成层地基中倾斜受荷群桩的非线性有限元分析

针对轴、横向荷载共同作用或倾斜荷载作用下群桩基础受力问题的复杂性，引入无厚度型接触面单元和“无拉力”分析方法，采用非线性有限元法对倾斜受荷群桩的受力变形特性进行探讨，开发考虑材料非线性、桩-土-承台共同工作机理、桩周地基土体的分层性及不同桩项荷载形式等因素的计算程序，并由此讨论初始应力场及桩项荷载大小、倾角变化对桩身内弯矩与轴力分布的影响曲线。研究结果表明：刚性承台顶的荷载不变而倾角增大时，中桩桩项的弯矩逐渐增加，边桩的弯矩则逐渐减小；当荷载倾角不变而荷载增加时，承台下各基桩的弯矩变化规律则随荷载倾角的不同而变化。     

堆载下隔离桩对群桩承载及变形特性影响分析

工程建设和工业厂房日常使用中经常存在大面积堆载.隔离桩能阻隔堆载下的地应力传播,削减堆载对周边的影响,这一点已得到学者们的认可;但大面积堆载下隔离桩对群桩承载能力及其变形特性的影响,尚缺乏系统研究.本文通过建立多个考虑桩土相互作用的有限元数值模型,定义了隔离桩对群桩极限承载力提高效应系数和堆载下群桩承载力降低率两个指标,分析了隔离桩的存在对群桩竖向承载力、桩间地表土体沉降及承台沉降的影响.发现设隔离桩能提高群桩竖向承载力约15%,降低承台沉降约1/5,抑制桩间地表土体沉降达2mm,促使隔离桩与最外侧基桩间地表土体微拱.研究成果可为正确认识隔离桩的作用提供参考.     

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...     

石芽地基上桩顶作用效应计算

由于现行规范如JGJ94－94及GBJ7－89中,群桩基础各桩顶荷载分配采用统计的计算方法,未考虑山区石芽地基岩面起伏较大、群桩基础下各基桩长度、刚度不等的情况,可能为传导计算结果有一定的误差。针对覆盖土层多为上硬下软状态的红粘土,且具有超固结性,计算中分别采用竖向、横向地基抗力系数为常数,并考虑柱端嵌岩、扩底等情况,桩顶与刚性承台铰结条件,计算桩顶竖向、横向支承刚度系数。最后按矩阵位移法进行桩顶荷载分配计算。     

黏性土中倾斜荷载下抗拔桩的模型试验研究

为研究黏性土地基中抗拔桩在不同倾斜荷载情况下的承载机理,开展了抗拔桩室内模型承载试验.对比试验结果表明,抗拔桩承受倾斜荷载时,与竖向承载不同,呈现靠倾斜荷载一侧的桩周土体始终受压,而另一侧土体始终受拉的现象.达到极限时,仅靠荷载一侧桩周一定深度土体破坏,破坏区域在地表大致呈现扇形分布,其范围随荷载倾角增大而增大.此外,极限抗拔承载力随着倾角的增大而增大.在此基础上,依据破坏模式建立了倾斜荷载下抗拔桩的计算模型及桩周土体的破裂面方程,并基于单元体极限平衡分析得出了抗拔桩极限承载力计算公式.与试验结果对比表明,该方法计算值与实测值吻合较好.     

支盘群桩在复合荷载作用下的承载特性研究

针对输电线路铁塔基础同时承受竖向、水平荷载的特点,依托实际工程开展了1 000kV特高压铁塔2×2挤扩支盘群桩真型试验,得到其在下压-水平荷载工况下的荷载-位移关系、桩端及承台土压力变化规律;并通过ABAQUS有限元软件,分析了不同桩间距、水平与下压荷载的比值对支盘群桩承载性能的影响.结果表明:在达极限承载状态时,支盘端阻力与桩侧摩阻力共占极限承载力的79.86%,承台占19.6%,桩端阻力占0.84%.因水平荷载对群桩的二阶弯矩效应,使得前排基桩的桩端阻力、桩身轴力均大于后排桩;但对于等径群桩,这种现象并不明显,所以基于前排桩在承受单向下压荷载与复合荷载时的桩身轴力,提出考虑水平荷载作用下的抗压承载力调整系数计算公式.     

缩径承台基桩竖向承载力及桩周土体变形

为了探究含缩径缺陷的承台基桩竖向承载性能和桩周土体变形规律,以缩径位于桩体深部为例,对1根完整承台基桩和6根缩径承台基桩进行了室内透明土模型加载试验,得到了桩荷载-沉降曲线。通过数据处理,得到承台沉降4 mm(极限承载力)时的桩周土体位移场。研究了缩径轴向尺寸和径向尺寸对承载力和桩周土体变形的影响规律,给出了承载力的变化原因。研究结果表明：缩径会严重影响基桩承载力,当轴向尺寸为20 mm、径向尺寸为8 mm时,极限承载力损失可达17.59%。承台和缩径周围的土体产生了较大的变形,减少了桩与土之间的相对位移。随着缩径轴向尺寸和径向尺寸增大,土体变形增大。缩径周围和桩端之间的土体发生贯通现象,桩与土体产生了同步位移,且随着缩径尺寸越大,贯通现象越明显。承台和缩径周围的土体与桩之间的相对位移,以及缩径周围与桩端之间的土体产生的贯通现象导致桩的侧摩阻力降低,从而损失了桩的承载力。     

承台桩基屈曲荷载计算分析

影响基桩稳定的重要因素是桩端约束形式和桩侧土体抗力。根据承台桩基两端均受约束的特点,提出桩侧土体抗力为c法和常数法结合的Winkler地基梁计算模式。根据瑞利-里兹法选取合理的桩身挠曲位移函数,基于弹性小变形理论、势能驻值定理,推导出基桩屈曲临界荷载公式。分析基桩埋置率、桩侧土体抗力分布对临界荷载的影响,具有实际工程意义。     

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.     

基桩的竖向稳定性分析

利用最小势能原理,考虑桩侧地基土体反力和桩周正负摩阻力的影响,求解得到基桩的屈曲荷载与相应的计算长度.通过算例分析研究各因素对基桩竖向稳定性的影响.结果表明,桩侧地基反力和桩相对入土深度是影响基桩屈曲荷载的主要因素,而桩侧摩阻力的影响相对较小;其中负摩阻力的存在将降低基桩的竖向稳定性,所以在基桩稳定性计算时应予以考虑.     

竖向荷载作用下倾斜桩的承载力特性

针对桩身整体倾斜且无初始弯曲应力的倾斜桩,采用室内模型试验对竖向荷载作用下不同倾斜程度的桩进行了研究,发现模型桩在倾斜度不大于4%时,在相同的竖向荷载作用下倾斜桩的桩顶沉降比竖直桩小且倾斜桩的竖向承载力不比竖直桩低,但当倾斜度达到8%时,相同荷载下桩顶沉降大于竖直桩沉降且因桩身发生弯曲破坏导致加载终止.基于工程实例对桩身整体倾斜的单桩进行了数值分析,得出了与模型试验类似的结论.对特定土质条件和桩条件,存在着基于桩身倾斜度对桩顶沉降影响的沉降影响门槛值和基于桩身倾斜度对桩体破坏模式影响的破坏模式门槛值.当桩身倾斜度在沉降影响门槛值以内或以外时,在相同竖向荷载作用下倾斜桩的桩顶沉降分别小于竖直桩沉降或大于竖直桩沉降.当桩身倾斜度在破坏模式门槛值以内时,倾斜桩的竖向承载力主要由桩身侧阻和端阻决定,桩身弯矩不起控制作用;当倾斜度大于该门槛值时,在竖向荷载作用下倾斜桩的竖向承载力主要由桩体抗弯强度决定,随着竖向荷载的增大桩最终将发生弯曲破坏.土质条件、桩身刚度和强度、桩顶约束条件等均会影响门槛值大小.     

人工灌注桩内力和变形分析的微分方程解法

本文根据上部结构在竖向荷载和水平地震荷载组合后直接传给桩端的弯矩、剪力和轴力,对在这三种桩端外力作用下柱与地基土共同工作的内力和变形进行分析,求得桩身内力和变形的解析解。指出了现行设计计算方法存在的问题和不足。特别是对桩的计算简图选取、系数K和计算宽度B取值的讨论以及经详细的解析分析后得到的桩身内力和变形,为桩的强度设计提供了比较可靠的理论依据,避免了现行设计配筋的盲目性。     

基坑开挖中软土侧移形成的曲桩的竖向承载力

根据侧移土中桩的Ｐｏｕｌｏｓ理论编制电算程序，用以求得澳门南方大厦基坑开挖中软土流动形成的曲桩侧向位移与弯矩分布。将最大计算弯矩与分析现场曲桩载荷试验以及实验室测定的桩段破坏弯矩所得的极限弯矩相比较，从而作出曲桩折断判据。     

灌注螺纹桩承载机理与计算方法

通过室内模型试验和数值分析研究了灌注螺纹桩的竖向承载机理.室内模型试验和数值反分析结果表明,灌注螺纹桩承载力取决于土体抗剪强度,承载力达到极限值时,桩周土体出现竖向剪切带.采用数值方法进行了参数分析,研究接触面属性、土体抗剪强度和螺纹桩构造尺寸等不同因素对其承载力的影响,进而分析承载机理及其规律.结果表明,影响螺纹桩竖向承载力的关键因素为土体抗剪强度指标、螺纹桩螺距和螺牙宽度.在此基础上提出了螺纹桩承载计算公式,并用现场试验和数值分析结果进行了验证.     

基于有限元极限分析的桩基础荷载下边坡稳定性

为探讨桩基础荷载作用下边坡稳定性变化的一般规律，提出相应的稳定性系数计算方法. 首先，概述有限元极限分析方法，并引入某陡坡段桩基础工程实例，验证了该数值分析方法的合理性；其次，通过对桩顶水平荷载、黏聚力、桩坡相对位置等因素进行归一化处理，给出了不同工况时桩基础荷载下边坡稳定性系数计算方法，并将其以表格形式表示；然后，在探究桩基础荷载下边坡破坏模式的同时，引入荷载影响因子表征桩顶水平荷载对边坡稳定性系数的影响，并提出了桩基础荷载下边坡稳定性系数半理论半经验方法；最后，探讨了桩顶水平荷载、边坡坡比、内摩擦角、黏聚力及桩坡相对位置对边坡稳定性系数的影响. 结果表明边坡稳定性系数与内摩擦角及黏聚力正相关，与桩顶水平荷载负相关.以上分析可为陡坡段桥梁工程设计提供参考，具有一定的理论及工程应用价值.     

混凝土芯水泥土搅拌桩群桩复合地基承载特性分析

为了探讨混凝土芯水泥土搅拌桩群桩基础在软土地基中的受力特征,以及褥垫层的移动趋势,进行混凝土芯水泥土搅拌桩群桩复合地基加固软土地基的室内模型试验。通过监测分级荷载作用下复合地基的沉降和桩顶、桩底以及桩间土不同位置的应力分布的变化来探讨复合地基承载特性。对桩顶平面处A桩周围土层表面埋设标志物,分析了褥垫层材料的移动态势和桩间土体的沉降量的规律。试验结果表明:复合地基在上部荷载作用下,加载初期是由桩来承担大部分上部荷载;由于褥垫层的调节作用,桩顶面处的桩土应力比逐渐增大,达到峰值后比值有所减小直到趋于稳定。混凝土芯水泥土搅拌桩群桩复合地基在上部荷载作用下的沉降曲线(P-S曲线)为缓变型;褥垫层向群桩所围成几何图形的中心移动,桩周土的水平位移和竖向沉降都以桩为中心呈现由近及远不断减少的趋势。研究结果为工程实践提供了有益的参考。     

群桩基础的可靠性分析

用一维高斯随机场理论，研究了钻孔灌注桩极限承载力的统计参数。相关函数法和方差函数法被用来计算土层的相应范围，通过静力触探和静载荷试验确定钻孔桩的极限承载力的统计特性。考虑到群桩效应，通过桩基础的沉降量来计算其效应，而且单桩和群桩的可靠度由Monte-carlo法来确定。最后与不考虑随机场理论的结果进行比较，系统地研究了桩基础在竖向荷载作用下的可靠度。     

地震载荷下桩-土-上部结构作用机理与数值模拟

桩-土-结构动力相互作用机理研究是提高动力作用下桩基础安全性的重要基础。在分析目前桩基抗震的主要计算模型及分析方法基础上,采用有限元软件ABAQUS,对桩-土-结构动力相互作用体系进行了水平地震荷载下的二维弹塑性有限元分析。比较了角桩、中间桩和中间边桩的剪应力幅值沿桩身的分布,得出了桩身剪应力幅值分布都呈桩顶大、桩尖小的倒三角分布;角桩剪应力幅值较大,边排中桩和中桩的剪应力幅值较小;随着桩间距的增大以及桩边长的减小,不同位置处的桩所分担的剪应力比例差距越来越小;桩土之间的滑移量在桩顶处大,桩尖处滑移量小;桩-土接触界面在动力作用过程中桩顶剪应力幅值有增大-减小-增大的变化规律。