地铁隧道开挖对单桩竖向承载力影响分析

隧道开挖会引起周围土层产生位移,使桩基产生附加内力和位移,降低桩身承载力,因此,分析隧道开挖对邻近桩基影响具有非常重要的意义。分三步进行分析,首先采用剪切位移法代入桩基平衡微分方程计算出原始状态下桩身的位移、轴力和桩周摩阻力;然后利用两阶段分析法求解给出隧道开挖对邻近单桩承载力的影响,第一阶段采用Loganathan等提出的解析解计算隧道开挖后引起的桩周土体自由位移;第二阶段基于剪切位移法原理,将土体自由位移施加到桩身,求出隧道开挖引起的桩身附加位移、轴力和摩阻力变化量;最后,将开挖前与开挖引起的桩身轴力和桩周摩阻力进行叠加得开挖后桩身轴力和摩阻力。验算桩身轴力以及摩阻力改变后桩身承载力以及混凝土强度。     

钻(挖)孔嵌岩桩承载力的计算

本文假设单桩受轴向荷载作用后,桩与岩(土)面可能发生相对滑移,滑动面(剪切面)在桩侧附近的岩(土)层中,与桩侧面平行,桩侧摩阻力的大小与相应处的岩(土)抗剪强度有关,并与桩身横载面的轴向位移成践性关系。据此列出桩在轴向受力状态下的微分方程,利用有限差分原理,并将桩端阻力和轴向位移视为已知边界条件,从桩下端的单元开始,递推求出各单元中点处的轴向位移、轴向力增量和桩侧摩阻力,进而求得考虑桩侧摩阻力存在的单桩总承载力。     

自升式平台地基承载力,抗倾稳性及桩腿插深分析

由于地质原因的不明，自升式平台桩腿突然刺破持力层而导致平台桩腿及结构破坏的事故时有发生．自升式平台作业时桩腿的地基承载力及抗倾稳性，对保证平台在各种海况下的作业安全是非常重要的．通过对某一自升式平台地基承载力及抗倾稳性的分析计算，探讨了平台抗倾稳性与海底土层地基承载力及桩腿插深之间的关系．对今后该类平台的设计具有一定的参考价值．     

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。     

非均质地基中V-T联合受荷桩承载力分析

为研究非均质地基中单桩基础在桩顶竖向力(V)和扭矩(T)联合作用下的承载特性,假定桩侧地基土剪切模量和极限侧摩阻力沿深度呈指数函数非线性增加,并考虑桩-土接触面上位移的非协调性,根据剪切位移法和桩身荷载传递函数建立桩身位移控制方程,引入相应的力和位移边界条件,导出桩周土体处于理想弹性和塑性受力状态时的桩身内力位移解答,由此求得不同桩顶载荷工况(不同V-T组合与加载顺序)下的桩身承载力及其包络线。在此基础上,进一步采用ABAQUS对V-T联合受荷桩进行数值模拟对比分析,获得不同工况下的桩身破坏机理、影响桩身承载力的关键因素及其规律。研究结果表明:桩身承载力随桩身长径比L/D的增大而增大,但随桩土刚度比λ的增大而逐渐减小;桩顶可承受的竖向力V(扭矩T)随扭矩T(竖向力V)增加不断减小而趋于零。     

深基坑变形规律现场监测

给出了北京地铁某车站深基坑围护和变形监测方案,对基坑变形规律进行了现场监测研究,重点分析了基坑的水平变形、锚索内力和钢支撑轴力变化规律。结果表明,基坑开挖的深度与无支撑暴露的时间对围护桩的变形、锚索内力及钢支撑的轴力影响较大。随着基坑开挖深度的增加和钢支撑的施加,围护桩的变形形态由向坑内的前倾型曲线逐渐变为弓形。围护桩的水平位移、钢支撑的轴力也随着基坑开挖深度的增加而增大。随着钢支撑的施加,围护桩水平位移及锚索内力都趋于稳定,说明钢支撑、围护桩和预应力锚索联合支护形式能够有效地控制基坑变形,保证地铁车站安全施工。     

大直径钻孔灌注桩承载力试验研究

以某大直径桩基础工程为例,进行了5根φ1 500 mm试桩的竖向与水平静载荷试验,实测得到了桩的荷载-沉降曲线、不同桩身截面的轴力、水平力-位移-时程曲线、水平力位移梯度关系、临界承载力以及地基土水平抗力系数,探讨了大直径钻孔灌注桩的竖向荷载传递机理和水平荷载承载特性.试验结果表明:大直径灌注桩承载力由桩侧阻力与桩端阻力共同承担,但表现出很强的摩擦桩特征,这与桩长过长、桩底岩层较软以及成桩方法有关;在竖向荷载作用下,桩侧阻力由上至下逐步发挥,并逐步达到相应的极限状态;单桩水平最大位移可以取10 mm,水平承载力可取900 kN.建议采用位移控制设计此类桩基.     

轴向和橫向荷载同时作用下的桩基计算

本文在现行m法假设基础上,导得了考虑轴向集中荷载、桩自重、桩侧摩阻力及横向荷载综合作用下柔性桩的分析解.文中计算指出:当桩的自由长度及轴向荷载较大时,p-△效应对桩身弯矩的影响是不容忽视的.本文解答弥补了现行m法理论不计轴力的不足.此外,本文从弯矩、位移等效原理出发,得到了基桩地面以上部分在轴向集中荷载及沿轴向均布荷载作用下桩顶位移及地面处桩身弯矩的计算式,该解答亦可用于各类悬臂梁柱的静力计算.     

挡墙荷载下刚性桩复合地基承载性状研究

基于实际工程采用FLAC3D软件建立挡土墙下刚性桩复合地基的数值分析模型,分析扶壁式挡土墙的变形规律,研究桩的变形及内力特征.研究表明,各排桩的桩身水平位移与内力变化规律相似,土层参数差异对桩身内力变化具有影响作用.各排桩桩身的最大水平位移较为接近,刚性桩的存在有助于限制回填边坡滑动面的发展,桩身的水平位移增量曲线呈"勺"形;第一排桩桩顶轴力最大,第二和第三排桩的最大轴力比第一排桩的分别小14.07％、51.92％;各桩桩身弯矩曲线整体呈"弓"形,最大弯矩在桩顶附近;各排桩桩身剪力曲线变化规律呈"波浪形",并在土层交界处附近出现"波谷".     

挡墙荷载下刚性桩复合地基承载性状研究

基于实际工程采用FLAC3D软件建立挡土墙下刚性桩复合地基的数值分析模型,分析扶壁式挡土墙的变形规律,研究桩的变形及内力特征.研究表明,各排桩的桩身水平位移与内力变化规律相似,土层参数差异对桩身内力变化具有影响作用.各排桩桩身的最大水平位移较为接近,刚性桩的存在有助于限制回填边坡滑动面的发展,桩身的水平位移增量曲线呈"勺"形;第一排桩桩顶轴力最大,第二和第三排桩的最大轴力比第一排桩的分别小14.07％、51.92％;各桩桩身弯矩曲线整体呈"弓"形,最大弯矩在桩顶附近;各排桩桩身剪力曲线变化规律呈"波浪形",并在土层交界处附近出现"波谷".     

冻土区桩侧水热效应对桩基稳定性影响的模型试验研究

为了研究冻土区桩侧水热效应对桩基稳定性的影响,采用电阻热源模拟桩侧水热效应,并利用高低温试验箱进行单桩模型试验,通过设定有、无桩侧水两种环境因素,对比分析了桩侧水热效应对桩身应变、桩侧冻结应力、桩土相对位移、桩基的极限承载力和桩侧冻结应力与桩顶位移的流变特性的影响。试验表明,冻土区桩侧水热效应能使桩侧冻结应力减弱,造成桩身应变与桩顶位移增大,桩-土相对位移增加,同时加速桩基沉降,导致桩基极限承载力降幅达16%,且上述影响随着荷载等级的提高而增强,造成桩基承载力严重下降。     

碎石桩内部的拱效应分析

基于颗粒介质堆中应力传递的试验研究，模拟碎石材料桩的压缩变形过程，分析了在轴向静力荷载作用下，碎石桩内部材料中的应力分布、位移形式、颗料介质微观变化对宏观力学响应的影响、桩周土对桩体材料的作用及桩体材料拱效应的影响范围，进而研究抑制拱效应、提高桩体承载力的问题．研究结果表明，利用微结构可以解释散体介质的许多特性，解释散体材料桩破坏的内在机理．     

基于能量法的填土地基单桩负摩阻力计算方法

深厚填土地基因土体固结沉降导致桩基产生负摩阻力,负摩阻力会造成桩身的沉降量过大和承载力降低。针对能较准确计算深厚填土场地基桩负摩阻力方法研究成果不足的问题,通过不同法向应力下的土–混凝土界面剪切试验讨论了桩侧摩阻力的发挥机理,并考虑桩侧摩阻力随深度的分布规律,提出结合双曲线模型和有效应力法的桩侧摩阻力分段计算模型。然后,基于桩–土体系的能量传递,建立负摩阻力条件下基桩的能量平衡方程,进而导出同时考虑桩–土相对位移和桩–土体系势能变化的桩身轴力和位移计算表达式。以某桩基现场试验项目进行计算,将理论计算结果与试验实测结果对比分析,结果表明：理论计算所得桩身轴力沿深度变化曲线与试验结果基本吻合,本方法能够较准确的分析深厚填土地基中基桩的力学特性。     

桩承载力反向自平衡试桩法数值模拟分析

为推动反向自平衡试桩法在实践中的应用,采用有限元分析方法对反向自平衡试桩法进行了数值模拟分析。以管桩为例,运用ABAQUS有限元软件建立反向自平衡试桩法数值模型,分别采用位移控制法和荷载控制法进行桩身和桩顶加载模拟,得到了基桩抗压极限承载力,进行了桩身轴力和桩侧摩阻力分析;对建立的数值模型进行了位移控制法下的静载试验模拟,并与反向自平衡试桩法模拟得到的极限承载力进行了对比分析。模拟结果表明,反向自平衡试桩法确定的基桩极限承载力与静载试桩法结果较为接近,不需要进行正、负摩阻力转换,但也存在平衡点位置的确定问题。     

盾构近距穿越桥梁施工对地表及桥梁桩基的影响

结合某地铁区间隧道盾构施工近距穿越桥梁桩基的复杂条件,选取桥台与桥墩基础影响最大断面,对盾构施工引起地表沉降及桥梁桩基的变形、应力及内力进行三维数值模拟计算。结果表明:①双线隧道盾构推进引起地表最大沉降位于双线隧道中间某处,大于单线隧道引起的地表最大沉降,地表沉降随着两条隧道间距的减小而增加;②右线隧道盾构施工引起B0C0桥台桩基近隧道边桩产生的最大变形与内力均发生在距桩顶13 m处,最大横向挠曲变形、纵向挠曲变形分别为2. 0、4. 8 cm,边桩内力致使桥台桩基超出承载能力,承台发生倾向隧道一侧的倾斜和水平面内扭转,严重影响桩基的安全;③双线隧道盾构施工引起B7C7桥墩桩基近隧道边桩桩顶处产生最大位移,最大横向水平位移、纵向水平位移分别为2. 6、5. 2 cm,右侧桥墩桩基承台产生的最大横向水平位移、竖向位移、纵向水平位移分别为3. 2、3. 4、4. 6 cm,承台发生倾向隧道一侧的倾斜和水平面内扭转,倾斜值为0. 001 8,接近规范规定的允许值,盾构施工时须引起注意。基于上述分析结果,提出盾构近距推进时的施工监测及施工参数调整的建议。     

多灾害作用下特大桥梁深水基础动力稳定性分析

以拟建的琼州海峡大桥深水基础为研究对象,考虑地震力、船撞力、波浪力等多种灾害因素,采用有限元动力分析法对深水基础位移响应进行分析,探讨其动力响应特性.结果表明:深水基础在地震力作用下基本为同向运动,并发生较大的水平位移,100年超越概率4%(E2水准)时位移最大达24.4cm.船撞力作用下,水平位移达15.1cm;波浪力作用下,水平位移达10.8cm;群桩在动荷载作用下响应复杂,由于土体的约束以及上部大刚度沉井的惯性力作用,桩身及上部沉井相对位移较大,导致桩头部位发生明显的应力集中.计算结果可为今后特大桥梁深水基础,尤其是为琼州海峡大桥深水基础的设计提供参考.     

水平—竖向耦合荷载下单桩承载性状数值分析

为了研究单桩基础在水平—竖向耦合荷载下的承载性状,以工程实例为基础,通过数值计算的手段建立了均质海相软黏土层中单桩受耦合荷载的计算模型,研究均质土层中竖向与水平耦合荷载作用下单桩的承载力、变形特点。结果表明：当施加的水平力未超过临界荷载,水平力的施加对单桩竖向承载力无影响;当施加的水平力超过临界荷载,水平力的施加对单桩竖向承载力有着不利的影响;水平力的施加延缓了竖向抗拔承载力破坏点的出现,且随着施加的水平力的增大,抗拔极限破坏点出现得越晚,水平力的施加提高了单桩抗拔承载力;预先施加竖向力会减小水平力产生的桩顶水平位移,提高单桩水平承载力;且存在一个最优的竖向荷载,使得桩顶水平位移最小,桩身弯矩最小。     

挤扩支盘桩抗拔承载性能试验研究与数值分析

为进一步探讨挤扩支盘桩的承载性能及桩土相互作用机理,依托输电线路实际工程,开展了挤扩支盘桩上拔现场静载试验及有限元数值模拟,得到了支盘桩单桩抗拔承载性能,分析了支盘桩荷载传递规律、桩周土体变形规律、桩土相对位移变化情况等,探讨了支盘数量、支盘间距及水平荷载对支盘桩抗拔承载力的影响规律。结果表明:同等条件下单盘支盘桩抗拔承载力比等径灌注桩提高15.3%;轴力分布曲线及桩土相对位移在支盘位置发生突变;塑性应变主要发生在支盘上部的土体中;水平荷载的存在能提高支盘桩的抗拔承载力;一定范围内支盘桩的抗拔承载力随支盘数量及支盘间距的增加而增大,支盘间距不宜小于2.5倍支盘直径,在实际工程应用时,应予以考虑,合理确定支盘的数量或支盘间距。