基于弹性地基板理论的桩网复合地基桩土应力比及沉降计算

将桩网复合地基中的水平加筋垫层视为弹性薄板,垫层下的竖向桩体及桩间土体视为不同刚度的弹簧体系,基于Filonenko-Borodich双参数弹性地基模型,考虑加筋垫层的抗弯、拉作用,根据静力平衡建立薄板挠曲变形控制微分方程,并利用Bessel复变函数推导出相应的挠度函数。在此基础上,考虑桩土变形协调,推导桩网复合地基桩土应力比及沉降的计算公式。为验证本文方法的可行性,对某工程算例进行计算分析。最后,基于本文方法,探讨分析加筋垫层复合弹性模量、筋材拉力、桩土刚度比等因素对桩网复合地基桩土应力比和沉降的影响。研究结果表明:计算与实测结果吻合良好。桩土应力比随桩土刚度比、加筋垫层复合弹性模量及格栅拉力的增大而增大。     

灰土褥垫层工作性能的数值模拟

结合CFG桩复合地基研究状况,利用ANSYS有限元程序,以数值分析的方法建立了CFG桩复合地基的整体弹塑性模型,分析了灰土褥垫层粘聚力和内摩擦角两个因素的变化对复合地基工作性能所产生的影响,得出:桩身应力沿深度变化的一个重要特征是其最大应力点不在桩顶,而是在桩顶下的某一深度处;随着灰土褥垫层粘聚力、内摩擦角、变形模量的增加,CFG桩复合地基的桩顶沉降量、桩顶应力值以及桩土应力比均增加,桩顶刺入量减小。     

复合地基中垫层作用机理

以土力学和弹性理论为基础推导出了刚性、半刚性桩复合地基的竖向变形协调方程,从理论上建立了垫层厚度及压缩模量对刚性、半刚性桩复合地基性质和形状的影响的数学表达式.在此基础上,得出了不同的垫层厚度及垫层模量对桩土应力比、桩身最大应力位置、桩身最大应力、桩土荷载传递的影响.研究结果表明增大垫层厚度及降低垫层模量都能缓解桩顶应力集中程度,但等沉面位置下降,桩端应力增大,因此,靠过多地提高垫层厚度和降低垫层模量来获得较低的桩土应力比不可取;垫层的最佳厚度为0.2～0.5 m,垫层的最佳压缩模量为30一100MPa,这与目前工程上常用的垫层厚度和垫层模量相符;利用该方法可对刚性、半刚性桩复合地基进行优化设计.     

考虑水平摩阻力和大变形的刚性桩网复合地基桩土应力比计算方法

为了研究水平摩阻力对加筋垫层挠度和复合地基桩土应力比的影响,以单桩处理范围内的刚性桩网复合地基为研究对象,考虑加筋垫层的大变形效应和三维尺寸效应,运用大挠度薄板理论对加筋垫层荷载传递特性进行分析,建立其挠度控制微分方程,并结合真实边界条件和桩土相互作用,将荷载传递过程分为假定状态和实际状态,运用伽辽金法和功能原理对其挠度进行分步求解.在此基础之上,利用Winkler地基梁理论对桩土应力比进行计算.采用室内足尺试验对计算方法进行验证,并综合分析土体基床系数、桩间距、桩径和界面摩擦刚度等因素对桩土应力比的影响.研究表明:理论计算结果与试验结果较为吻合,桩土应力比随桩间土基床系数和桩径的增大而减小,随桩间距、界面摩擦刚度和桩体基床系数的增大而增大,成果可为工程实践提供参考.     

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...     

垫层对基桩高应变动测锤击效果的仿真分析

为确定基桩极限承载能力和桩顶受锤冲击产生应力波引起桩身应力变化可能对基桩的完整性造成的危害,针对桩锤、垫层、桩与土组成的锤击系统,利用ABAQUS软件建立有限元模型,模拟整个锤击过程并进行动态分析.将模拟数据与现场实测结果进行对比,证明模拟的正确性,该数值模型可用来研究垫层材料参数对锤击力的影响.结果表明:使用垫层可以有效减小锤击产生的应力,改变垫层刚度较改变垫层厚度对锤击应力的影响更大.     

考虑纵横耦合变形的土工格室加筋体变形分析

针对土工格室加筋体的受力变形特点,将其视为小挠度弹性圆薄板,考虑土工格室与桩土加固区的变形协调、土工格室垫层耦合的水平与竖直变形以及上下界面的摩阻效应,建立此轴对称条件下薄板的挠曲变形控制微分方程,利用Bessel复变函数构造竖向及水平位移解析表达式,从而得出双向增强复合地基网下桩土应力比、沉降及桩土差异沉降的计算公式.采用某工程试验结果对该计算方法进行了验证,证明本文计算方法的合理性.参数分析表明:在一定范围内改变加筋体的复合弹性模量、桩土刚度比、上下界面摩阻系数比等因素可以起到调节双向增强复合地基网下桩土应力比和降低格室体沉降的作用.     

筋箍碎石桩复合地基桩土应力比的计算与分析

针对筋箍碎石桩复合地基的受力变形特点,考虑桩-土的初始应力状态,假定桩为具有恒定剪胀角的弹塑性体,且满足摩尔库伦屈服准则与非关联流动法则,土体和加筋体为线弹性材料,考虑桩-筋材-土三者间相互作用,导得了筋箍碎石桩复合地基桩土应力比计算新公式.为验证本文计算公式的可行性,将本文方法计算结果与弹塑性极限分析方法结果进行对比分析,两者吻合良好.在此基础上,分析探讨了筋材刚度、桩周土变形模量、面积置换率等因素对筋箍碎石桩复合地基桩土应力比的影响.分析结果表明:筋材刚度是桩土应力比的主要影响因素,桩土应力比随筋材刚度、面积置换率、桩体内摩擦角的增大而增大,随着桩周土变形模量和桩体剪胀角的增大而减小.     

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。     

双向增强体复合地基桩土应力比三维分析

针对双向增强体加筋软土路基作用特点,分析了筋材-桩-桩间土在路堤荷载作用下荷载传递机理.将一定厚度水平向加筋垫层视为具有一定刚度的薄板,基于大挠度薄板理论模拟筋材的挠曲变形,将单桩处理范围内的复合地基作为典型单元体进行分析,推导出桩土应力比的计算式,给出了计算方法.采用相关文献中的试验结果对计算方法进行了验证,并与文献中的计算结果进行比较分析.结果表明:采用给出的方法计算出的桩土应力比与实测结果比较接近,说明该计算方法是合理的,可为工程实践提供理论参考.     

高填方路堤段桩网复合地基承载机理及桩土应力比计算方法

针对高填方段软土路基在路堤荷载下桩网复合地基的受力特点,分析了其自上而下的荷载传递机理.首先,将路堤简化为内外土柱,通过内外土柱的整体微分平衡关系,得到了等沉面高度的理论计算式,由此较为合理地模拟了高填方段的土拱效应.而后,针对荷载传递至土工垫层阶段,采用薄膜模拟了桩土之间的荷载分配关系.在此基础上,将桩网复合地基划分为众多土工格栅、桩及桩间土单元体,桩体及桩间土简化为弹性支撑,进一步得到了高填方段桩网复合地基桩土应力比计算式.最后,对影响高填方段桩网复合地基桩土应力比的各主要影响参数进行了初步研究.结果表明,桩土应力比随路堤高度增大逐渐减小,即填土高度增加后桩土荷载分配趋于均匀,而桩间距、填土的压缩模量的增大将导致桩土应力比增加.此外,土工格栅抗拉强度的增大将加大桩土应力比值,但影响幅度较小.     

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。     

基于双等沉面的柔性桩承式路堤荷载-沉降分析

为了建立能充分考虑桩承式路堤各组成部分之间协调变形特性的理论方法,基于柔性桩-桩承式路堤的变形机理,提出了路堤-桩-土协调变形的双等沉面荷载传递模型.首先,该模型基于路堤中的等沉面以及桩承式路堤的变形特点,在桩底以下一定深度处,引入一个与路堤中相似的等沉面.其次,考虑到现有土柱模型的不足,引入能考虑内外土柱间相对位移对摩擦因数的影响的土柱模型.介于上、下等沉面之间的路堤、桩、土,通过彼此的协调变形影响等沉面处的应力,从而影响路堤的总体沉降和桩土应力比.最后,将本文计算结果和复合模量法计算结果与实测结果进行对比,结果表明:与实测值相比,复合模量法计算沉降值的相对误差为19.4％,本文计算沉降值的相对误差为9.6％,本文计算的桩土应力比相对误差为9.91％,证明了本文理论方法是合理的.     

考虑桩间土支撑的桩承式加筋路堤理论分析

在对路堤荷载作用下的格栅-桩-桩间土荷载传递机理分析的基础上,建立了桩承式加筋路堤力学计算模型.采用极限平衡理论,推导了桩承式加筋路堤格栅上表面荷载计算公式.考虑格栅下部桩间土的支撑作用,对格栅受力与变形进行分析,推导了格栅在填土荷载作用下的挠度计算公式,从而可确定桩土荷载分担比.将该方法计算结果与已有测试结果进行了对比,表明该方法的计算结果与测试结果相差不超过6%.     

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。     

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。     

路堤荷载下刚性桩复合地基桩帽效应分析

在分析路堤荷载作用下刚性桩复合地基中桩帽效应的基础上,通过理论分析、有限元计算、室内模型试验以及现场测试等方法,研究了桩帽以及桩帽尺寸的大小,对刚性桩复合地基中桩土分担比、加筋垫层的应力以及整体沉降特性等的影响.研究表明:桩帽的存在增加了桩顶与垫层之间的接触面积,起到均化桩顶集中力、减小桩顶向垫层刺入量的作用,使带帽刚性桩复合地基控制沉降的能力远好于不带帽刚性桩复合地基;桩帽尺寸逐渐增大,桩间土的应力明显减小,Q-S曲线由"陡降型"向"缓变形"转变,有助于带帽刚性桩复合地基整体承载力的发挥,从而提高了刚性桩复合地基的利用效率.     

桩-土体系相互作用有限元分析

介绍了桩土相互作用的一般分析方法和有限元分析桩土相互作用的方法,就桩土相互作用中荷载传递的几个影响因素进行了模拟试验,得出了桩端土与桩周土的刚度比Eb／Es、桩的长径比L／d、桩端扩径比D／d等3个参数的变化对桩土相互作用荷载传递的影响。     

海上风机大直径单桩水平-摇摆耦合振动特性

基于弹性半空间理论,在Abaqus有限元软件中建立海上风机三维大直径薄壁空心桩-土动力相互作用模型,通过荷载控制法研究桩的水平-摇摆耦合振动,分析无量纲频率、单桩长径比、厚径比、桩土弹性模量比值、桩基周围冲刷对单桩动力阻抗的影响,并将所得结果无量纲化,增加其适用性。研究结果表明,无量纲频率对桩基动力特性的影响与其他因素紧密相联;长径比、弹性模量比、厚径比、桩基周围冲刷坑深度对桩基动力特性均存在较大影响;刚度随着长径比的增大而增大,但存在一定的临界桩长,在无量纲频率较低时,阻尼的趋势与刚度类似;当基础周围的冲刷深度达到2倍直径时,基础的刚度将会下降到原来的1/3左右,且阻尼的下降也非常显著。     

静压沉桩后黏土中超孔压时空分布规律研究

为了解层状黏土在沉桩后桩周及桩端的超孔压对沉桩挤土效应的影响,采用现场原位试验和数值模拟方法,分析了桩土界面处超孔压的时空分布特征和上覆竖向有效应力随时间的变化规律,并在水力压裂理论和孔穴扩张理论的基础上引入修正剑桥模型,推导了桩周土体固结过程中桩土界面处上覆竖向有效应力和超孔压的修正计算公式。结果表明:从时间上看,在桩顶的外荷载作用下,超孔压随时间消散的同时,上覆竖向有效应力逐渐增大；成桩后30.d超孔压基本消散完毕,上覆竖向有效应力不再增长,地基土处于休止期。从空间上看,超孔压随桩埋深的增大而增大,在渗透性差的黏土层增长较快；不同荷载条件下,距桩心的水平距离和桩端的竖向距离越小,超孔压越大；靠近桩端和桩心的超孔压最大值与桩顶荷载大小呈负相关关系。