水平受荷桩1g模型试验变形特性的相似分析

针对水平受荷桩在不同的长径比和桩土刚度比条件下可以表现出刚性桩、半刚性桩或柔性桩变形特性的特点,运用刚性桩和柔性桩的临界桩长计算公式,结合相似原理,推导了重力加速度为1g条件下缩尺模型桩与原型桩的临界桩长相似比,与几何相似比进行对比,评判模型桩和原型桩的变形特性,分析桩身材料模量相似比与几何相似比对模型桩和原型桩变形特性相似性的影响,并通过有限元方法进行数值模拟验证。研究结果表明:桩身材料模量是控制模型桩与原型桩满足变形特性相似的主要参数;直接采用原型桩材和原型土开展的模型试验与原型桩的变形特性不具有相似性,但通过选择模量相似比接近于几何相似比的模型桩材可以使得模型试验结果与原型相似。     

考虑桩土接触面特性的水平受荷单桩数值分析

采用数值方法研究了桩土接触面特性对水平受荷桩受力特性的影响,并通过对工程实例的分析验证了计算方法的有效性.实例分析表明,设置接触面对于正确模拟桩土受力特性有较大影响.计算所得的桩身弯矩和位移曲线表明,水平受荷桩的入土深度有个临界值,桩身过长对提高水平承载力无明显作用.     

膨胀土浸水过程中水平受荷单桩p-y曲线研究

为了建立膨胀土地基浸水过程中不同含水率的水平受荷单桩p-y曲线,首先开展膨胀土浸水前和浸水饱和2种工况下的水平受荷单桩模型试验,分析桩身弯矩变化规律;然后基于温度场等效湿度场理论,采用ABAQUS有限元软件对模型试验进行模拟,通过无荷载膨胀率试验和模型试验验证有限元计算模型的准确性.在此基础上,建立浸水过程中其他5种不同含水率工况的计算模型,对有限元计算结果进行了处理分析.研究得到以下结论：(1)同级荷载作用下,膨胀土浸水饱和后的桩身弯矩值比浸水前的值偏大,当荷载等级增大时,膨胀土浸水前后桩身弯矩的差值也会随之增大,此时桩身弯矩零点位置也明显下移;(2)得到了水平受荷单桩在7种不同含水率工况下的有限元计算p-y曲线族;(3)确定了膨胀土地基浸水过程中水平受荷单桩的理论p-y曲线函数表达式,并通过模型试验和有限元模拟验证了其合理性.     

贵州地区水平受荷嵌岩群桩内力与变形特性分析

水平荷载作用下嵌岩群桩的受力主要受桩间距、嵌岩深度、桩径、土层厚度的影响,借助数值模拟来探究这些因素对基桩内力、变形的作用。基于ANSYS,介绍土岩本构模型及力学参数,对水平受荷群桩进行数值模拟,采用正交试验来研究各因素对基桩变位的影响。结果表明:存在临界桩间距,在该临界桩间距内峰值弯矩、桩底剪力与桩间距正相关;桩底弯矩、剪力随嵌岩深度增大而增大;基桩弯矩、剪力绝对值随桩径增大而增大;基桩弯矩峰值位置随土层厚度增大而下移;土层厚度是影响群桩变位的主要因素。     

粘土中水平受荷桩基计算方法

对黏土中实测p-y(水平抗力-水平位移)曲线方法进行总结和计算,认为该方法对于试验桩基和弯矩拟合函数的依赖性强,且形式复杂,普适性差.选用简单的理想弹塑性p-y曲线模型,并采用m值和统一极限抗力作为模型参数,对黏土中的水平受荷桩进行分析.与Matlock实测p-y曲线模型进行对比分析,证明理想弹塑性模型适用于不同直径桩基,尤其是大直径桩的计算.通过实例对比分析,证明了该模型适用于不同土性的黏土场地中桩基的计算.     

边坡段水平受荷桩桩前土抗力折减效应的模型试验研究

为解决由于边坡存在造成的土抗力折减问题,开展了黏性土中平地及不同边坡条件下的基桩水平加载室内模型对比试验.试验结果表明,两种工况下水平受荷桩的荷载变形曲线及内力变化规律基本一致,但位于坡体上的基桩的承载能力明显折减,而该折减效应与边坡角度及桩位于边坡的位置紧密相关.进一步量化分析了土抗力折减效应的影响因素,提出了折减效应与桩位于边坡的位置和边坡角度的定量关系.在此基础上,通过对坡体上极限土抗力和初始刚度的合理修正,建立了可考虑边坡处土抗力折减效应的水平受荷桩的p-y曲线计算公式.理论计算值与已有的试验结果的对比表明两者吻合较好.     

黄土场地水平受荷桩的应变楔计算方法改进

应变楔方法是一种能较好地考虑桩土相互作用和土的非线性本构关系的水平受荷桩理论计算方法,桩-土相互作用模式和土的本构关系是应变楔方法研究的切入点和难点。在已有应变楔模型的研究基础上,结合结构性黄土联合强度,将黄土的抗拉强度引入应变楔法计算中,对桩前应变楔土体的水平应力增量Δσ_h、发挥摩擦角φ_m和桩侧剪应力τ做出改进,并通过算例验证了改进计算方法的适用性。计算结果表明：改进计算方法适用于黄土场地水平受荷桩的计算,迭代算法和流程可靠;考虑黄土抗拉强度的水平应力增量Δσ_h和桩侧剪应力τ的计算值略微偏小,发挥摩擦角φ_m的计算值会略微偏大,导致考虑黄土抗拉强度的桩顶位移和桩身弯矩最大值比不考虑黄土抗拉强度的计算值略微偏小,但和现场试验实测结果基本一致。     

基于ANSYS的组合荷载作用下水平受荷桩的有限元分析

根据泰州市郊某一拟建工程中桩的水平静载试验数据,运用有限元分析软件ANSYS,对水平荷载单独作用下的单桩进行了三维有限元数值模拟与分析,并在此基础上对模型进行改进,研究了组合荷载作用下桩的工作性状。主要分析了水平荷载、轴向荷载、桩的抗弯刚度、桩径以及自由段桩长对桩身响应的影响。研究结果表明:桩身水平位移和弯矩随着水平荷载和轴向荷载的增加而增大,且当水平荷载较大时,轴向荷载作用引起的P–?效应(轴向荷载引起的附加位移)比较明显,其随自由段桩长的增加而增大,随抗弯刚度和桩径的增加而减小。     

坡顶斜向受荷桩内力及位移分析

位于边坡顶面上的建（构）筑物桩基,具有承重和阻滑双重功能,又兼有抵抗水平荷载或倾斜荷载作用,其受力性状远比边坡内部的抗滑桩、水平地面上的横向受荷桩或倾斜受荷桩复杂。在综合分析和评价国内外组合受荷桩研究工作的基础上,分析了坡顶斜向受荷桩独特的受力特点,从而将其分为自由段、受荷段、嵌固段3个特征桩段,在此基础上,综合考虑p-△效应、滑坡推力、地基系数、桩身侧摩阻力、桩身自重等影响因素,建立了各特征桩段的微分方程。基于＂m＂法,采用矩阵计算方法,得到单桩计算分析的幂级数解答,并通过实例分析表明该方法准确方便。     

冲刷条件下考虑软粘土应力历史的水平向受荷桩承载性能分析

冲刷会带走桥梁基础附近的土体导致桥梁承载力降低。大部分桥梁事故的发生都和冲刷有关,因此评估冲刷对桥梁安全性的影响格外重要。在实际的生产过程中,对桥梁桩基在冲刷条件下稳定性的评估往往是通过简单地移除桩基附近的土体得到的,但是忽略了剩余土体应力历史的改变。实际上,剩余土体在冲刷作用带走其上覆土体时经历了卸荷的过程,从而导致其超固结比增加。本文在使用p-y曲线理论分析水平向受荷桩时考虑了软粘土的应力历史。为了说明应力历史的影响,对传统的p-y曲线进行修正,计算不同冲刷深度下水平向受荷桩的响应,并通过一个案例来比较考虑和未考虑应力历史影响的计算结果。结果表明考虑了应力历史影响后极限土阻力会下降21.8-32.7%,忽略软粘土的应力历史将导致在设计冲刷条件下的水平向受荷桩时偏不保守。     

考虑软土特性影响的层状地基中横向受荷桩力学特性研究

基于层状地基中横向受荷桩力学模型,利用分离变量法,求得不同地层条件下横向受荷桩的位移方程.运用数值计算方法,分析了软土层物理特性(弹性模量、泊松比、厚度)及分布特征等对桩基力学特性的影响.结果表明:横向受荷桩的桩身变形和内力均随软土层弹性模量增大而减小,而软土层泊松比则对桩基力学特性影响很小;软土的分布特征对桩基力学特性影响显著,与软土处于层状地基中部相比,上层为软土的地基中桩端变形和最大内力均增加2倍;随上部软土层厚度增大,桩基横向位移增大,而其最大弯矩和负剪力则呈现先增后减的趋势.     

成层土中竖向受荷桩沉降性状简化计算方法

基于应力泡形虚土桩模型和考虑桩土界面初始临界摩阻力的改进双曲线模型,提 出了一种可以考虑桩端应力扩散效应和桩土界面初始临界摩阻力影响的竖向受荷单桩沉降 简化计算方法.首先,利用该计算方法分析讨论了模型参数对单桩沉降的影响程度,并给出了 合理的取值范围;其次,将用该计算方法得到的结果与现场实测数据对比分析,验证了本文计 算方法的合理性,并进一步分析研究了不同桩顶荷载作用下竖向受荷桩的桩身压缩与桩端土 体沉降所占比重关系、桩身轴力分布规律以及桩侧摩阻力发挥特性等 .本文的计算方法参数 明确,应用简便,可以为桩基础设计提供更为准确的沉降值,具有广泛的工程应用前景.     

侧向受荷桩的有限元——弹性理论分析法

采用非文克尔地基模型,依据Mindlin的弹性理论解,建立地基的柔度矩阵,将桩视为由侧向弹簧支承的连续梁,弹簧的刚度为变刚度,采用逐次迭代的方法求解,并与实测结果对比,其吻合程度较好。     

水平受荷倾斜群桩模型试验及受力机理研究

长期受水平荷载的工程涉及到倾斜桩的应用,其水平承载能力和桩周土体行为受到关注．设计了4组不同布桩方式的室内倾斜群桩水平加荷模型试验,针对6桩承台,对比分析了倾斜群桩的桩身位移、桩身内力及桩周土体变形,相较于群直桩,同向10°、对称10°和对称20°的倾斜群桩水平承载力分别提高了13.3%、28.3%和75.0%,桩顶最大水平位移依次减小了21.3%、35.6%和53.9%,倾斜群桩的桩身内力较小,侧摩阻力较大,桩顶土体水平位移最多减少了48.9%,桩底土体竖向位移最多减小了56.4%．建立了承台-倾斜群桩-土体在水平荷载作用下的精细化有限元模型,进一步分析了足尺条件下不同布桩方式倾斜群桩与土体的相互作用．直桩抵抗水平荷载的作用主要由土体沿桩身法向抗力提供,而倾斜群桩在水平荷载下产生较大的侧摩阻力,且斜桩侧摩阻力水平分量在抵抗水平荷载中发挥重要作用,对称20°倾斜群桩中侧摩阻力水平分量占比高达35%,所以其水平荷载能力更强,显著提高结构的抗侧刚度．承台与桩连接方式的改变没有影响其受力模式,刚接时桩顶存在负弯矩,更有利于减小桩身弯矩和桩顶位移．合理布置的倾斜群桩可以在水平荷载下发挥显著作用...     

深厚软黏土地基中大直径单桩基础现场水平受荷试验及p-y曲线适用性研究

基于某海上风电场开展的单桩水平受荷特性现场试验,研究了深厚软黏土中2.4. m 大直径钢管桩荷载-位移响应、桩身挠度及桩身弯矩规律;探讨了m法、 API 规范法和双曲线型p-y曲线在软黏土地基中的适用性,并建立数值模型对不同直径单桩基础的水平承载力贡献因素进行分析。结果表明: API 规范法与双曲线型p-y曲线在浅层土中p-y曲线初始刚度与桩周土抗力偏大,双曲线型p-y曲线在一定深度下能够较好地预测土反力随位移的变化关系,m法与双曲线型p-y曲线计算得出的水平位移较实测值偏小,结果偏向不安全, API 规范法计算结果相比实测值较大,计算结果较为保守;随着桩径增大,单桩基础的侧摩阻力和基底抗力对水平承载力贡献也会随之增大,双曲线型p-y曲线会严重低估单桩的水平承载力。     

双参数层状地基受水平荷载长桩的水平位移计算

基于能量变分原理推导了双参数双层地基中受水平荷载长桩平衡微分方程和相应的边界条件以及中间各层地基相互联系的弯矩平衡、剪力平衡、位移以及转角连续条件.同样多层地基也可以用这些条件来联系.将平衡微分方程的解-位移函数代入弯矩平衡、剪力平衡、位移以及转角连续条件可以求得分段位移函数的系数,从而确定多层地基中受水平荷载长桩的水...     

砂土中斜桩单桩水平承载与变形特性数值分析

为了研究砂土中各方向水平荷载作用下斜桩单桩的变形及承载特性,基于数值模拟探究正、负斜桩在水平荷载作用下桩周土的位移区范围、桩?土接触应力及桩身位移、剪力和弯矩分布,并进一步分析水平斜交荷载作用下斜桩单桩的承载力,给出不同倾斜角度、斜交角度时斜桩水平承载比预测经验公式.研究结果表明:在相同水平荷载作用下,负斜桩的桩周土塑...     

传递矩阵法在横向受荷桩计算分析中的应用

针对现行的《公路桥涵地基与基础设计规范》在横向受荷桩计算分析中无法对地基分层、桩侧土地基比例系数变化或桩身抗弯刚度变化直接解答等缺点,将传递矩阵法引入横向受荷桩的结构计算分析中.根据线弹性地基反力法的基本原理,将桩划分为若干单元并将其简化为多点弹簧支承的连续梁,利用材料力学的知识求得结点之间状态向量的传递关系及桩的总体传递矩阵;根据桩底边界条件,求得桩顶的初始状态向量.通过实例分析与其他计算方法比较,结果表明该法可有效地解决现行规范计算方法存在的不足之处.     

土体侧移作用下轴向受荷单桩承载性状数值分析

地下工程开挖引起的土体侧移对邻近轴向受荷桩的承载和变形性状可能会产生负面影响,对于这一问题目前还缺乏充分的研究.采用有限差分软件FLAC 3D(fast Lagrangiananalysis of continua 3D)进行分析,讨论轴向受荷桩在土体侧移作用下的承载和变形特性,重点分析了土体强度、桩身刚度以及桩顶不同约束条件下的单桩性状.数值分析表明,在竖向荷载和侧向土体位移耦合作用下,轴向荷载的增加或者侧向位移的变大,对桩身变形和弯矩有着明显的影响,而土体强度、桩身刚度以及桩顶约束条件也会对桩的受力特性产生不同程度的影响,在工程实践中应予以充分重视.