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.     

考虑鼓胀变形的散体材料桩复合地基沉降计算

针对竖向荷载作用下靠近桩顶一定深度的范围内,桩体不仅会发生竖向压缩变形且会发生侧向鼓胀变形特性,基于荷载传递法,导出了竖向荷载作用下散体材料桩复合地基中的某根单桩的桩身压缩量计算公式,进而得到新的散体材料桩复合地基沉降计算公式.分析时,视散体材料桩为弹性均质体,根据广义胡克定律得到其应力应变关系;桩周土提供的侧向约束力为桩侧竖向力引起的侧向土压力,并考虑加筋垫层的侧向约束作用及其沿深度的传递对桩体侧向约束的有利影响.为验证本文方法的可行性,对某一工程实例进行分析,且与其它方法进行比较分析.结果表明:与常规计算方法相比,本文方法从荷载传递规律出发,可考虑鼓胀深度随桩顶竖向荷载的增加逐渐向深处发展的特点,更符合散体材料桩复合地基的实际受力变形状况.     

埋深组合群桩复合地基的沉降模式与模型试验验证

采用理论分析和室内模型实验相结合的方法研究埋深组合群桩复合地基的沉降.研究结果表明:具有一定埋置深度的组合群桩复合地基受压后,桩间土顶面和桩顶面产生差异沉降,桩间土顶面沉降较大,长度和强度较大的桩顶面沉降较小:桩的长度和强度越大,桩顶面沉降越小,上刺入量越大:埋深组合群桩复合地基的沉降量等于桩顶沉降与桩顶垫层的压缩量之和,也等于桩间土顶面沉降量与土顶垫层的压缩量之和.具有一定埋置深度的组合群桩复合地基的p-s曲线呈缓变型,可以采用双曲线模型拟合,然后求得切线模量,再根据现行规范计算沉降.     

交通荷载下考虑倾斜基岩影响的单桩桩周土振动特性数值模拟

针对山区倾斜基岩条件下的轨道交通振动问题,开展单桩桩周土振动响应规律数值模拟研究,分析土体阻尼比、土体弹性模量、埋深、桩径以及振动频率对地表振动的影响。研究结果表明:地表振动速度峰值随着距桩体距离增加而逐渐降低,并且受倾斜基岩的影响,沿地表不同方向振动响应有较大差异;随着土体阻尼比和弹性模量增大,地表振动速度峰值近似呈线性减小,在桩周附近,土体的辐射阻尼作用更明显,阻尼比和弹性模量对振动沿地表方向和深度方向的量纲一速度峰值(Nl,Nr和Nh)基本没有影响;地表振动速度峰值随埋深、桩径增加而减小,在距离桩体一定范围内,埋深和桩径变化对地表振动速度峰值的影响较明显,在距桩体较远处则影响较小;随着埋深和桩径增加,各深度处的土体振动速度峰值降低,达到一定深度后,埋深和桩径的影响较小,埋深越大,振动沿深度衰减越慢,而桩径对振动沿深度方向的量纲一速度峰值(Nh)影响不显著。     

包裹碎石群桩模型试验分析

为了研究包裹碎石桩群桩的承载性能,开展了具有不同面积置换率的包裹碎石群桩模型试验.采用百分表和土压力盒监测包裹碎石桩复合地基的应力和位移关系、端阻力以及桩侧应力分布等,并根据试验中包裹碎石桩承载特性推导其承载力计算公式.试验结果表明,包裹碎石桩能明显提高软弱土的承载力,在承压板顶面产生相同位移时,面积置换率为14%的包裹碎石桩复合地基承受的应力相比未加固地基提高约3.5倍,且置换率较大者应力提高的倍数也较大.桩体底端与顶端应力之比随承压板顶面位移的增大而减小,直至承压板顶面产生的位移大于7%,应力比基本稳定在17%左右.包裹碎石桩侧向应力影响深度较碎石桩大,其分布与面积置换率有关.     

变井阻条件下碎石桩复合地基固结解析解

针对实际工程中碎石桩复合地基固结的井阻问题,深入分析了碎石桩的井阻成因以及变井阻条件下的时间效应与空间效应.采用解析方法,建立了考虑井阻时间效应的复合地基固结方程.通过分析碎石桩渗透系数的变化规律构建了两种桩体渗透系数随时间变化的函数,并导出了特定变化模式下的碎石桩复合地基固结解析解.分析结果表明:井阻变化对于碎石桩复合地基固结速度影响显著,且该结果较现有的复合地基固结理论更接近工程实际;井阻因子初值越大,井阻时间效应的影响越严重;在相同条件下,增加桩体渗透性比提高桩体模量更有利于加速碎石桩复合地基固结.     

劲芯水泥土桩复合地基承载路堤失稳破坏模型试验

劲芯水泥土桩可有效提高软土地基承载力,减小地基沉降和提高边坡稳定性。目前对于劲芯水泥土桩的研究主要集中在其承受竖向荷载条件下的工程特性上,对于路堤荷载下桩体失稳破坏模式与计算方法的认识尚不全面。开展1g重力场模型试验,对比研究了路堤荷载下天然地基、水泥土桩复合地基、劲芯水泥土桩复合地基路基变形、桩土应力、桩体应变、桩体破坏形态及路堤失稳模式,并评价了现有刚性桩复合地基稳定性计算方法对于劲芯水泥土桩复合地基承载路堤稳定性分析的适用性。结果表明：相较于水泥土桩,劲芯水泥土桩能有效约束地基土变形,路面沉降约为水泥土桩复合地基的61%～71%,坡外隆起约为12%～46%,进而显著提高路堤的稳定性。在路堤荷载下,劲芯水泥土桩表现出渐进式失稳破坏特征,桩体可发生纯压破坏、压弯破坏和弯曲破坏,且与桩体刚度和相对于路堤位置有关,桩体断裂位置与滑动面位置并未重合。等效抗剪强度法对于劲芯水泥土桩承载路堤稳定性分析具有一定的适用性和应用价值。     

桩周土含水率对三维碎石桩基承载力影响的实验

探讨桩周土含水率对碎石桩桩体的荷载传力效率的影响。通过含水桩周土与碎石桩组成的复合地基的室内三维荷载试验,和对碎石桩两端应力的计算处理,详细分析了碎石桩的桩长、截面形状和桩周土含水率对桩体承载力的影响。结果表明:当桩周土含水率为11.6%时,长桩桩体分担荷载最大;当为较低和较高的含水率时,桩体分担的荷载部分减小,底部应力较小。给出了碎石桩复合地基由刺入破坏向鼓胀破坏转变的关键参数——临界长径比。含水率不同,桩体对应的临界长径比不同。对应于试验中所采用的含水率(7.89%～16.01%),桩体临界长径比为20～22.5,且临界长径比随含水率的增加呈先增加后减小的变化趋势。     

碎石桩复合地基沉降计算方法

碎石桩复合地基在荷载作用下应力场与位移场分布十分复杂,有试验表明距桩顶某一深度范围有应力集中现象,桩体产生侧向膨胀,现有沉降计算理论具有一定的局限性.根据碎石桩复合地基在深度范围各自的工作性状和桩土变形的连续协调特点,提出了复合地基沉降分3段计算的方法,并建立相应的计算关系式,实际工程沉降观测值与计算结果较为吻合.图3,参10.     

地铁深基坑安全优化有限元模拟

在借鉴其他工程实践基础上,以沈阳某地铁车站为研究背景,运用Midas/GTS有限元模拟软件对地表沉降和桩体侧向位移进行模拟,分析桩间距和桩埋深的变化对基坑变形的影响.结果表明:地表沉降变形和桩体侧向位移随着桩间距的增大而增加.而桩体嵌固深度减小,地表沉降变形和桩体侧向位移会略有增加,相对来说桩间距所产生的影响较大,可是桩体嵌固深度对围护结构多方面影响较大.     

钢管混凝土组合柱耐火性能对比分析

采用非线性有限元软件ABAQUS对方钢管混凝土柱、复式钢管混凝土柱、内嵌十字型钢钢管混凝土柱和4腔钢管混凝土柱4种钢管混凝土组合柱开展火灾下的力学分析,并采用相关实验数据进行验证.分析不同荷载比下钢管混凝土组合柱的温度场、位移-时间曲线、截面内力重分布等.结果表明：内嵌型钢(钢管)有助于提升柱体的轴向刚度,钢管混凝土组合柱的破坏模态表现为压缩鼓曲破坏;低荷载比下内嵌钢管允许方钢管发生更高的温度材性劣化,进而提升了柱体的耐火性能,火灾荷载比越小,提升效果越显著.     

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.     

碎石桩桩身鼓胀变形测试技术研究

针对竖向荷载作用下碎石桩等散体材料桩桩身竖向压缩同时伴有侧向鼓胀变形这一特性,自行开发研制出量测桩身鼓胀变形的测试仪器,其原理是通过量测变形后的桩身周长来确定碎石桩的鼓胀量.通过与水玻璃胶结碎石桩量测其变形后周长等方法测试结果对比分析,验证碎石桩桩身鼓胀变形测试技术的可行性和测试精度.将该技术应用于室内模型试验中碎石桩鼓胀变形量的量测,测试结果表明,碎石桩鼓胀变形量随上部竖向荷载的增加而增加,同一荷载等级下鼓胀变形先随深度的增加而增加,后又随深度的增加而减小.     

碎石桩复合地基非线性固结分析

针对非线性偏微分固结方程难以直接求得解析解答的问题,采用对固结时间离散化的方法编制固结计算程序,在每个计算时间段内假设桩周土土体及碎石桩参数为常数,建立固结控制方程并求解。根据上一时间段的计算结果确定下一时间段的计算参数和初始条件,实现了同时考虑碎石桩和软土非线性特征的复合地基固结计算。在此基础上,分析了复合地基的固结性状,得出碎石桩复合地基随着 C     

长水泥土桩-短碎石桩复合地基固结解析解

基于轴对称固结模型并采用等竖向应变假设,给出瞬时荷载下长水泥土桩-短碎石桩复合地基的固结方程,推导出单面排水条件下复合地基的固结解析解,包括桩间土和碎石桩的平均超静孔隙水压力解和复合地基的整体平均固结度解.将固结度解析解与有限元数值解进行对比,证明了解析解的合理性.最后,利用固结度解对影响复合地基固结速率的主要因素进行...     

GFRP管高强混凝土空心柱轴压试验研究

为研究GFRP管高强混凝土短柱的轴心受压性能,进行了4根不同截面组合柱的轴心受压试验,主要研究其工作机理和破坏形态.试验结果表明:在荷载作用初期,组合柱GFRP管对混凝土没有约束作用,随着荷载作用增加,GFRP管表面出现白纹和轻微的响声;在极限状态时,GFRP管被拉断,并伴随巨大的响声.GFRP管-高强混凝土-钢管组合柱的承载力比GFRP管-高强混凝土-GFRP管组合柱高37%左右.采用统一理论法建立组合柱的轴压承载力计算公式,理论计算结果与试验结果吻合良好.     

再生混凝土骨料包裹桩复合地基承载特性及计算理论

为了研究再生混凝土骨料包裹桩复合地基的承载性能,开展了复合地基承载特性的模型试验.试验结果表明：再生混凝土骨料包裹桩复合地基能明显提高被加固土体的承载特性;在进行再生混凝土骨料包裹桩复合地基设计时单桩长径比宜为6~8,桩径宜为800~1200 mm,土工材料包裹长度宜为5~6倍桩径,包裹材料刚度宜为1000~4500 kN/m,在设计桩间距时,最优置换率宜选取在10%~20%之间;桩体底端与顶端应力之比随承压板顶面位移的增大逐渐稳定在15%~20%左右;再生混凝土骨料包裹桩侧土压力由桩顶向下呈先增大后减小的现象,最大应力出现在距桩顶约300 mm（3d）深度处;根据再生混凝土骨料包裹桩复合地基桩、土和土工包裹材料的变形协调原理,及桩体的鼓胀变形特性对再生混凝土骨料包裹桩复合地基承载力计算公式进行了推导,所得结论可为新型复合地基的设计提供依据。     

循环荷载作用下碎石桩加固液化地基试验研究

应用简易振动台和叠层剪切变形模型箱,进行了循环荷载作用下碎石桩加固液化地基试验研究,试验分析了碎石桩的加固效应,并着重分析了碎石桩的排水效应.复合地基模型采用三角形及矩形两种方案加固细砂土液化地基,试验结果表明:无论是矩形加固方案还是三角形加固方案,碎石桩均有效地防止了地基液化,并且激振结束后,碎石桩加速了孔隙水压力的消散.