微型桩-加筋土挡墙路基结构的公路护栏抗冲击性能

为了对微型桩-加筋土挡墙路基结构的护栏抗冲击性能进行验证和评价,利用数值手段开展加固前后的护栏冲击动力响应对比分析。研究结果表明:微型桩-加筋土挡墙通过"护栏—连接构件—地基梁—微型桩—加筋土—地基"这一从上到下的加固体系,从受力机制上相当于大大增加护栏的锚固深度,将作用在护栏上的碰撞荷载自上而下地传递到加筋土及地基内部,而沿公路长度方向浇筑的地基梁则将荷载从作用点向两侧分散传递,利用整体结构来分担荷载,因而显著增强护栏的抗冲击能力,可减小约90%的护栏碰撞位移,并使得不同碰撞荷载作用下的面板最大侧向位移比加固前减小82.1%~94.3%,初步验证其护栏抗冲击性能的可靠性。     

山区公路微型桩-加筋土挡墙系统技术开发

针对修筑于斜坡地带的公路加筋土挡墙系统的设计、施工难点和破坏模式,开发一种适合于我国西部山区特点的微型桩-加筋土挡墙系统:竖直和倾斜的一对微型桩从路面穿过加筋土挡墙的回填土区域,并锚固进地基,同时,在桩顶处浇筑承台和地基梁,使微型桩布置成为纵向框架组合形式,并通过连接构件将护栏与地基梁及微型桩相连,形成"护栏—连接构件—地基梁—微型桩—加筋土—地基"这一自上而下的整体加固体系。介绍该加固系统的结构形式、技术特点、施工方法和质量控制等,对采取不同加固措施的斜坡加筋土挡墙的变形特性进行数值模拟分析,初步验证所提出的加固方法的优越性。研究结果表明:该系统施工方便,不需要大量挖填方,收坡效果好,仅增加适当的材料用量,即可实现加强挡土墙局部稳定性、整体稳定性和护栏抗冲击性能的多重加固目的。     

倾斜抗滑桩护坡承载特性试验研究

为充分探究倾斜抗滑桩护坡承载特性，弥补倾斜抗滑桩在相应试验研究方面的不足，采用模型试验方法，对倾斜与竖直抗滑桩支护结构的受力状态、坡顶沉降位移、桩身内力变化规律和桩后土压力进行测量对比分析。试验结果表明倾斜桩体桩后土压力随着桩体埋深的增加先增大后减小，其形态类似于抛物线型分布；桩体在同一位置不同加载荷载下，土压力值随着荷载的增大而增大，与竖直桩体相比其受力更加合理，更能充分发挥抗滑桩护坡作用。桩身弯矩形态近似呈“S“形分布，桩身弯矩随着桩体埋深的增加先增大，后出现弯矩重分布现象反向增大最后减小，在桩体埋深为35cm处，弯矩值出现重分布现象；桩体在同一位置不同加载荷载下，弯矩值随着荷载的增大而增大且桩顶处弯矩值大于桩底弯矩。倾斜比竖直桩体在相同状况下所受弯矩值明显小很多，即能承受更大的土体作用而不发生破环，从而使护坡效果明显增强，为在实际工程中采用与坡面大致垂直的抗滑桩比竖直抗滑桩能达到更好的护坡效果提供了理论指导。     

竖向荷载作用下倾斜桩的承载力特性

针对桩身整体倾斜且无初始弯曲应力的倾斜桩,采用室内模型试验对竖向荷载作用下不同倾斜程度的桩进行了研究,发现模型桩在倾斜度不大于4%时,在相同的竖向荷载作用下倾斜桩的桩顶沉降比竖直桩小且倾斜桩的竖向承载力不比竖直桩低,但当倾斜度达到8%时,相同荷载下桩顶沉降大于竖直桩沉降且因桩身发生弯曲破坏导致加载终止.基于工程实例对桩身整体倾斜的单桩进行了数值分析,得出了与模型试验类似的结论.对特定土质条件和桩条件,存在着基于桩身倾斜度对桩顶沉降影响的沉降影响门槛值和基于桩身倾斜度对桩体破坏模式影响的破坏模式门槛值.当桩身倾斜度在沉降影响门槛值以内或以外时,在相同竖向荷载作用下倾斜桩的桩顶沉降分别小于竖直桩沉降或大于竖直桩沉降.当桩身倾斜度在破坏模式门槛值以内时,倾斜桩的竖向承载力主要由桩身侧阻和端阻决定,桩身弯矩不起控制作用;当倾斜度大于该门槛值时,在竖向荷载作用下倾斜桩的竖向承载力主要由桩体抗弯强度决定,随着竖向荷载的增大桩最终将发生弯曲破坏.土质条件、桩身刚度和强度、桩顶约束条件等均会影响门槛值大小.     

软土弯剪作用下大直径刚性桩水平承载性能试验

对软土中2根直径为0.90~1.09m、埋深6.47m的钢管单桩进行弯剪作用下的单向单循环快速维持荷载试验,获得桩身弯矩和桩顶位移随荷载的变化情况,探讨了桩周土地基加固对桩的水平承载能力的影响及刚性短柱法的适用性.试验结果表明:桩身弯矩沿埋深呈现先增大后减小的趋势,弯矩最大值出现在0.06~0.15倍埋深处;荷载水平小于0.23时,桩顶水平位移较未加固前减少20%~30%,地基加固提高了桩的水平承载性能,而荷载水平大于0.6以后,地基加固的影响消失;采用刚性短柱法的设计用钢量较实际需求多37%,存在较大安全余量.     

整体桥扩孔微型桩－土相互作用拟静力试验

为研究不同扩孔参数对整体桥扩孔微型桩受力性能的影响,以扩孔微型桩为研究对象,通过单向循环位移荷载进行控制,进行5根不同扩孔参数下微型桩的拟静力试验研究;同时对微型桩的桩顶位移-荷载曲线、弯矩分布、桩身位移和土抗力等进行分析.结果表明:扩孔内填料刚度越小,微型桩变形能力越好,在3.0D～6.0D(D为桩径)埋深范围内,其土抗力也越小,且对于桩身位移影响也较小,但桩身弯矩增大;相比于浅扩孔,深扩孔的微型桩承载能力小,但变形能力好和桩身弯矩较大;扩孔孔径越大,桩身土抗力越小,桩身弯矩越大,且对桩身侧向位移影响较大;扩孔深度和扩孔孔径一般控制在3倍桩径时可有效提高微型桩的变形能力.     

水平受荷倾斜群桩模型试验及受力机理研究

长期受水平荷载的工程涉及到倾斜桩的应用，其水平承载能力和桩周土体行为受到关注．设计了4组不同布桩方式的室内倾斜群桩水平加荷模型试验，针对6桩承台，对比分析了倾斜群桩的桩身位移、桩身内力及桩周土体变形，相较于群直桩，同向10°、对称10°和对称20°的倾斜群桩水平承载力分别提高了13.3%、28.3%和75.0%，桩顶最大水平位移依次减小了21.3%、35.6%和53.9%，倾斜群桩的桩身内力较小，侧摩阻力较大，桩顶土体水平位移最多减少了48.9%，桩底土体竖向位移最多减小了56.4%．建立了承台-倾斜群桩-土体在水平荷载作用下的精细化有限元模型，进一步分析了足尺条件下不同布桩方式倾斜群桩与土体的相互作用．直桩抵抗水平荷载的作用主要由土体沿桩身法向抗力提供，而倾斜群桩在水平荷载下产生较大的侧摩阻力，且斜桩侧摩阻力水平分量在抵抗水平荷载中发挥重要作用，对称20°倾斜群桩中侧摩阻力水平分量占比高达35%，所以其水平荷载能力更强，显著提高结构的抗侧刚度．承台与桩连接方式的改变没有影响其受力模式，刚接时桩顶存在负弯矩，更有利于减小桩身弯矩和桩顶位移．合理布置的倾斜群桩可以在水平荷载下发挥显著作用...     

复合桩加固液化土桩身弯矩分析

通过对水泥土桩与钢管桩复合加固地基模型和碎石桩与钢管桩复合加固地基模型进行振动台模型试验,分析了这两组复合桩加固模型在模拟地震作用下超静孔隙水压力和桩身弯矩的变化情况,得出水泥土桩与钢管桩复合加固模型超静孔隙水压力几乎不变但桩身弯矩值下降很快,说明水体无排出,桩间土部分液化,土体承担荷载减小而桩体承担荷载增大;碎石桩与钢管桩复合加固模型超静孔隙水压力消散明显且桩身弯矩值有所降低,说明水体排出土体密实,土体承担荷载增大桩体承担荷载减小;因此,设计碎石桩与钢管桩复合加固液化土对实际工程很有意义。     

砂土中循环荷载与单调荷载组合作用下斜桩水平承载变形特性

针对斜桩基础受风荷载作用的工况,分析水平循环荷载对其承载变形特性的影响。通过室内干砂中的模型试验,研究了斜桩在经历水平循环荷载后再承受单调水平荷载时的承载变形性状,与仅在单调水平荷载作用下斜桩的性状进行了比较,分析了循环荷载幅值大小对斜桩水平极限承载力、桩身轴力、弯矩及剪力的影响。结果表明:斜桩先经历循环荷载后再承受单调水平荷载比仅受单调水平荷载作用时的水平极限承载力有一定程度的提高,提高幅度10%～14%;水平荷载作用下,正斜桩桩身全长受拉,负斜桩桩顶下一定长度区段受压,其余区段受拉;经历循环荷载后再受单调水平荷载作用比仅受单调水平荷载作用时斜桩的桩身最大轴力大,正倾斜桩的最大轴力大于负倾斜桩,两者桩身轴力最大值均在距桩顶约4.5d(d为桩径)的桩身截面;斜桩桩身的弯矩主要出现在桩顶下约15d的桩身长度范围内,经历循环荷载后再承受单调水平荷载的斜桩与仅承受单调静载时斜桩的最大弯矩基本相当,最大弯矩截面距桩顶距离均约为4.5d;负斜桩的桩身最大弯矩大于正斜桩,前者约为后者的1.4倍;经历循环荷载后再受单调水平荷载作用和仅受单调水平荷载的斜桩,其桩身最大剪力均在桩的顶部,并且在桩顶下方7.5d处存在极值剪力。     

抗滑桩-加筋土挡墙组合支挡结构开发

针对山区陡坡地形上加筋土挡墙抗滑稳定性的不足,提出抗滑桩+刚/柔组合墙面加筋土挡墙组合支挡结构,阐述该组合支挡结构的研发思路、结构形式和技术特征。采用有限差分程序FLAC3D建立该组合支挡结构的数值模型,对比分析抗滑桩和抗滑桩+承台2种结构的加筋土挡墙墙面水平位移、抗滑桩位移和桩身弯矩、土工格栅拉力及路基稳定性,重点探讨抗滑桩桩长、覆盖层模量和上覆荷载的影响。研究结果表明:在抗滑桩顶部设置承台可以有效减小墙面和桩身水平位移,提高路基稳定性;将抗滑桩和承台的连接方式由刚接改成铰接会使桩身弯矩显著减小,而对墙面和桩身位移及路基稳定性影响不大;未设置承台时墙面和桩身水平位移更容易受到抗滑桩桩长、覆盖层模量和上覆荷载变化的不利影响。     

Pasternak地基中H(t)-V受荷桩水平响应有限杆单元法分析

为探讨桩顶水平动荷载H（t）与竖向荷载V联合作用下桩基的水平响应,基于 Pasternak地基和Euler梁理论,建立了桩-土相互作用水平振动分析模型,采用改进的有限杆单元方法求解考虑P-Δ效应、土体剪切效应影响的综合刚度矩阵方程,结合桩土连续边界条件得到桩身内力与位移解答.通过与已有解析解、有限元解和模型试验的结果比较,验证了计算方法的合理性.最后,对影响桩身内力与位移的主要因素进行分析.结果表明：1）传统Winkler地基相较于Pasternak地基模型,忽略了地基土体的剪切效应,将夸大桩体结构的实际受力,使得计算得到的桩身水平位移和弯矩均大于Pasternak地基所得结果,且随着桩土弹模比Ep/Es的降低,两种地基模型计算的桩身最大水平位移和弯矩的差异性呈现出增强趋势;2） 随着桩顶竖向荷载的增加,桩身水平位移和弯矩受P-Δ效应的影响显著.当桩顶竖向荷载特征参数λ由0增至2时,桩身最大水平位移和弯矩分别提高40.85%和78.57%;3） 相较无限长桩（L>20dp）,有限长桩的水平位移和弯矩的动力响应受桩身长径比L/dp影响更大;桩身最大水平位移和弯矩随着水平简谐荷载幅值H0的增加而增大,随着无量纲频率a0的增大而减小.     

微型桩桩顶连系结构作用机理的三维数值分析

微型桩因灵活高效的抗滑性能得到广泛应用,但桩顶连系结构的作用机理并不清楚.利用有限差分（FLAC3D）数值模拟方法,揭示桩顶连系结构对微型群桩应力应变特征的影响.结果表明：(1)同级侧向荷载作用下,连系梁使3#桩位移下降12.9%,8#桩位移下降14.2%.表明连系梁可以有效延缓边坡变形,且可以对第二排桩有更好的位移限制作用;(2)两组工况的临界与极限荷载相同,表明桩顶连系梁无法显著提高微型群桩的抗滑能力;(3)同级侧向荷载作用下,两组工况的桩身应力均在滑裂面上下呈三角形分布,仅在桩顶有一定差别存在.连系梁使滑坡推力分担比由0.58∶0.42提高到0.53∶0.47.相对于独立式群桩,连系式群桩滑坡推力分担更为平均.(4)同级侧向荷载作用下,两组工况的桩身弯矩均呈现倒“S”形.连系梁可以限制桩顶变形,使第一排微型桩桩顶后侧受拉,随着深度增加,连系梁影响降低.在连系梁的作用下,两排桩几乎同时失去抗弯作用.     

纵向和横向荷载下微倾单桩变形和内力的弹塑性解

为提高工程中桩身侧向变形较大时纵向和横向承载单桩的设计及计算水平,考虑桩身初始微倾斜及土体的弹塑性,采用矩阵计算法得到地基水平抗力系数为常数时桩身侧向变形和内力的解及桩身最大位移、最大弯矩及其所在位置的计算方法。研究结果表明:解的计算值与模型试验值较吻合;当桩顶自由时,桩身最大位移、最大弯矩及土体屈服后桩身最大弯矩距地面的距离均随桩身初始倾角的增大而增大;桩身初始微倾斜对桩身侧向响应的影响随纵向荷载的增大而增大;桩身最大位移、最大弯矩及桩身最大弯矩距地面的距离均随纵向荷载的增大而增大,且其变化速率随纵向荷载和桩身初始倾角的增大而增大,因此,土体的弹塑性、纵向荷载及桩身初始微倾斜等对桩身侧向响应的影响不容忽视。     

成层地基中倾斜受荷群桩的非线性有限元分析

针对轴、横向荷载共同作用或倾斜荷载作用下群桩基础受力问题的复杂性，引入无厚度型接触面单元和“无拉力”分析方法，采用非线性有限元法对倾斜受荷群桩的受力变形特性进行探讨，开发考虑材料非线性、桩-土-承台共同工作机理、桩周地基土体的分层性及不同桩项荷载形式等因素的计算程序，并由此讨论初始应力场及桩项荷载大小、倾角变化对桩身内弯矩与轴力分布的影响曲线。研究结果表明：刚性承台顶的荷载不变而倾角增大时，中桩桩项的弯矩逐渐增加，边桩的弯矩则逐渐减小；当荷载倾角不变而荷载增加时，承台下各基桩的弯矩变化规律则随荷载倾角的不同而变化。     

无缝桥引板微型桩-土共同作用试验研究

利用MTS加载系统开展砂土中微型桩水平受荷室内足尺模型试验,对微型桩的桩身位移、桩身弯矩和桩周水平土抗力的分布进行研究,同时探讨了微型桩-土p-y曲线的特性.研究表明,桩身位移主要发生在桩顶下10倍桩径的范围,桩身弯矩主要集中在桩顶下15倍桩径的范围;采用双曲线模型拟合比抛物线模型拟合和双曲正切曲线模型拟合的p-y曲线精度更高.     

排架结构码头阶梯形岸坡桩土相互作用模型试验研究

为研究排架结构码头阶梯形岸坡桩土相互作用以及水位变化对桩土作用的影响,进行了大型模型试验模拟。根据试验数据,对排架结构桩周土体的侧向应力分布、排架桩身的受力特性以及水位变化的影响进行了讨论。结果表明:水平荷载作用下,排架各桩桩周土体侧向应力分布相似,呈三角形分布。桩周土体侧向应力随荷载的增加而增大;排架结构对岸坡有遮帘效应,起到一定的抗滑作用;排架桩身弯矩值随荷载的增加逐渐增大,桩身弯矩的大小与桩所处的位置有很大关系;水位越高,桩周土体侧向应力越大,桩身弯矩也越大,码头整体稳定性越差。     

长期荷载下有侧向约束柔性桩复合地基试验

为探讨长期荷载作用下柔性桩复合地基的工作性状,进行了有无侧向约束条件下夯实水泥土桩复合地基的长期荷载对比试验.在复合地基表面埋设沉降标,量测了桩体和土体沉降值,得到了桩和土的沉降随时间的变化规律;通过在桩间土表面、桩顶、桩端埋设土压力盒和在桩身埋设内贴应变片PVC管量测应力值,获得了桩顶与土顶应力、桩-土应力比、桩身轴力随时间发展的变化规律.试验结果表明:在长期荷载作用下,设置了约束长桩夯实水泥土桩复合地基的工作性状明显优于无约束夯实水泥土桩复合地基的工作性状——大幅度缩短了进入沉降稳定时间(约为64%),减小工后沉降量(约为29%~42%),降低桩-土应力比约39%;明显地调整了桩身轴力分布.分析认为:采用柔性桩加固软土路基时,在加固区边缘设置刚性长约束桩,能有效地控制路基的工后沉降,提高路基的承载性能.     

斜坡段桥梁基桩受力与变形分析的传递矩阵法

根据斜坡段桥梁基桩的水平承载特性,建立了考虑斜坡效应的桩-土相互作用模型及挠曲微分方程;基于m法和传递矩阵法,推导了桩身内力与位移分析的传递矩阵解答;通过模型试验,测得了黏土和砂土斜坡地基比例系数,拟合得到了斜坡地基比例系数与坡度间的关系式,验证了理论解答的合理性;以某工程实例为基础,分析了斜坡坡度和桩顶水平荷载对斜坡基桩受力与变形的影响.研究表明：斜坡地基比例系数随桩土交界面处桩身水平位移增大而呈非线性关系减小;黏土和砂土斜坡地基比例系数均随斜坡坡度增加而减小;基桩桩顶水平位移和桩身最大弯矩均随斜坡坡度和桩顶水平荷载增加而增大;当斜坡坡度由0°增加至60°时,桩顶水平位移约增大86.4%,桩身最大弯矩约增大4.6%,桩身最大弯矩位置约下移2.0 m;桩顶水平荷载每增加50 kN,桩顶水平位移平均增大48.5%,桩身最大弯矩平均增大41.6%.     

深厚填土区微型钢管桩承载特性试验

为研究深厚填土区微型钢管桩承载特性及加固效果,通过室内试验和现场试验,测定微型钢管桩的应力-应变关系、各级荷载下的桩身轴力及桩顶位移,分析组合截面的弹性模量、钢管与水泥净浆分担的荷载比以及桩身轴力、桩侧摩阻力的传递变化规律.研究结果表明,钢管的套箍效应对组合截面弹性模量影响较小,实测值仅为不考虑套箍效应计算值的1.2倍...     

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".