粘土中静压桩沉桩挤土效应的空间解析分析

静压桩沉桩对桩周土体的挤密作用引起了广泛关注.其主要研究方法有圆孔扩张理论等.本文在传统的平面圆孔扩张理论基础上加以改进,通过对触探结果的分析,对沉桩桩侧应力分布模式进行假定,提出了其准静态空间轴对称方程组的空间半解析解,该解答能同时反映径向位移的径向和竖向分布规律,这是平面应变解答无法反映的.通过工程实例分析,在大部分桩长范围内计算与实测较为符合.     

考虑地表边界效应的静压沉桩挤土位移解析

在沉桩挤土位移求解过程中同时考虑了土体弹塑性本构关系以及地表边界效应的影响.假定桩周土体屈服后服从修正剑桥模型,基于圆孔扩张理论推导了桩体无限长时挤土位移的初始解.在此基础上,引入修正函数来考虑地表边界和沉桩深度对挤土位移的影响;经与文献实测结果比较,验证了修正后沉桩挤土位移解析方法的合理性和可靠性.参数分析表明,沉桩挤土位移随桩径的增加呈非线性增长,随预钻孔孔径的增大呈非线性减小;当超固结比增大时,挤土位移也随之增大,分析认为是由于重超固结土颗粒排列紧密,受到的挤压作用明显所致.     

软黏土中静压沉桩引起的侧向挤土位移分析

将软黏土中桩体贯入过程看作不排水条件下圆柱孔的扩张.弹性和塑性区分别采用小应变和大应变理论,考虑传统超固结比与各项同性超固结比的不同,推导了修正剑桥模型土中单桩挤土位移的解析解;并与文献离心模型试验结果进行了比较,验证了理论解答的可靠性.在此基础上,采用叠加原理对排桩的侧向挤土位移进行了估算,并分析了沉桩数目、桩间距、预钻孔孔径以及土体超固结比对侧向挤土位移的影响规律.研究结果表明,随着沉桩数目的增加,挤土影响范围增大;当桩间距、预钻孔孔径增大时,挤土位移快速减小;土体超固结比增加时,侧向挤土位移略有增加,但总体影响不明显.     

预钻孔孔径对沉桩挤土效应的影响分析

为研究预钻孔孔径大小对沉桩挤土效应的影响,基于修正剑桥模型的圆孔扩张理论解答,把沉桩过程看作不排水的圆柱形孔扩张的过程,把桩周土体分为塑性区与弹性区,对比分析不同预钻孔孔径下沉桩产生的塑性区半径、桩土接触压力、桩周土体位移、孔隙水压力.分析表明土体性质及修正剑桥模型中的参数对挤土效应均有影响,其中各向同性超固结比对挤土效应的影响最大,当预钻孔孔径小于一定值时,孔径大小变化对挤土效应影响不明显.本文分析可以为沉桩工程提供理论参考.     

静压桩挤土扩孔的有限元数值模拟研究

对于静压桩沉桩挤土效应的研究,通常应用圆孔扩张理论,但是截面形状仅限于圆形截面.为了扩展其他截面形式的研究,文中将有限元方法运用于沉桩扩孔的模拟,用从初始半径a0的小孔扩张到2a0的过程来等效0～R的小孔扩张过程,和已有理论分析所取的结果进行比较分析,证明FEM对圆孔扩张也是有效的.与圆孔扩张理论相比,可以推广进行其他截面形式的桩扩孔的分析研究,从而扩大了其应用范围.     

静压桩沉桩及已打入桩遮拦效应的数值模拟

采用三维有限差分软件 FLAC3D 建立了数值模型, 对比了圆孔扩张理论的解析解与数值解, 并在此基础上建立了桩实体单元基于位移贯入法模拟桩-土间摩擦作用, 且与相关文献中施加节点力模拟摩擦效应的方法进行了对比, 二者的计算结果较吻合. 基于此数值模拟方法 对静压桩单桩、双桩的沉桩过程进行计算分析, 并就已打入桩体对沉桩过程中土体位移的影响 进行研究, 得到以下结论: 模拟桩-土问摩擦效应的两种方法中, 位移贯入法计算所得土体水平位移在地表处较大, 这是因为桩体以固定速度向下运动时, 为阻止圆孔缩径而约束了其径向位移, 消除了摩擦效应对土体水平作用的影响. 沉桩结束后, 在大于地表下1/4 桩长深度范围内 的土体水平位移较大, 是主要的变形区域. 上部土体沉降较大, 而下部土体沉降较小, 其中距地 表下1/8 桩长至 1/4 桩长处沉降最大, 说明已打入桩的存在改变了土体水平位移的大小, 更使得土体水平位移随深度的变化趋于线性. 待打入桩的沉桩过程使得已打入桩身产生一定的倾斜. 由于沉桩扩孔的影响, 受到水平挤压的桩前土体在已打入桩的阻隔下沿着桩身向上隆起, 表明已打入桩的存在改变了土体位移的分布模式, 最终达到了减小水平位移的目的.      

软土地基静力压桩的挤土效应及其防治

分析了软土地基中静压桩的挤土效应机理,依据圆孔扩张理论和有效应力原理,推导出塑性区影响范围、桩对土体的挤压应力、孔隙水压力估算公式等.最后结合工程实践,提出了防治或减轻挤土效应对周围工程环境影响的一些有效实用的措施.     

沉桩过程土体超静孔隙水压力变化规律研究

从空间圆孔扩张理论出发,提出了超静孔隙水压力随径向和深度方向变化的分布公式;并结合弹塑区连续理论,给出了沿深度线性增加,沿径向对数衰减的简化计算公式。同时考虑到沉桩速率对超静孔隙水压力的影响,结合圆孔扩张理论,推导获得沉桩时产生的孔隙水压力与沉桩速率之间的关系;并利用abaqus有限元对沉桩过程土体超静孔隙水压力变化进行数值分析,对工程中静压桩施工的控制,合理安排沉桩流程、沉桩速率,有一定的实际意义。     

群桩压入挤土效应的解析计算及试验对比

采用孔扩张理论对静压桩挤土效应进行模拟计算,假定地基土符合修正剑桥模型,推导得出单桩压入过程中土体位移和孔隙水压力的解析表达式。以此为基础,通过叠加得到群桩压入过程中桩周土体挤土效应的理论解答。同时,在杭州地区进行了群桩静力压入的现场试验,发现桩周土体的水平位移随离排桩的距离呈指数衰减。解析计算值与试验结果较接近,证明了该模拟计算方法的有效性。     

基于模型试验的群桩沉桩挤土效应微结构分析

基于静压群桩模型试验,运用扫描电镜获取了压桩前后土样的微观结构照片,并运用图象处理技术提取了群桩沉桩前后不同位置处土体微观结构参数,通过对比分析认识到:沉桩前桩周土体结构疏松,孔隙形状不规则,群桩压入后桩群中土体孔隙明显减小,孔隙的方向性增强;群桩压入后,等效直径、平面孔隙率、孔隙周长在地表及一定深度内部有所减小:孔隙个数增多,有土体被挤密的现象,而且随着深度的增加这种挤密效果更加明显;压桩后土颗粒的圆度和形态比变大,颗粒在几何形态上向扁长方向发展,且孔隙定向性集中于一到两个方向.     

柱孔扩张问题的解析解及应用

本文在引入参数Irr的基础上,推导了圆柱孔扩张的解析解和相应的弹、塑性区应力、位移表达式,并对沉桩挤土产生的桩侧水平位移进行预估,发现采用圆柱孔扩张理论的预估值与实测值能较好地吻合,但在地表附近和桩端区域有较大误差,沿桩长方向土体变形的塑性区域类似开口向上的喇叭形,变形区域随着土体深度的增加而逐渐减小,弹塑性交界处的径向应力σR和环向应力σθ为常数,与交界处半径R无关。     

饱和砂土中打桩效应的有限元分析

运用Crisp程序,对饱和砂土中的打桩效应进行有限元分析.对桩周土采用线弹性、理想弹塑性2种本构关系以及圆柱孔扩张的应力边界条件法、圆柱孔扩张的位移边界条件法2种沉桩过程模拟方式分别进行组合计算,并对其中3种组合计算的超孔隙水压力、径向有效应力增量以及地面隆起等打桩效应的差异进行讨论.结果表明:运用理想弹塑性模型和圆柱孔扩张的位移边界条件法计算出的超孔隙水压力、径向有效应力增量以及地面隆起量等结果更为可靠.     

大直径扩底桩竖向端承力解析解与试验分析

为了解决目前大直径扩底桩竖向端承力计算方法所存在的不足,将球孔扩张理论应用于扩底桩端承力的计算,建立了扩底桩的球孔扩张理论计算模型.考虑扩底桩桩端外边缘处力矩平衡以及几何对称性,建立极限球孔扩张压力、桩端中心以下主动土压力及扩底桩端承力之间的联系,推导出大直径扩底桩端承力的解析解,求得黏性土和无黏性土中扩底桩端承力的表达式.利用原型扩底桩试验对该公式进行验证,分析得出影响扩底桩端承力的主要因素包括土的粘聚力、内摩擦角、杨氏模量、泊松比、扩底桩的扩底半径和入土深度.试验结果表明:该解答精度满足工程要求;经验方法对扩底桩端承力进行折减只是经验的总结,物理意义不明确.     

考虑相邻档及绝缘子对输电导线找形的影响

为了精确求解导线在静力载荷下的形状,首先找出考虑相邻档导线及绝缘子对导线端部约束影响的数学模型,并用悬链线法推导了覆冰导线在静力载荷作用下的悬垂函数及弧垂公式,然后用传统数学模型推导的悬垂函数和笔者推导的悬垂函数分别计算同一条覆冰导线在静力载荷下的形状.通过两种悬垂函数计算结果的对比,得出了笔者提出的数学模型优越于传统数学模型.使用ANSYS有限元软件,采用找形分析法对笔者提出的数学模型进行了找形计算,通过与笔者提出的悬垂函数计算结果对比,得出了简便的有限元法也能够精确计算导线在静力载荷作用下的形状.最后用有限元法计算并分析了不均匀覆冰载荷对导线找形的影响,得出了一些有实际意义的结论.     

饱和土壤固结非线性有限元分析

为发展一个实用的土壤固结非线性有限元分析程序，在以往工作的基础上，以变分原理为基础，给出了饱和土壤固结弹塑性分析的基本方程．利用文中的理论，编制了有限元通用分析程序ＤＩＡＳＳ，并进行了例题计算．对考虑非线性弹性与弹粘塑性模型的土体固结分析方法进行了讨论．     

打桩效应的有限元分析

通常打桩过程可以看作了圆柱形空腔体的扩张,并且假设扩张是处于平面应变状态,这－假设有明显的缺陷,本文提出用空间轴Ｂｉｏｔ固结有限元法对打桩过程进行模拟,计算结果与实测值较吻俣,说明该方法是有效可行的,在些基础上,、对打桩经起的地面隆起,桩周土的应用力、位移、邻桩应力等问题进行了计算研究,得一些初步的成果。