前(后)桩身轴力、侧摩阻力分布特征进行了测试分析。研究结果得出:浸水前后2根试桩桩端荷载与桩顶荷载比值分别为9.1%、18.3%和6.1%、15.8%,均为摩擦型桩;浸水前最大桩顶沉降为6.1mm,浸水后桩顶附加沉降分别为3.8 mm和2.8 mm,说明当桩长超过湿陷性下限深度,自重湿陷引起的附加沉降是有限的;浸水前后,桩身轴力在中上部衰减较慢,浸水后由于负摩阻力的产生,导致桩身轴力出现峰值,均大于预加桩顶荷载;浸水前,侧阻力随桩深呈先增后减的分布状态,峰值点随桩顶荷载的增大逐渐下移,桩身中下部为主要发挥区域;浸水后,在桩身上部产生负摩阻力,其随黄土湿陷的发展而增大,并出现峰值(-32、-43 k Pa),桩侧正摩阻力与浸水前相比,则呈现先减小后增大的趋势;正负摩阻力峰值点和中性点均随浸水时间增加逐渐下移;稳定时2根试桩的中性点与湿陷性土层下限深度比值分别为0.6和0.51。     

堆载作用下单桩中性点位置与负摩阻力特性研究

为了探究承台外围土体出现上部堆载作用时,桩身负摩阻力和中性点位置在这一过程中的变化特性,利用室内模型实验和有限元软件数值模拟两种方法.首先在室内模型实验中使用应变仪采集桩身各处应变片产生的数值,之后建立单桩数值模型进行有限元分析,结合两方实验结果分析桩身负摩阻力和中性点位置在施加堆载后的初期,以及随堆载等级增加时的变化特征,最终得出以下结论：承台外围土体的堆载作用使桩身轴力原本随深度递减的变化趋势,变为了轴力上升段和轴力下降段,同样,堆载作用也使桩身上部出现桩侧负摩阻力,而桩身下部正摩阻力区间相较堆载前变化不大,仅是正摩阻力数值的大小随着堆载等级增加而增大,桩身中性点位置在堆载等级增大的过程中逐渐向桩的底部移动.     

基于透明土材料的扩底楔形桩中性点位置测定模型试验与分析

扩底楔形桩由于其桩身截面倒楔形结构,可以有效降低负摩阻力对基桩的影响;但是倒楔形面和扩大头的存在对中性点位置的影响却尚不清楚。为了分析扩底楔形桩中纵向截面形式(倒楔形面和扩大头)变化对基桩中性点位置的影响规律;基于透明土材料和数字图像处理PIV(particle image velocimetry)技术,采用非插入式测试方法开展地面堆载作用下扩底楔形桩的中性点位置测定模型试验,测得不同地面堆载等级作用下桩体沉降与桩周土体沉降等变化规律,探讨桩-土相对位移和中性点位置随地面荷载等级的变化规律;同时进行了负摩阻力作用下等截面桩中性点位置测定透明土模型试验作为对比分析。研究结果表明,利用透明土材料来研究扩底楔形桩中性点位置的试验方法在技术上是可行的。所研究试验条件下,由于倒楔形面和扩大头的存在,扩底楔形桩的中性点位置明显较常规等截面桩低。     

基于透明土材料的扩底楔形桩中性点位置测定

扩底楔形桩由于其桩身截面倒楔形结构,可以有效降低负摩阻力对基桩的影响,但是倒楔形面和扩大头的存在对中性点位置的影响却尚不清楚。为了分析扩底楔形桩中纵向截面形式（倒楔形面和扩大头）变化对基桩中性点位置的影响规律;基于透明土材料和数字图像处理PIV（Particle Image Velocimetry）技术,采用非插入式测试方法开展地面堆载作用下扩底楔形桩的中性点位置测定模型试验,测得不同地面堆载等级作用下桩体沉降与桩周土体沉降等变化规律,探讨桩-土相对位移和中性点位置随地面荷载等级的变化规律;同时进行了负摩阻力作用下等截面桩中性点位置测定透明土模型试验作为对比分析。研究结果表明,利用透明土材料来研究扩底楔形桩中性点位置的试验方法在技术上是可行的;本文试验条件下,由于倒楔形面和扩大头的存在,扩底楔形桩的中性点位置明显较常规等截面桩低。     

地基土沉降对复合地基工作性状的影响

采用数值分析方法,考虑桩-土-褥垫层的共同作用,对复合地基在地基土沉降前后的沉降、桩侧摩阻力和桩身轴向应力等工作性状进行了研究.结果表明:与常规条件下相比,在相同上部荷载作用下,地下水位下降使基础和桩顶的沉降增加,桩身轴向应力增大,桩-土应力比提高,上部荷载的增大会加剧这些现象.随着降水造成的地基土沉降增加,加固桩体中负摩阻力的影响逐渐增大,中性点位置下移,负摩阻力引起的下拉力增大,桩侧摩阻力发挥更加充分.     

深厚回填土中单桩受力变形影响因素研究

以具体工程为案例,采用有限元计算软件MIDAS/GTS进行数值模拟,对比工程监测数据,遵循单一变量原则,研究桩端土层弹性模量、桩顶竖向荷载及回填土厚度变化对单桩受力变形的影响.研究表明:改变桩端土层弹性模量,由8 MPa增大至300 MPa时,深厚回填土中单桩负摩阻力增幅达117%,最大轴力增加87%,中性点位置不断下降,桩顶沉降值减小;随着桩顶竖向荷载逐渐增大,荷载值对深厚回填土中单桩负摩阻力影响程度逐渐减小,中性点深度比越来越小,此时桩顶竖向荷载、负摩阻力与中性点三者的变化处于一种动态平衡的过程之中;当回填土的厚度由5 m逐渐增加至25.5 m的过程中,单桩负摩阻力及轴力增大,且中性点深度比呈增大趋势.     

承力盘对支盘桩单桩负摩阻力影响的有限元分析

通过建立轴对称有限元模型,分析了在大面积地表荷载作用下支盘桩单桩轴向应力的变化情况,得到了承力盘对支盘桩负摩阻力的影响规律.通过分析发现:承力盘处由负摩阻力产生的桩身轴向应力变化较大,地表均布荷载对中性点的位置影响较小;支盘桩的负摩阻力分布形态和普通桩类似,中性点以上的承力盘对负摩阻力影响较大,以下的影响较小;中性点的位置随着承力盘位置的上升和盘数的增多略有上升,随盘数、盘径及盘间距的增加桩的轴向应力增大,但中性点位置基本不变,随着桩长的增大,中性点深度与桩长之比略有降低.     

锥形帽单桩竖向承载力模型试验研究

利用等截面桩、方形帽桩和锥形帽桩3种单桩室内模型对比试验研究了锥形帽桩的竖向承载能力,重点分析其桩顶荷载-沉降曲线、桩身轴力分布规律、桩侧摩阻力曲线和荷载分担比。结果表明,锥形帽桩的极限承载力最大,相较于等截面桩和方形帽桩,锥形帽桩极限承载力分别提高了40.0%和16.7%;且锥形帽单桩的轴力分布更加均衡,其侧摩阻力呈先增大后减小再增加的趋势;桩顶锥形桩帽的设置能改善桩体受力状态,减小负摩阻力影响,提高材料利用率;试验中锥形帽单桩的桩侧阻力占总承载力的比例约63.8%,相比等截面桩与方形帽桩相应值分别增加了128.3%和59.4%,其侧摩阻力在三种桩型中为最大,整体表现为摩擦桩。     

端承桩与摩擦桩负摩阻力性状对比试验研究

通过对普通砂中桩竖向静载的模型试验,分析了在相同桩顶静载作用下桩的沉降稳定后,当地下水位下降时,端承桩与摩擦桩桩侧负摩阻力的变化规律。实验结果表明,在地下水位下降时,端承桩与摩擦桩桩侧负摩阻力的变化具有明显的差异。随着地下水位的下降,端承桩最先出现负摩阻力,负摩阻力引起的下拽力也随地下水位的下降而增大,中性点位置较低,桩顶沉降较小;摩擦桩而后出现负摩阻力,负摩阻力引起的下拽力随地下水位下降而减少,中性点的位置也随着地下水位的下降而上升,桩顶沉降较大。这对桩基负摩阻力性状的研究具有较大的意义。     

涂层对钢管桩身侧摩阻力影响的数值分析

工程中常采用涂层法来消除桩侧负摩阻力问题.为充分认识堆载作用下涂层桩的工作性状,分别建立地表堆载下钢管涂层单桩-土及钢管非涂层单桩-土模型;用有限元单元法对比分析了堆载时钢管涂层桩及钢管非涂层桩工作性状的异同,研究了涂层种类、涂层分布范围对钢管单桩桩身侧摩阻力的影响.发现桩侧加涂层可显著降低桩身侧摩阻力,涂层摩擦系数越小减摩效果越明显,不同种类的涂层其减摩效果相差近10%;仅负摩阻力区布满涂层时减摩效果最佳,用涂层法削弱桩侧负摩阻力时,必须严控涂层施加区域.研究成果对实际工程中涂层法的施工乃至桩基负摩阻力问题的消除、整个桩基工程的安全有重要意义.     

深开挖基坑回弹引起的坑中桩受力与位移计算

深基坑开挖卸载坑底土回弹会对坑底桩的受力性状产生影响.在不考虑桩身自重的情况下以残余应力法和Mindlin解为基础,以桩土位移协调和桩体受力平衡为条件,研究刚性桩桩体回弹量和桩侧摩阻力分布.分析结果表明,桩体的位移量随着桩长和桩径的增长而减小,桩径的变化对中性点的深度位置以及桩侧摩阻力的分布形态影响很小.中性点随着桩长的增加其深度位置逐渐下移.当桩长相对较短时,桩体的位移量随着基坑开挖深度的增加为增大;当桩长相对比较长时,桩体的位移量随着基坑开挖深度的增加而增大,最后出现平缓的趋势.中性点随土体回弹再压缩模量的增大而下移,桩体回弹量随土体回弹再压缩模量的增加而减小,后趋于定值.     

堆载作用下桩体负摩阻力的颗粒流分析

对地面堆载作用下桩土系统的相互作用进行离散颗粒流模拟,分析端承桩在桩周土受柔性分布载荷作用下,桩侧负摩阻力的发展变化趋势,为负摩阻力的研究提供新的方法.数值试验结果表明,负摩阻力的分布随着地表荷载的增加而不断地发生变化,并且当达极限摩阻力后,其值随着桩身位置的不同有不同程度的降低,并非保持不变.     

膨胀土地基桥台桩基负摩阻力现场试验研究

通过在宁淮高速公路某桥台桩埋设的钢筋计,测得了桩身不同深度处各断面2根主筋的轴力,并通过计算得到了桩身轴力、弯矩及桩侧摩阻力的分布曲线.试验与分析结果表明:在上部不对称堆载作用下,桩身一定深度范围内产生负摩阻力;中性点深度比约为0.26;试验区地基土表层黏土压缩性中等偏低,根据JGJ 94—94《建筑桩基技术规范》估算的中性点深度偏大;上部不对称填土堆载会对桩身产生挠曲作用.     

建筑抗震中单桩摩阻力动力效应分析

研究了地震发生时单桩摩阻力动力.为揭示摩擦桩与土体在考虑基本地震荷载作用下的耦合响应规律,采用拉格朗日数值分析方法建立桩与土体计算模型,通过施加地震荷载,分析桩周摩阻力、桩体轴力以及土体的变形在不同地震历时下的情况,得到:1)桩周负摩阻力从桩顶向下呈先增大后减小的态势,在桩长0.35倍范围内出现负摩阻力;2)由于地震荷载的作用,桩侧摩阻力和轴力均不断变化,当地震时间为3s时,桩侧摩阻力和轴力达到最大值;3)随着地震的持续进行,桩体和土体之间的相对位移的变化导致中性点位置发生往复变化;4)由于地震荷载的作用,土体的位移明显增大.在地震历时0~10s范围内,地表沉降迅速增大;在地震历时10~15s时,地震沉降增加的速度明显减慢;当地震历时持续到15~20s时,地表沉降逐渐减小.     

能源桩热-力学特性模型试验与数值模拟

能源桩是集地源热泵与建筑桩基于一体的建筑节能技术,具有经济、环保和节省地下空间资源等优点,因热-力耦合作用导致其承载性状不同于普通工程桩。基于室内模型试验和数值模拟研究,针对多次温度循环下饱和黏土地基中能源桩热-力响应展开研究,分析了桩周温度场、桩土沉降、桩侧摩阻力的变化,结果表明：升温时桩身温度沿深度逐渐减小,土体温度沿径向逐渐降低;降温所引起的桩顶沉降量大于升温的膨胀量,多次温度循环导致桩顶产生不可逆的累积沉降,其累积变形可能会对上部结构的安全造成影响。桩周土由于土体的热固结也发生不同程度的沉降,距离桩身越近沉降越大,且土体沉降速率随循环次数的增加呈逐渐减小趋势,三次循环后B₄点沉降达到1.42%D(D为桩直径);温度荷载所引起的侧摩阻力随温度的升高和循环次数的增加而逐渐增大;升温时桩体上部产生负的侧摩阻力,下部产生正的侧摩阻力,降温时恰好相反,工作荷载的作用导致桩身产生负摩阻力的区域逐渐变小,位移零点也逐渐上移。运用COMSOL Multiphysics软件建立三维数值模型可较好地模拟热-力耦合作用下能源桩的承载力特性,数值模拟结果与模型试验结果吻合度较高,...     

边载作用下单桩负摩阻力中性点位置研究

利用室内实验探究单桩在顶载2 kN、边载分别为4.67、9.34、14.01和18.68 kPa作用下单桩的性能,与ABAQUS模拟对比分析.在ABAQUS分析时以摩尔-库伦为土体本构,利用ODB文件导入法实现地应力平衡,得出桩身轴力、桩侧负摩擦力、桩正负摩擦力分界点发展轨迹.结果表明:边坡荷载的增加,桩身的轴力最大值会对应地增大13.26%、19.38%、27.04%和39.79%,单桩下拉荷载有增大的趋势.负摩阻力中性点深度从0.31增至0.35 m,中性点位置有逐渐下移的趋势.     

刚性桩复合地基承载特性的试验研究

通过现场试验,测出了CFG桩不同深度处的桩身轴力和侧摩阻力,并得到了桩土应力比。分析了CFG桩复合地基中桩身轴力、桩侧摩阻力的分布及发展过程。研究了加载过程中桩侧摩阻力和端阻力荷载分担以及荷载分担比随外荷载的变化规律。最后介绍了CFG桩复合地基中负摩擦阻力的作用,得出了CFG桩由于褥垫层的设置,在加载初期,桩身存在负摩擦力,同时协调了桩土变形,使得桩土共同承担荷载,充分发挥土体的承载能力。     

大直径深长摩擦桩摩阻力特性研究

以大型有限元软件Ansys为工具,引入接触单元模拟桩土接触,用Ansys计算得到大直径长桩在递增的竖直荷载下的桩侧摩阻力值与桩端阻力值。得到大直径深长摩擦桩在不同荷载下摩阻力沿桩身的分布规律和桩端阻力与桩侧摩阻力的比值变化规律。