CFG桩复合地基褥垫层效用的三维有限元分析

水利工程中常采用CFG桩复合地基以提高水闸地基的承载力。由于上下游存在水位差,褥垫层材料常采用水泥土或黏性土代替散粒体材料。利用大型通用有限元软件ABAQUS,建立单桩复合地基三维有限元模型,分析了不同褥垫层材料、不同桩体模量及不同桩长对桩土应力比和桩土沉降的影响。为CFG桩复合地基褥垫层材料的选择、桩长及桩体模量的设置提供了依据,有利于复合地基的优化设计。     

静载及循环荷载下砂土中复合桩基承载特性模型试验研究

随着桩基的广泛应用,对桩土间承载机理的研究越来越多.根据桩土间接触作用,采用大比例桩土模型进行了室内试验.为更好地仿真桩土间的摩阻效果,试验过程中对桩的材料进行了改进,并开发了一套竖向静载及循环加载系统和测试装置.通过对砂土中复合桩基进行竖向静载和循环加载试验,基于模型桩基的桩顶沉降、桩身轴力、桩侧摩阻力及桩底反力等数据的分析,发现桩基承载性能随加载次数增加而增强:桩顶沉降提高了29.6%,桩身轴力提高了40.4%,桩侧摩阻力下降,桩底反力提高了50%,且桩基极限承载力提高了25%,为继续研究服役期桩基不同加载条件下的桩-土作用提供了数据支撑.     

水平地震下单桩动力响应的数值模拟及参数分析

针对水平地震作用下的桩土相互作用体系,建立了单桩-地基土系统三维有限元几何模型,运用此模型,对系统进行了水平地震作用下的单桩横向非线性动力响应分析,计算中,考虑了地基土的材料非线性、桩土界面状态非线性以及桩土弹模比、土体材料阻尼比和输入地震动水平等非线性因素和材料参数的影响.计算结果表明:桩土弹模比对桩土动力相互作用的影响较为明显.     

桩承土工合成材料加筋路堤参数的优化分析

针对一个典型的采用深层搅拌桩的桩承土工合成材料加筋路堤形式,建立数值模型,综合分析土工合成材料的拉伸刚度、桩净距和土工合成材料的布置层数对这种联合复合地基形式不同的加固影响效果,最后得出选用的土工合成材料的层数及拉伸刚度的最佳设计参数,可以为类似工程提供参考。     

超长摩擦群桩承载性状的试验研究

以东营黄河特大桥超长群桩基础为研究背景,采用室内模型试验的方法对超长群桩基础的承载性状进行了研究。室内模型试验完成了3组群桩模型试验,组成群桩的桩数分别为3根、4根和6根。桩身材料以铝管模拟,桩身变形用电阻应变片测试,以获得桩身不同截面的轴力,进而获得侧摩阻力的分布曲线。桩侧不同深度的土压力以埋设土压力盒的方法测得,从而获得桩周不同深度处的土压力值。试验也对桩顶和桩端位移进行测试,获得了超长桩的荷载-沉降曲线。文章对模型试验过程进行了简捷的介绍,重点分析了试验的结论,揭示桩-土-承台结构相互作用的机理。     

散体材料桩复合地基桩土应力比计算新方法

针对现有桩土应力比计算方法存在的局限性与不足,研究了基于桩土相互作用机理的散体材料桩复合地基应力应变关系,并在考虑桩、土体孔隙率随加载而不断变化的基础上,建立了面积置换率与桩、土体变形模量及泊松比的确定方法.引进分级加载和分层计算的思想,建立了散体材料桩复合地基桩土应力比计算新方法.该方法适用于不同布桩方式下桩土应力比的求解,且能够反映桩、土体变形模量和面积置换率随加载而不断变化的特点.工程实例计算与分析并与其他计算方法比较表明了该方法的合理性与可行性.     

不同注浆材料作用下后压浆桩桩-土界面力学特性分析

为了研究不同注浆材料对后压浆桩桩-土界面的加固效果，开展了大型界面剪切实验.针对后压浆桩在各类土层中的应用，设置了砂土、风化岩、黏土3种不同土样，以研究不同土层环境下压浆对界面剪切性状的影响.采用双曲线模型及考虑剪切应力软化的剪切力学模型对剪切数据进行拟合，通过荷载传递法对压浆桩和未压浆桩的承载特性进行计算分析.研究结果表明，不同注浆材料作用下桩-土界面力学特性均有所改善.在砂土和风化岩中桩-土界面剪切应力与剪切位移之间的相互关系未受压浆影响；在黏土中，压浆改变了桩-土界面的力学特性，呈现出与未注浆接触面不同的软化现象.算例中桩基压浆前极限承载力为7.936 MN,粉煤灰基地聚合物、粉煤灰-水泥以及纯水泥浆液压浆后的极限承载力分别为13.492、13.647、13.926 MN.     

散体材料桩复合地基桩土应力比分析

对散体材料桩复合地基承载力机理及影响桩土应力比的主要因素进行分析与探讨;针对散体材料桩受荷时不仅产生竖向固结,而且伴有侧向鼓胀这一变形特性,基于弹性理论解析,导出线弹性状态下桩体及桩周土的应力-应变关系,进而得出正方形布桩和梅花形布桩这2种典型布桩方式下桩土应力比的计算公式,并在此基础上,分别对桩体和桩间土体进行时效分析;基于弹性理论及太沙基一维固结理论,导出考虑时间效应的桩土应力比计算公式。采用所提出的计算方法对某工程实测结果进行分析与比较,其结果表明,考虑时效后桩土应力比随时间的增加而逐步提高,且理论的桩土应力比变化曲线与实测曲线较吻合。     

不同桩体材料超长单桩室内模型试验

对竖向荷载作用下的不同桩体材料超长单桩进行模型试验研究,分析其承载机理和变形特性,研究两种材料超长单桩的荷载-位移特性,桩侧摩阻力、桩端阻力的发挥性状,桩侧摩阻力和桩-土相对位移的关系以及桩身压缩量。结果表明,桩身材料的性质在很大程度上影响了超长单桩的承载和变形机理,超长单桩设计中应重视桩身材料的选择。     

碎石桩复合地基应力应变分析

在考虑桩 土相互作用的基础上 ,根据桩 土侧向变形协调及竖向变形相等的条件 ,应用弹性理论导出了线弹性状态下桩体及桩周土的应力 应变关系 ,得出了桩体材料屈服时桩 土应力比的计算式 ;利用摩尔 库仑屈服准则导出了桩周土处于极限平衡状态时 ,桩体和桩周土竖向变形的表达式以及碎石桩极限承载力计算式 ;讨论了桩 土应力比与置换率及桩周土变形模量的关系 .研究结果表明 :用碎石桩加固软土地基 ,加固效果较好 ;但用碎石桩来加固土的变形模量大于 8MPa的地基 ,加固效果不明显 .对于碎石桩加固的软土地基 ,应按控制沉降量设计法代替传统的控制承载力设计法进行设计计算 .     

复合土钉墙中搅拌桩对变形及土钉拉力的影响

复合土钉墙中的水泥搅拌桩对于减小基坑水平位移、改善土钉的受力状态有重要作用,但目前对于搅拌桩在复合土钉墙中这一作用的研究多局限在定性探讨,未进行较为量化的分析,在复合土钉墙的设计中也一般将搅拌桩作为安全储备.文中通过对复合土钉墙的有限元分析,对复合土钉墙中不同搅拌桩排数、长度及不同土层情况进行了对比研究.结果表明,设置不同排数的搅拌桩对于复合土钉墙的受力机理、变形特性、土钉拉力大小及分布均有较大影响,1~2排搅拌桩较为合理,过多的搅拌桩排数可能会导致复合土钉墙出现重力式挡墙的受力、变形性态,增加上部土钉的拉力.     

单桩轴向刚度的非线性分析

通过采用非线性荷载传递函数模拟桩土之间的非线性共同作用,提出了单桩轴向刚度的非线性分析方法;讨论了桩长、桩直径、桩身材料弹性模量以及不同传递函数类型等因素对桩刚度的影响;并把计算值与实测值进行了比较,结果比较一致。     

考虑薄层连接单元的桩-土-结构动力有限元分析

考虑土和结构物的动力相互作用时，两者之间的接触状态必然对基础和结构反应产生影响．通过假定桩土接触面薄层单元本构关系特征，人为地在两种不同材料交界面上引入一种位移间断面，并采用有限元方法将其位移及刚度反应到桩土子结构中．文中给出了桩-土-上部结构动力有限元平衡方程．计算分析表明，考虑薄层单元接触效应与假定桩土位移一致协调条件下所得的动力反应结果是有一定差异的     

不同桩体材料复合地基承载及变形性状对比试验研究

通过室内模型试验,实测得到碎石桩、夯实水泥土桩和CFG桩复合地基桩土荷载分担比、桩土应力比和桩间土深层变形,并对三类不同桩体材料复合地基的承载及变形性状进行了对比分析.认为碎石桩复合地基和夯实水泥土桩复合地基均存在有效桩长或有效复合土层厚度;碎石桩桩长超过有效桩长,对提高复合地基承载力和压缩模量、减小变形效果不明显,除一些特别情况如为处理可液化地基外,设计桩长可适当超过有效桩长,但不宜过长;夯实水泥土桩复合地基的有效桩长与桩身强度相关性显著,应以桩身强度控制进行夯实水泥土桩桩体设计,使按桩身强度确定的单桩承载力大于或等于由桩周土及桩端土的抗力所提供的单桩承载力;CFG桩复合地基桩身强度高,桩体自身压缩性小,可全桩长发挥侧阻作用,当桩端落在好的持力层时,能很好地发挥端阻,提高承载力,减小变形,设计时应优先选择好的桩端持力层进行设计.     

半空间地基中虚土桩模型的精度分析及应用

对虚土桩模型求解半空间地基上刚性圆板垂直振动特性的精度及应用进行研究.首先将刚性圆板正下方直到基岩的圆柱形土体看作虚土桩,通过求解桩土耦合振动,得到了简谐荷载作用时刚性圆板下均质滞回材料阻尼土体振动位移解,进一步利用该解,根据桩土接触面的边界条件来考虑桩土耦合作用,求解虚土桩的动力平衡方程,进而得到了桩土体系的定解.然后将虚土桩模型得到的刚性圆板的动力特性与现有精确解进行对比分析,结果表明本文解与现有精确解较吻合,具有足够高的精度.最后讨论了主要参数对虚土桩顶复刚度的影响.     

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。     

不同桩体加固液化土性状的振动台试验分析

为进一步研究不同桩体加固液化土机理,通过振动台模拟地震荷载,对性质不同的水泥土桩、碎石桩、水泥土桩与碎石桩复合加固液化土形式展开一系列试验,进行不同桩体加固液化土的研究。针对不同加固模式,采集不同埋深处的超静孔隙水压力、沉降量、土压力、加速度的相关数据,整理组合得出时程曲线,分析不同加固形式下液化土各变量之间的关系,探讨其变化规律。研究结果表明:水泥土桩加固土体遭受地震破坏在浅层,碎石桩加固、复合桩加固土体遭受地震破坏在中部;碎石桩加固有利于孔隙水压力消散,水泥土桩加固增强了土体刚度;实际工程尽量考虑采用碎石桩与水泥土桩复合加固形式加固液化土。     

开闭口静压管桩贯入过程桩土界面土压力试验

为更好地研究静压管桩贯入过程桩土界面土压力,采用安装在桩身表面的不同位置处的微型硅压阻式土压力传感器对沉桩过程中桩土界面土压力进行了监测,研究了黏性土体中开闭口静压桩径向土压力以及不同位置处桩土界面土压力与桩侧上覆土重比值(Δσ/σx)的变化规律.研究结果表明:沉桩过程中开口桩M1和闭口桩M2的桩土界面土压力变化规律基本相同,均是随着沉桩深度的增加近似呈线性增长的趋势,沉桩结束时离桩端不同距离的传感器测得的土压力最大值介于4.54~20.03 kPa.同一深度处的径向土压力均呈递减趋势,出现“侧压力退化”现象,退化幅度介于15.2%~71.4%.Δσ/σx沿桩身向下逐渐增大,试桩M1,M2的最大值分别为1.28,1.31.研究结果对实际工程中大直径海洋钢管桩径向土压力的确定具有重要的借鉴意义.     

考虑桩土滑移的超长桩沉降非线性算法

考虑超长桩桩周土体加工软化和加工硬化等不同性状,采用三折线荷载传递模型模拟其竖向荷载下桩侧传递规律,并以理论τ-z曲线描述桩侧界面桩土接触非线性。在此基础上,针对荷载传递过程中桩土滑移现象,对超长桩及桩周土分别建立单元进行离散化处理,根据桩土体系平衡条件得出桩土体系刚度矩阵方程及其迭代求解流程,从而提出了可考虑桩土滑移的超长桩沉降计算非线性分析算法.与现场试桩实测数据对比表明,本文方法计算值与实测值基本吻合,可供工程实践参考。     

碎石桩复合地基桩土应力比计算

首先分析了桩土应力比计算方法及其计算中存在的问题.针对这些问题,通过引进圆孔扩张理论,根据平衡条件及位移协调条件,导出了受荷过程中桩土应力应变关系.并针对桩体间距不同,桩间土应力亦不同的实际情况,提出了桩体影响半径概念,分别得到了不同桩间距下的复合地基桩土应力比计算公式.与已有方法相比,该方法能较好地模拟桩体侧向膨胀造成的桩土共同作用现象,并能充分考虑桩体间距的重叠效应.最后,基于相似理论完成了桩土应力比的室内模型试验,获得了相应的实测结果,实测值与计算值最大误差为12%,说明该方法可以满足工程应用的需要.