碎石土边坡坡度对桩基地震响应的影响

我国已建或在建的线路工程很多是在具有强烈地震活动的山区斜坡地带,而作为主要基础形式的桩基抗震设计优化措施仍不完善,忽略了边坡坡度这一重要边坡几何参数对斜坡桩基地震响应的影响.以某输电线路改建所穿越的碎石土边坡为研究对象,采用PLAXIS3D有限元软件建立边坡-岩土体-桩结构体系分析模型,分析边坡坡度对桩基动力响应表征参数的影响、边坡坡度对动力p-y曲线表征参数的影响.研究结果表明,桩身动力响应表征参数中桩身加速度、弯矩、位移均随斜坡坡度增大而增大,但变化的幅度随桩深的增加越来越弱.因边坡坡度的影响,坡体上部土体丧失了抵抗强度使桩基础产生了明显的响应突变;地震输入下非线性碎石土动力p-y曲线相对来说较为规则且对称,随着埋深的增加,动力p-y曲线表征参数中土体刚度逐渐变大,土反力增大,滞回圈面积减小.通过统计分析得出了上述6个表征参数与桩深度(z)、坡度(β)的回归关系.     

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。     

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。     

竖向荷载下软土中碎石单桩破坏模式及承载力计算

采用有限差分法对软土地基中碎石桩单桩竖向受荷破坏全过程进行数值模拟研究.引入考虑体积应变截断的塑性硬化模型模拟碎石桩体,能够较好地反映碎石桩体的非线性剪胀力学行为以及由此引起的桩土相互作用.重点分析了桩体鼓胀变形、桩侧土压力演化以及由此决定的单桩破坏模式与典型荷载沉降曲线.传统单桩极限承载力公式所假设的整体剪切破坏模式仅适用于刚度较大的土体,而在软土中局部剪切破坏模式更为常见.为此,基于弹塑性介质中圆孔扩张理论推导了考虑桩体鼓胀变形及桩周土体刚度的碎石桩单桩承载力计算公式,并通过对比数值解验证了推导公式的有效性.较为系统地研究了软土地基中碎石桩单桩的承载机理及破坏模式,可为进一步研究碎石桩复合地基承载机理打下坚实的基础.     

大直径钻孔灌注桩群桩效应非线性分析

应用有限单元法应用程序对不同群桩效应系数下大直径钻孔灌注桩的群桩效应进行了较为深入系统的数值分析,提出了以群桩周边包络线范围内的桩身体积与土体体积(含桩体积)之比作为新的折减系数,并采用该系数对单桩p-y曲线进行折减后得到的群桩p-y曲线作为桩土横向作用模型,对大直径钻孔灌注桩的群桩效应进行非线性分析,比传统方法具有一定的优越性.实例证明了笔者给出的折减系数的可行性和简便性.     

堆载下土体侧移及对邻桩作用的有限元分析

在分析堆载作用下土体侧向位移的基础上 ,采用有限元法对无桩条件下的自由场土体侧向位移以及设置桩基后的桩土相互作用进行了数值分析 ,讨论了土体弹性模量和泊松比对土体和桩基侧向变形的影响 .结果表明 ,邻近堆载的自由场土体侧向变形可近似为上部软土的抛物线形和下部硬土的倒三角分布模式 ,采用不同的土体本构模型 (弹性或弹塑性 ) ,桩基的变形规律随弹性模量、泊松比变化而不同     

地震作用下大直径嵌岩单桩动力响应数值分析

以大直径嵌岩单桩为研究对象，对地震荷载作用时桩、土、岩的变形规律及桩基刚度进行分析，在有限元-无限元耦合数值模拟中引入土体非线性黏弹性本构模型与岩体损伤本构模型来描述桩周土、岩介质刚度随应变衰减的特性。数值模拟结果表明，大直径嵌岩单桩位移、加速度等动力响应，土体非线性滞回特性以及岩石损伤程度等显著受到桩基嵌岩深度、岩石风化程度和地震烈度等因素的影响，在设计时应深入分析。     

海上风电大直径单桩基础优化研究

目前用于海上风电大直径单桩基础设计的API规范的p-y曲线法低估了土的初始刚度，导致设计过于保守。本文借鉴国际上关于大直径单桩基础桩-土相互作用研究最前沿的PISA项目成果，采用能够真实反映大直径单桩基础受力模式的四刚度弹簧来模拟桩-土相互作用，依托国家电投神泉一(二)期工程进行大直径单桩基础的优化研究，在满足频率、应力、变形、疲劳等设计指标的条件下，对单桩基础的入泥深度和壁厚进行了优化，所得设计桩重相比Ramboll方法可优化6%～7%,相比API方法可优化30%以上。     

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。     

饱和砂土中桩基的振动台试验

确定地震荷栽作用下液化土层中桩的p-y特征参数,是客观评价此时桩水平承载特性的关键．通过饱和砂土中桩基的大型振动台试验,获得了不同相对密度砂层液化时的桩身弯矩和桩顶重物的加速度．根据试验结果,提出利用对静力p-y(p为相互作用力,y为相对位移)曲线进行折减,得到液化砂土中桩的水平承载特性的方法,进而应用非线性文克尔地基梁模型,计算了砂土液化时的桩身弯矩．若砂土的相对密度为20%～40%时,把静力p-y曲线折减为原来的0．1,作为液化砂土的p-y曲线．数值计算的桩身弯矩与试验结果比较一致．     

盾构开挖引起邻近桩基水平位移的简化计算方法

基于盾构开挖侧穿邻近桩基引起桩-土相互作用的实际工况,提出了一种可预测桩基水平变形的简化计算方法. 采用两阶段法获得盾构开挖引起邻近桩基水平位移简化计算方法,第一阶段采用Loganathan公式计算盾构开挖引起邻近桩基轴线处土体自由水平位移场;第二阶段把桩基简化成 Euler-Bernoulli 梁放置在 Vlasov 地基模型上,建立桩基水平位移控制方程,结合桩基两端约束情况,采用差分法获得邻近桩基的水平位移矩阵解. 随后考虑群桩之间的土体遮拦效应,进一步获得邻近群桩的水平变形差分解 . 通过与两个既有工程案例实测以及既有地基模型计算结果对比,验证了本文方法的优越性. 群桩参数分析表明：地层损失率及隧道埋深的增大均会引起邻近群桩水平位移的增大,但桩身产生最大位移处会随着隧道埋深增加而增大;桩隧之间间距的增大会引起邻近群桩水平位移的减小,但其减小速率逐渐变缓.     

基于薄层单元法的单桩挤土效应数值模拟

通常预制桩施工会产生挤土效应, 这会对周围环境产生不利影响. 根据某桩基工程施工的实际情况, 利用大型有限元分析软件Abaqus, 通过在桩土间增加薄层单元的方法对单桩施工的挤土效应进行了数值模拟. 薄层单元的厚度取0.08 m, 其力学性质参数介于桩和土之间. 模拟时, 薄层单元近土侧与土中节点进行位移耦合, 而近桩侧则采用摩尔-库伦(Mohr-Coulomb)定律来反映桩体和单元之间的接触关系. 通过数值模拟, 探讨了外部荷载作用下抗压桩的变化特点, 得到了桩顶的荷载与桩入土深度的关系曲线, 分析了打入桩施工的有效影响距离和有效影响深度, 对比研究了有限元数值模拟结果与圆孔扩张理论的解析计算结果. 数值模拟结果表明, 单桩施工的水平向有效影响范围大约为5 倍桩径, 竖直向约为2 倍桩长. 数值模拟结果和解析计算结果比较接近. 使用薄层单元法进行打桩挤土效应数值模拟, 符合桩基工程施工的实际情况, 反映了桩土接触面的变形机理与受力状态. 这对桩基工程设计和施工具有一定的参考价值.     

复合地层盾构穿越构筑物群扰动规律及桩基隔断效应分析

依托某盾构穿越工程，建立了盾构同时穿越桩基和多条隧道的数值模型并进行了验证。总结了盾构穿越诱发的地表沉降、既有隧道收敛和桩基变形规律，探明了既有桩基对扰动传递的隔断效应，并通过土体应力路径分析揭示了 桩?土?隧相互作用机制。结果表明：桩基的存在减小了隧道施工引起的地表沉降和沉降槽宽度，改变了既有隧道的变形模式，对扰动传递具有明显的隔断效应；受既有隧道和盾构施工的双重影响，两者间桩基承台的横向倾斜出现多个变形阶段，桩身上部出现较大的横向位移，而桩底位移较小；桩基、隧道和土体的刚度差异是桩?土?隧间复杂相互作用的根本原因。     

输电塔基础斜桩非线性p-y曲线

为了解黏性土中斜桩对侧向荷载作用的响应规律,利用非线性p-y(土抗力-挠度)曲线法研究了斜桩特性.基于试验得到的斜桩土抗力分布曲线,将斜桩理想化为梁单元,土体离散为弹塑性弹簧单元,通过自编计算机程序对斜桩非线性p-y曲线进行了计算和分析.结果表明:计算得到的p-y曲线与试验结果吻合较好,轴向荷载引起的负斜桩沉降小于正斜桩;在相同侧向荷载作用下,负斜桩桩身挠度和内力均小于正斜桩;负斜桩具有侧向承载力大而变形小的工程特性,工程设计应尽量采用负斜桩布置形式.     

基于连续介质力学模型的部分埋入单桩的纵向振动研究

采用连续介质力学模型,考虑桩-土之间的连续条件和边界条件,得到了土体的纵向振动位移,建立了埋入和外露部分桩基的纵向振动微分方程.考虑埋入和外露部分桩基的连续条件和边界条件,求解了部分埋入单桩的纵向振动,并以数值算例的形式讨论了桩基埋入深度和桩土模量比对桩顶复刚度的影响.通过参数分析和讨论,表明部分埋入桩纵向简谐振动存在共振现象,桩基的埋入深度和桩土模量比对桩顶复刚度有较大影响,且桩基外露部分越长,桩顶复刚度随频率变化曲线波动越厉害.     

冲刷现象对海上风力机单桩基础水平承载性的影响

结合涠洲海域某风电场项目的工程实例,建立了海上风力机单桩基础的桩土有限元模型,采用p-y曲线法探讨了冲刷坑对单桩水平承载性的影响,分析了不同冲刷深度对支撑结构动力学特性的影响规律.研究结果表明,无冲刷现象时桩身的最大弯矩会出现在海床以下5 m左右;当冲刷深度为1 m时,桩身最大弯矩出现的位置也下降1 m.当冲刷深度小于1.3倍桩径时,基桩整体的位移、弯矩、应力均缓慢上升.当冲刷深度到达2倍桩径时,基桩的固有频率会降低1.8%.     

波浪荷载对单桩承载力影响的水槽模拟试验研究

针对浅海环境下的单桩基础,在水槽试验室中建立砂土-桩基-波浪缩尺模型,进行波浪作用下单桩静载荷试验.测试桩周海床土孔隙水压力和不同荷载作用下的桩基沉降,分析在波浪荷载下单桩和海床土相互作用机理和单桩荷载沉降曲线特性,探讨不同桩径下桩周海床土超静孔压(ps)对单桩竖向承载力的影响.结果表明:单桩的存在会增大桩周海床土ps...     

水平循环荷载引起的砂土沉陷-致密作用对刚性桩承载力的影响分析

为研究砂土中刚性桩基础在循环荷载作用下的承载力演化规律,提出了一种循环后单桩承载力的评估方法.首先,基于沉陷坑与致密区域土体的质量守恒原理,量化了由沉陷引起的土体参数变化;然后,根据API规范中的砂土水平土抗力-位移模型计算循环前后的单桩承载力;最后,提出了循环后单桩承载力的评估模型,并对沉陷坑尺寸、土体初始相对密实度和致密区域模式等因素进行对比分析.结果 表明:单桩承载力随沉陷坑的发展不断增大;对于松砂、中密砂和密砂,循环后的单桩承载力可分别提高约3.0、1.5、1.2倍,提高幅值随相对密实度的增大而降低;2种土体变形模式中,单锥模式相比于双锥模式更符合真实的致密区域形态.     

悬臂围护基坑开挖对邻近双桩基础影响的三维数值研究

目的研究悬臂围护基坑开挖引起地层移动对临近双桩基础的影响.方法运用岩土数值计算程序FLAC~(3D),采用修正剑桥模型模拟土体的非线性应力-应变关系,桩基采用线弹性本构关系,桩土之间建立接触面,通过与离心机试验结果的对比表明数值模拟能较准确反映临近桩基的位移和内力,然后就桩承台、桩到基坑距离、围护墙体刚度及桩顶竖向荷载的影响进行研究.结果双桩桩顶自由时的位移、内力等要小于同位置单桩,双桩带承台时前、后桩上部会产生负弯矩,随距离增大和围护墙刚度的增加双桩位移、内力和桩侧土压力等均减小,在桩基允许承载力范围内竖向荷载的影响很小.结论前后桩之间存在加筋和遮拦效应,前后桩通过承台相互作用且变形协调.     

改进型DIC技术在静压桩模型试验中的应用

目前数字图像匹配(digital image correlation, DIC)技术在岩土工程领域中的应用越来越广泛.在室内模型试验中采用DIC分析技术可实现对沉桩过程中桩周土体位移的测量,进而对桩周土体位移分布规律进行研究.但是位于桩-土界面处的薄层土厚度较小,其位移无法利用DIC技术进行测量,因此对DIC分析技术进行改进,可记录并计算桩-土界面土体位移场情况,从而研究沉桩过程中压桩速度和桩端深度对桩-土界面土体位移的影响规律.研究结果表明,桩体贯入时桩-土界面土体位移的规律可分为初始阶段和稳定阶段,初始阶段土体位移表现为急剧增大然后迅速减小,而稳定阶段土体位移在0 mm附近波动.总体来说,在砂土中压桩,桩-土界面土体随桩体贯入发生的位移较小.在同一桩端深度处,压桩速度越快,桩-土界面土体位移越大;当压桩速度相同时,桩体贯入深度越深,桩-土界面土体累计位移越大,稳定阶段反弹位移越小.研究结果对进一步揭示桩-土相互作用机理和桩-土界面受力变形机理具有一定的参考价值.