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.     

湿陷性黄土地基大跨度桩基承载特性模型试验

城市车辆段上盖开发工程中的大跨度桩基具有单桩竖向承载较大、桩间大跨度范围内土体受荷较小的特点。以西安地铁某车辆段大跨度桩基为研究对象,制备人工湿陷性黄土作为相似材料,开展了湿陷性黄土地层大跨度桩基的室内模型试验,研究大跨度桩基在湿陷性黄土地层中的荷载传递机制与变形规律。结果表明：制备的人工湿陷性黄土与现场原状黄土性质接近,将其应用于模型试验时可以得到良好的效果;大跨度桩基在未浸水时,荷载沉降曲线为陡降型,桩身轴力在桩顶附近显著下降,未达到极限承载力时,桩顶沉降、桩端阻力线性增大;在黄土浸水湿陷后,桩身轴力沿埋深方向呈“D”字型分布,随着浸水时间的增加,桩顶沉降、桩端阻力先缓慢增加后显著增加,中性点位置不断向桩身下部移动。     

钻孔灌注桩荷载传递机理试验研究

通过桩基静载试验实测数据,分析了桩身轴力的荷载传递机理.结果表明:桩顶荷载主要通过桩侧摩阻力逐渐向下传递,具有明显的摩擦桩特点,桩侧摩阻力所占比重较大,而桩端阻力所占比重较小;桩底沉渣厚度显著影响桩顶沉降量与极限承载力.     

滩涂地区预压作用下人工硬壳层对桥梁桩基的影响分析： 以浙江省十一塘高速为例

滩涂地区深厚的软土地质条件给现浇箱梁的施工带来了较大挑战,依托浙江省十一塘高速公路一期工程,研究了预压荷载作用下人工就地固化硬壳层对桥梁桩基的影响。基于土体硬化模型建立了三维数值计算模型,对比不同硬壳层深度下桩身轴力、侧摩阻力和水平位移的变化规律,结果发现：当硬壳层厚度为2 m时,桩身轴力减少约16%且硬壳层的厚度会改变负摩阻力的传递深度,表现为硬壳层厚度越厚桩侧阻力中性点越往上移。此外,在一定深度影响范围内,硬壳层能够有效控制桩顶和不同深度处桩身水平位移,硬壳层厚度越大,桩顶水平位移越小。最后通过分析土体模量对桩身水平位移的影响发现,桩身水平位移会随该层土压缩模量的增大而减小且Eur的影响将高于E50及Eoed的影响。     

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.     

急速增湿条件下湿陷性黄土中桩基的承载性状

入渗增湿条件下,湿陷性黄土地区中桩基的承载性状会因桩周土基质吸力减小和湿陷变形而显著劣化,进而诱发一系列的工程问题。为了研究浸水前后湿陷性黄土中桩基承载性状的变化规律,进行模型桩的入渗试验,同时对桩周土体的变化（包括沉降、体积含水率、基质吸力）以及桩基承载性状的变化（包括桩顶沉降、桩侧摩阻力和桩端承载力）进行监测。将入渗过程中桩周黄土基质吸力变化与桩基承载性状的变化相关联,从非饱和土力学的角度阐明入渗前后桩基承载性状的变化规律和变化机理。研究结果表明,入渗过程中的桩顶沉降和桩端承载力不断增加,桩身轴力大致呈“ D ”型分布,最大轴力出现在入渗过程中。入渗过程中桩周黄土的基质吸力减小,产生湿陷变形,使桩侧摩阻力大小和方向发生改变,进而导致桩基承载性状的变化。基于非饱和土力学原理对传统的剪切位移法进行简化和修正,提出考虑桩周黄土湿陷变形影响的单桩沉降预测模型,并结合试验结果对理论模型进行验证。本文的研究成果有助于进一步完善复杂环境荷载作用下湿陷性黄土地区的桩基设计理论和工程性状评估。     

基于光纤监测的大直径变截面钢管复合桩承载性状

为了研究超长大直径变截面钢管复合桩的承载性状,选取鱼山大桥45号桩,以墩身和箱梁自身重力为荷载进行静载试验,利用分布式光纤进行现场监测,并利用ABAQUS进行实际工况建模,通过对比计算结果与实测值以验证建模参数选取的合理性。在有限元模型基础上,通过施加压、弯、剪、扭等复杂荷载及改变桩基自身参数,研究桩身参数对桩基承载性状的影响。研究结果表明:光纤监测能够很好地应用于此类海洋环境下超长大直径变截面钢管复合桩的监测;变截面处桩身轴力有突变,下半段桩身侧摩阻力发挥较好,上半段由于钢管存在对侧摩阻力发挥有一定影响,桩端阻力对桩基承载力贡献显著;桩身轴力模型计算结果与实测结果较接近,说明建模方法及参数选取得当;设置变截面能够改善桩基承载性能,但是变截面位置要适中,钢管越厚、剪力环间距越密,钢管复合桩横向刚度增强现象越明显。     

考虑时间效应的不同厚度高回填场地桩基受力特性分析

为明确高回填场地回填土蠕变对桩基受力和变形的影响,基于有限差分软件FLAC3D中内置的Burgers模型,选用桩顶荷载为1MPa,桩径为2m,嵌岩深度为6m（3倍桩径）,回填土高度分别为10m、15m、20m和25m的桩基,通过数值模拟的方法研究了考虑时间效应下不同厚度高回填场地桩基受力性能。结果表明：不同填土高度其对应的蠕变稳定时间也不尽相同;随着桩周填土蠕变时间的增加,各工况桩周回填土沉降随之增大最终趋于稳定;桩周回填土蠕变稳定后,增加回填土厚度,桩周回填土最终沉降、中性点深度变化、桩身最大轴力以及桩端阻力和位移均随之增大,各工况桩周回填土最终沉降、中性点深度变化、桩身最大轴力以及桩端阻力和位移均线性相关;可见高回填场地桩基设计施工中回填土蠕变以及填土厚度的变化对于该场地桩基的影响不可忽视。     

多年冻土地基单桩冻拔效应的计算方法与分析

为研究多年冻土地基冻结过程中桩基础的冻拔效应，基于桩周土的冻胀变形及桩土之间的变形协调关系，结合剪切位移法构建了一种考虑桩土界面相对滑移效应的单桩冻拔荷载传递的理论模型.采用有限差分法，通过MATLAB编程对桩基受力微分方程求解，获得了冻拔力的发展规律，并采用现场试验与有限元数值模拟验证了模型的合理性.接着分析了冻胀率、桩土界面本构参数及桩长对桩基冻拔响应的影响.研究表明：冻结过程桩身轴力逐渐增大，冻深附近出现轴力峰值，部分桩土界面会产生滑移；冻至最大冻深2.3 m时桩身轴力达到最大值690.3 kN,滑移段长度约为0.65倍冻深；冻拔力随土体冻胀率的增大并非呈线性增大，主要受桩土界面峰值剪切强度与残余强度的影响；桩长越长，抗冻拔效果越好.     

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。     

采动影响区桩身-承台协同作用数值模拟研究

为探究桩基在煤矿采动影响下的水平响应,建立了模拟计算下部开采影响上部桩基-承台的整体模型。采用该模型计算了工作面推进距离不同的3种工况,分析了桩顶-承台连接状态、承台形式对桩身水平位移及弯矩的影响。研究表明：桩基与工作面距离越近,桩身位移越大,桩身弯矩也越大;增大承台尺寸可有效降低桩顶位移;桩顶-承台分别固接和铰接对桩顶位移影响较小,主要区别在于固接桩顶产生较大抵抗弯矩,同时桩身最大正弯矩发生深度相比桩顶铰接时有所下移。     

黄土地区微型钢管水泥桩单桩承载特性试验研究

随着桩基技术的不断发展,微型钢管水泥桩在工程中的应用越来越广泛;黄土地区对微型钢管水泥桩的研究相当匮乏。为了研究黄土地基中微型钢管水泥桩的承载特性、桩身轴力的传递特征、桩侧阻力和端阻力的发挥性状,对兰州地区3根微型钢管水泥桩进行现场单桩静载试验。在3根试验桩桩身埋设混凝土应变计,对试验桩进行内力测试。研究结果表明:(1)微型钢管水泥桩桩周土经水泥浆加固过后,单桩承载力提高较大,该类微型钢管水泥桩桩基设计时可适当提高侧阻取值。(2)微型钢管水泥桩桩端附近存在桩侧摩阻力的弱化效应。为了增大桩侧摩阻力的发挥,可以考虑桩端做扩大头,进而增加桩基承载力。(3)当桩顶荷载与桩顶加载极限值比值小于等于0.615时,桩顶沉降主要为桩身压缩变形引起,规范简化法综合系数取值0.2可近似计算桩顶沉降,且误差较小。当桩顶荷载与桩顶加载极限值比值大于0.615时,计算桩顶沉降时还应考虑桩端土体的沉降。     

黄土地区微型钢管水泥桩单桩承载特性的试验研究

随着桩基技术的不断发展,微型钢管水泥桩在工程中的应用越来越广泛;黄土地区对微型钢管水泥桩的研究相当匮乏。为了研究黄土地基中微型钢管水泥桩的承载特性、桩身轴力的传递特征、桩侧阻力和端阻力的发挥性状,对兰州地区3根微型钢管水泥桩进行现场单桩静载试验。在3根试验桩桩身埋设混凝土应变计,对试验桩进行内力测试。研究结果表明:(1)微型钢管水泥桩桩周土经水泥浆加固过后,单桩承载力提高较大,该类微型钢管水泥桩桩基设计时可适当提高侧阻取值。(2)微型钢管水泥桩桩端附近存在桩侧摩阻力的弱化效应。为了增大桩侧摩阻力的发挥,可以考虑桩端做扩大头,进而增加桩基承载力。(3)当桩顶荷载与桩顶加载极限值比值小于等于0.615时,桩顶沉降主要为桩身压缩变形引起,规范简化法综合系数取值0.2可近似计算桩顶沉降,且误差较小。当桩顶荷载与桩顶加载极限值比值大于0.615时,计算桩顶沉降时还应考虑桩端土体的沉降。     

热-力耦合作用下能量桩单桩分析方法及工作特性研究

能量桩在正常服役过程受热-力耦合作用,其荷载传递特征将发生改变,但现有能量桩承载特性的理论方法尚不够完善.为研究热-力耦合作用下能量桩单桩承载特性,考虑温度对荷载传递函数的影响,提出基于荷载传递法和能量平衡原理的热-力耦合作用下能量桩单桩分析方法,通过迭代求解得到任意荷载-温度组合作用下桩身内力和位移,将计算结果与试验结果进行对比,结果较吻合.研究结果表明：温度作用会影响桩身轴力和桩侧摩阻力变化规律.对不同桩顶荷载水平下的桩顶沉降值进行分析,在荷载-升温/降温工况下,当桩顶荷载水平较低时（≤25%Pu,Pu为极限荷载）,温度变化对桩顶沉降幅度影响显著,桩顶沉降幅度可达到55%（25%Pu）;尤其荷载-降温工况下,当桩顶荷载水平超过75%Pu时,桩顶沉降量临近极限值,此时需特别注意桩基承载性能.     

开挖过程对桩基影响的工程实例对比分析

采用3维快速拉格朗日法(FLAC3D)建立了考虑基坑分步开挖对桩基础影响的动态计算模型.该模型考虑了桩土之间的相对滑移作用,土体采用摩尔-库伦计算模型.计算分析了桩身轴力、桩身最大拉力值及其位置随开挖步的变化,通过与实测值对比验证了模型的准确性,进而对比分析了开挖前后桩基础承载性能的变化,并探讨了开挖后桩基承载力的损失机理.结果表明:基坑开挖使桩身轴力发生明显的变化,开挖后使桩基处于受拉状态,桩身最大拉力值随开挖深度的增加而增大,且其位置随开挖深度的增加而下移;开挖使得桩基的承载性状发生了显著的变化,由于土体卸荷回弹,桩身上部土体对桩周的约束作用明显减小,使得桩顶的荷载向下传递量明显增加;开挖降低了桩基承载力,其损失主要来自桩侧摩阻力.     

深厚软土地区长钻孔灌注桩后注浆试验研究

对深厚软土地区长钻孔灌注桩的后注浆试验结果进行研究,获得各级荷载作用下桩身轴力和桩侧摩阻力随桩身深度的变化规律、桩项荷载一位移一时间曲线.研究结果表明:当注浆量不超过3t且注浆压力为1～3 MPa时,桩侧摩阻力占总荷载的93%左右,桩端轴力只占桩项荷载的5%左右;当桩顶荷载为4.6 MN时,桩侧注浆可减小桩项位移23%左右,桩端注浆可减小桩项位移32%左右;桩侧和桩端后注浆技术是减小桩基工后沉降的有效方法之一.     

基于虚拟柱状等效模型的桩基沉降位移计算方法

根据软土地层桩基工程特性,提出符合工程特点的虚拟柱状结构模型,建立桩基沉降位移理论解.研究软土地层中桩基荷载的传递特性、桩基承载模式及其随荷载与环境条件逐步演化的动态关系.结果表明:桩基存在摩擦承载和摩擦+桩端承载模式,且随桩顶荷载、施工和环境因素显著变化.同时,受荷载的传递规律影响,桩基轴向存在0轴力断面,其深度与桩基长度的大小关系影响桩基的承载模式类型和位移计算结果.现场结果对比验证了理论方法的正确性和适用性.     

层状地基中大直径超长群桩的承载特性研究

本文利用数值分析方法,对层状地基中大直径超长群桩的荷载位移曲线、桩侧摩阻力及桩端阻力、桩顶反力、桩身轴力的分布规律等进行了较为系统地研究,同时对比分析了层状地基中土体本构模型的选择对数值分析结果的影响,所得结果对深入研究该类桩基的承载及变形特性具有一定的参考价值.     

基于光纤技术和有限元计算的灌注桩承载特性

为了掌握灌注桩的承载力及桩身受力分布和传递规律,本文开展了灌注桩现场静载试验,并使用光纤传感器对灌注桩桩身变形进行了测试,获得了桩身应变信息。采用有限元软件ABAQUS,开展了灌注桩承载特性数值模拟研究。结果表明,静载试验得到的桩基Q-S曲线和数值模拟测得的桩基Q-S曲线基本一致;光纤传感器所得结果显示桩身轴力在桩头处是最大的,随着桩长增加而逐渐递减,整体变化规律与数值模拟结果规律一致;灌注桩实测桩身侧摩阻力沿桩长变化规律与数值模拟得到的受力分布和传递基本一致,验证了有限元计算模型中选取的参数是合理的。考虑了桩长、桩径和桩土界面摩擦系数对桩基Q-S曲线、桩身轴力分布和侧摩阻力分布的影响,桩径和桩土界面摩擦系数对桩基的Q-S曲线、桩身轴力分布和侧摩阻力分布的影响很大,而桩长的影响较小。     

考虑时间效应的高回填场地不同桩顶荷载基桩受力特性分析

由于基桩在高回填场地的应用不可或缺,考虑在其使用过程中高回填土的蠕变特性对基桩力学特性的影响,利用有限差分软件FLAC3D,并考虑时间效应,对填土厚度为10m,桩径为1m,嵌岩深度为3m的基桩进行桩顶荷载分别为0、0.5MPa、1Mpa、2Mpa、3Mpa和5Mpa的数值模拟分析,得到不同桩顶荷载作用下基桩的受力和变形特征。研究结果表明：桩周填土沉降随时间呈现先加速增加后逐渐趋于平衡的趋势,不同桩顶荷载作用下桩顶位移随时间的变化速率滞后于桩周填土的沉降变形速率;在桩周填土蠕变初期,桩身最大内力加速发展,而桩端阻力在此段时期的增长并没有出现加速增长;随着填土蠕变进入中后期,桩端阻力加速发展,桩侧摩阻力向桩端阻力转移;待桩周填土蠕变稳定后,桩身最大轴力与桩顶荷载呈现正相关,但是桩身轴力附加值随桩顶荷载的增加而减小;增加桩顶荷载桩,桩端阻力及其附加值也随之增大。该研究可为高填土场地桩基的设计施工提供参考。