砂土中单桩竖向抗压承载机制的离散元分析

将单桩视为平面问题,采用二维离散单元法分析了砂土中单桩竖向抗压承载机制。首先利用离散元模拟地基的形成、挖孔灌注桩的成桩过程以及地基土的双轴压缩试验;然后通过离散元模拟单桩竖向抗压静载试验,分析其承载机制。结果表明：随着桩的沉降增大,桩端阻力一直增大,桩侧摩阻力先增大后达到稳定值;单位桩长侧摩阻力从桩顶到桩端呈非线性增长趋势;当荷载达到桩的极限承载力时,桩端发生刺入破坏,导致桩侧与桩端附近土体的转动场梯度、应力场梯度增大,主应力发生大角度旋转。     

开挖卸荷对既有群桩竖向承载性状的影响分析

既有建筑下增层开挖对已有桩基础的影响不同于基坑开挖对坑内桩基的影响。基于工程实例验证的有限元参数,用硬化土弹塑性模型模拟土体,用接触面单元模拟桩土相互作用,建立了桩筏基础-地基-增层开挖三维有限元模型,对增层开挖后群桩基础的竖向承载性状进行研究。分析了桩顶刚度、桩身轴力、桩侧摩阻力、桩端阻比以及土体回弹的变化规律,并研究了不同桩端土体刚度和增层开挖深度对这些参数的影响。结果表明,增层开挖后群桩中不同基桩表现出不同的承载性状,增大桩端土体刚度可明显提高单桩承载力和端阻比临界值;随着增层开挖深度的增加,侧阻和端阻的发挥程度也随之提高。研究结果有望为地下室增层开挖施工中的结构托换变形控制和补桩设计提供依据。     

大厚度黄土地基超长群桩承载特性模型试验研究

大厚度黄土地基中大直径长桩、超长桩的应用急剧增多,但黄土地基中超长桩的承载变形机理、侧阻和端阻的发挥性状与普通桩差别较大。采用研制的黄土相似材料填筑模型,分别进行超长单桩和群桩竖向抗压静载试验,分析桩顶荷载作用下荷载-沉降、桩身轴力、桩侧阻力、桩端土体塑性区发展变化规律。研究结果表明:超长单桩在竖向荷载作用下,荷载主要由桩侧阻力承担,桩侧阻力由上向下逐步发挥,属纯摩擦桩,单桩破坏形式为刺入破坏,桩端土体塑性变形影响范围约为1.1 d。与单桩相比,超长群桩基础桩端承载力有较大幅度的提高,桩身轴力衰减深度范围有所减小,侧阻力沿桩身逐渐增大,桩端土层的影响范围约为1.25 d,与超长单桩的影响范围较为接近。本文的研究方法和结果可为大厚度黄土地区超长桩基的承载特性研究提供参考。     

钙质砂地基单桩承载特性模型试验研究

根据实际工程中单桩受力特点,对足尺桩基进行等比例缩尺,考虑不同埋深、砂土颗粒级配等影响因素,开展室内小尺寸模型单桩的竖向拉拔、水平推移和竖向压载试验,分析桩身变位、变形、轴力等参数与桩基埋深、桩周砂土特性等因素的相互关系,探究钙质砂地基中单桩在不同受力方向下的承载性状,进而剖析钙质砂中桩-土相互作用机制。研究表明,钙质砂地基中,单桩变位、变形特点随着受力方向、埋深、桩周砂土特性等的变化存在明显差异;增大桩的埋深对竖向抗拔桩的意义大过竖向抗压桩;相同条件下桩在承受竖向抗压荷载时,增大埋深的作用主要体现在加载初期,随着荷载的逐渐增大,最终差别将逐渐减小;竖向抗压桩承载过程由以侧摩阻力承载为主发展为以桩端阻力承载为主;颗粒破碎和重分布会引起抗拔桩εmax在加载后期出现衰减;宽级配钙质砂中桩的抗拔能力较强,而单一粒组的钙质砂则在维持桩身稳定方面占优势;桩侧剪碎时的桩侧阻力衰减是随着颗粒破碎逐渐发生的,而桩端压碎时的桩侧阻力衰减主要发生在砂土被压碎瞬间。研究结果对钙质砂地基中的不同功能桩基的优化、设计和施工具有重要指导价值。     

粉质黏土中单桩竖向承载力的离心模型试验研究

桩基础研究的核心问题是桩承载力和桩-土相互作用,包括桩周土的变形和饱和土中孔隙水压力的变化。通过离心模型试验的方法,利用竖向压桩设备把桩压入土体,研究饱和及非饱和粉质黏土中单桩的竖向承载力,以及加载过程中桩周土体的变形和孔隙水压力的变化。粉质黏土饱和后,桩基的承载特性表现出软化的特点,且桩基的承载能力比非饱和粉质黏土中的桩基小,非饱和粉质黏土的压桩试验中桩基没有出现明显的极限承载力。桩基的加载特性与桩周土的变形响应具有显著的相关性,桩的加载过程对桩周土体变形的影响有一定范围,超过这个范围,土体的变形可以忽略不计。饱和粉质黏土中桩基的加载对桩周土体孔压的变化也有一定的影响范围,与桩周土体的变形范围体现出类似的规律。距离桩较近时,桩周土的变形较大;距离桩越远,土体的变形受到桩的影响越小。     

基于桩-土界面剪切特性的单桩沉降和承载问题研究

近年来,西北地区出现了许多高填方场地,为减小建筑物基础的不均匀沉降,基础类型广泛使用桩基础。与一般场地不同,黄土填方场地中的单桩桩周土受力后仍会产生较大的变形,该类场地单桩沉降机制复杂。桩顶总沉降计算是桩基设计的重要依据,为此,建立了高填方黄土场地单桩桩顶总沉降计算模型。基于传统的荷载传递法和剪切位移法,分别考虑桩-土界面的桩-土相互作用和桩-土界面外剪切带土体的剪切变形。依据桩端边界,将单桩类型分为摩擦桩和端承摩擦桩,分别建立桩周土弹性阶段和塑性阶段的桩身位移控制微分方程,结合边界条件进行求解,得到桩身位移、轴力、侧摩阻力,并通过弹塑性理论求解了桩周土剪切带土体剪切变形,进而通过叠加原理求得桩顶总沉降。用桩长与桩周土塑性发展深度的比值,定义了桩基承载力安全系数K。通过算例分析与现场试验数据对比分析,研究结果表明：使用新的模型计算得到的桩顶总沉降与现场试验结果相近;当桩顶荷载较小、桩周土处于弹性阶段时,桩端边界对桩身轴力、位移和侧摩阻力影响很小,但桩周土进入塑性滑移阶段后,桩端边界的影响开始变大,考虑桩端土的承载能力会极大提高单桩极限承载力;建立了将荷载传递法和剪切位移法综合起来的计算...     

考虑桩-土体系渐进破坏的单桩承载特性研究

针对目前桩基承载特性确定时未考虑桩-土体系渐进变形过程的现状,采用现场试验和理论分析等手段对考虑桩-土体系渐进破坏的单桩承载特性展开研究。首先,利用现场试验数据对侧阻和端阻的软化特性展开深入探讨,提出了侧阻和端阻软化模型,明确了模型中各参数取值方法,并验证了其合理性。同时,根据提出的侧阻和端阻软化模型,建立了一种可考虑桩-土体系渐进破坏的单桩承载特性的迭代算法。算例分析表明,计算获得的破坏性单桩承载特性与实测值有较好的一致性,且可反映侧阻和端阻的破坏特性。实际工程中,结合单桩承载特性分析算法,可根据单桩的实际受力特点灵活选用不同形式的侧阻和端阻荷载传递函数来分析不同桩顶荷载水平下的单桩受力特性。     

桩-土-承台共同作用的简化分析方法

从桩与承台下地基土共同分担荷载的基本条件出发,提出了一种从单桩荷载沉降曲线入手的桩-土-承台共同作用简化分析方法。在给定单桩荷载水平下,假定承台下桩间土的变形量等于此时单桩沉降量,求解相应的板底应力,从而可以得到任意桩荷载水平下的承台荷载分担量,而不必将桩的受荷水平限制在极限荷载。将基础沉降分为桩间土变形量及桩端下卧土层的整体压缩量两部分进行分析。桩间土变形量等于单桩在给定荷载水平下的沉降量,而桩端下卧土层的整体压缩量则由承台与桩两部分荷载引起,可以相对准确地预测基础沉降量。工程实例分析与实测结果的比较表明该方法是可行的。     

地震作用下桩竖向抗震承载力的退化效应

在地震荷载作用下，由于土体振动孔隙水压力的产生，桩的竖向承载力将发生退化，基于桩的竖向承载机理以及地震作用下土的有效应力状态变化，提出了桩竖向抗震承载力退化效应的应力动力分析方法，分别建立了地震作用下极限桩侧阻力和极限桩端阻力的退化计算模型，最后应用该方法对液化砂土地基上的桩基进行了竖向抗震承载力退化计算。     

竖向荷载下GRF承载机制数值模拟研究

岩土加固基础（geo-reinforcement foundation,简称GRF）是一种新型岩土增强型桩基础,其承载机制目前尚未明确。通过建立GRF的三维非线性模型,并考虑地基中的桩-土接触、锚杆-土接触效应,利用岩土专业计算软件FLAC3D,分析研究了GRF桩土变形以及土体屈服特性、桩身轴力变化规律、侧阻力和端阻力的变化规律。数值计算结果表明：GRF更能调动桩周土体来承载,其侧阻力、端阻力、极限承载力均大于等直径桩;由于锚杆作用,GRF的桩身轴力在锚杆附近出现“台阶式”突降;锚杆作用的发挥与桩顶位移密切相关,只有在桩顶产生一定位移条件下,锚杆才能发挥其承载作用,且土体在锚杆上部形成松弛区,在锚杆下部形成压密区;锚杆随桩体向下移动,与桩体相互作用,锚杆下部及锚杆附近桩体内会产生拉应力。研究结果为GRF在工程中推广应用奠定了一定的理论基础,对设计GRF有一定的参考价值。     

竖向荷载下群桩-土-承台相互作用数值分析

在大桩径、小桩距的群桩条件下,不仅有来自桩侧、桩端和承台传递的多重应力叠加,还有群桩对桩间土的夹持作用影响,桩-土-承台之间作用更加复杂。用有限差分软件模拟固定桩距、桩径,变化竖向荷载下桩-土-承台的相互作用。从各层土的侧摩阻力、不同位置桩的桩顶荷载、荷载-沉降关系、桩间土体位移等方面的计算结果分析桩-土-承台之间的相互影响。结果表明,荷载超出117.8 MN（略大于Pu/2,Pu为群桩极限承载力）后,群桩对上部桩间土的夹持作用开始减小,桩侧上部侧摩阻力增大;桩侧下部侧摩阻力在多重应力叠加作用下呈减小趋势,不同位置的桩侧摩阻力影响范围有差异;用群桩沉降达到5%倍桩径时的荷载作为群桩的竖向极限承载力是可取的;当沉降与桩径的比值超出1%后,承台分担荷载的比例逐渐增大,群桩分担荷载的比例减小。     

大型石化地基振冲碎石桩处理现场试验研究

针对大型炼厂工程地基处理的复杂性,开展了振冲碎石桩的现场试验。利用静力触探试验检测桩体密实度和判别饱和砂土液化。基于旁压试验、标准贯入试验和重型动力触探试验结果,分析了施工前后地基承载力和土体工程特性变化情况。以单桩和复合地基载荷试验结果验证了桩间土、单桩及复合地基的承载性能。研究结果表明,振冲碎石桩对桩长范围的砂土具有明显的挤密效应,工程特性和场地的均匀性在处理后有了明显改善和提高,有效地消除了桩长范围内砂土的液化可能性。静载荷试验结果表明,振冲碎石桩复合地基承载力能达到设计要求;振冲碎石桩对砂土层下卧黏性土层的加固作用不明显,部分深度范围内土体强度降低;当地面以下10 m内不存在厚度大于5 m的软土夹层时,较薄的软土夹层状对挤密加固其余深度的砂土未产生明显影响,对地基承载力影响亦较小。     

软土地区填砂竹节桩抗压承载性能研究

软土地区土体工程性质较差,土体所能提供桩侧摩阻力和桩端阻力较小,预制桩桩身材料强度无法充分发挥。在预制桩压入土体过程中灌入砂石能够改善桩周土体性质,提高桩-土接触面摩擦性能,从而提高桩基的抗压极限承载力。为了研究填砂竹节桩的抗压承载性能,进行了一组现场静载试验和ABAQUS三维建模计算,通过对试验和计算结果的分析可以得出以下结论：软土地基中填砂竹节桩的抗压承载性能相比常规等截面管桩有了显著提高;填砂竹节桩桩身轴力在竹节节点处减少幅度较大,竹节节点能够提高桩侧承载性能;软土地基中填砂竹节桩桩侧承载性能相比常规等截面管桩有了显著提高,且侧阻增大系数为1.15～1.40。     

成层地基中单桩竖向承载力鲁棒性设计

城市建设中桩基应用广泛,单桩竖向承载力的计算方法及可靠性越来越受到设计人员重视。针对桩基设计中岩土参数的不确定性及桩基穿越成层地基对桩身承载力的影响问题,提出基于可靠度理论的鲁棒性设计方法。利用岩土参数变异性的平均值及标准差充分考虑岩土参数的不确定性,并通过扩大考虑地基土的不确定因素将单桩竖向承载力鲁棒性设计由砂土推广到黏土等一般性土壤;提出采用分层计算桩侧摩阻力作为不确定因素考虑地基土成层分布问题,按照承载力极限状态与正常使用极限状态作为目标函数进行桩基竖向承载力设计。单桩承载力鲁棒性设计将鲁棒性作为安全性评价标准,来评估桩基设计方案的可行性,以鲁棒性与经济性为优化目标对桩基设计进行多目标优化,设计方案在满足桩基承载力要求的同时,保证了桩基设计方案的鲁棒性与经济性。     

砂土地基中桩顶竖向-水平加载路径下柔性单桩水平承载力分析

砂土地基中桩顶竖向-水平加载路径下单桩水平承载理论研究较少,且鲜有考虑预先施加的竖向荷载对土抗力p与桩身水平位移y曲线的影响。鉴于此,考虑桩顶预先施加的竖向力对桩周土体产生挤密作用,从而对双曲线型p-y曲线的极限土抗力进行修正。采用余弦函数表征被动侧径向土压力分布,构建了被动侧最大径向土压力与总土抗力的关系式,推导了被动侧的侧阻抗力矩解析表达式。考虑被动侧摩阻力与竖直方向存在夹角β对由摩阻力引起的桩身轴力变化量进行修正,给出了修正计算公式。建立了同时考虑修正的p-y曲线、桩身自重和被动侧摩阻力引起的轴力变化量、二阶效应（即P-Δ效应）以及侧阻抗力矩的桩身挠曲微分方程,通过MATLAB编程求得其数值解。将计算结果与已有模拟和试验结果进行比较,验证了该方法的正确性。在此基础上,探讨了预先施加的竖向力大小对单桩水平承载性能的影响。计算结果表明：推导的桩身轴力变化量计算公式能更准确地表征被动侧摩阻力对桩身轴力的影响,且可用于大变形条件;预先施加的竖向力可以增大柔性单桩的水平承载力,随着预先施加的竖向力的增大,增强效果逐渐减弱。     

水流冲刷对桩基承载性状影响的数值模拟

利用三维有限元耦合数值模型,对水流冲刷作用下桩基础从低承台向高承台的变化过程中承载性状变化的数值模拟方法进行探讨,得出一种较为理想的模拟方法,对于复合地基中的水流冲刷问题及类似桩-土相互作用中的开挖问题的数值模拟有一定的参考价值。结合工程实例,说明工程计算中简单按高承台计算来考虑水流冲刷作用对桩基承载性状的影响是不准确的。通过调整接触面单元和土体单元刚度,更全面地分析了不同条件下冲刷后桩基承载性状的变化规律,说明冲刷后土体有明显的回弹效应,工程计算中不能简单忽略。     

静压管桩桩-土作用机制及其竖向承载力确定方法

为深入研究静压管桩桩土的作用机制及其竖向承载力的确定方法,以长春地区建筑工程使用的静压管桩为例,采用数值模拟方法和桩的载荷试验,分析了桩对桩周土的挤压作用以及桩端阻力变化规律。结果表明：桩被压入土体过程中,主要受到桩侧摩阻力和桩端阻力的作用,并造成桩周及桩端附近土体受到挤压而变形;随着桩入土深度的增加,桩顶荷载逐渐增大,而且桩径越大,相应深度的桩顶荷载就越大;同时,随着桩入土深度的增加,桩端阻力在单桩竖向承载力中的比例有规律地下降。根据桩端阻力在单桩承载力中所占比例与入土深度的关系,提出了静压管桩单桩承载力特征值的计算方法;对比建议公式和经验公式计算结果,其比值为0.57~1.26,两者结果接近。因此,文中所提出的单桩承载力特征值的确定方法是可行的。     

刚性承台下变截面柔性桩与地基相互作用的线性分析

对桩侧土及桩端土均采用线性荷载传递函数,同时,考虑桩周土所分担的荷载对单桩荷载传递规律的影响,利用力学理论及微分方程的近似解法-子域法,推出了刚性承台下变截面柔性单桩与地基相互作用的系列近似解析算式,并通过算例,将承台下变截面柔性桩的情况与同体积的等截面柔性桩的情况进行了对比。对比表明：改变桩型能提高柔性单桩及单桩承台的承载力。将模型试验结果与计算结果进行了比较,验证了解析算式的可行性。     

砂土海床中大直径单桩水平承载与变形特性

通过室内三轴固结排水剪切试验等获得典型剪胀性砂土的力学参数,在此基础上利用有限元软件ABAQUS,开展了近海大直径单桩基础在水平荷载作用下的三维有限元数值分析,揭示了加载过程中桩周土的应力路径,探讨了桩周土内摩擦角、剪胀角及桩土接触面特性等对三维数值分析结果的影响,得到了离心模型试验的验证,进而提出了砂土海床中大直径单桩基础的合理数值分析模型及参数取值方法,并建议风机大直径单桩基础水平承载力确定以变形作为控制标准。在此基础上,利用该数值分析模型分析了现有桩基承载力和变形分析方法对超大直径单桩的有效性,并提出了采用数值分析来确定基础的临界埋深的确定方法。     

桩基承台梁受力分析的幂级数解答

将桩基承台梁视为置于弹性地基上的有限长梁,将竖向桩体及承台梁下桩间土体视为刚度不同的弹簧系列,基于Winkler弹性地基梁理论,推导出考虑桩土共同工作的承台梁竖向位移控制微分方程,并给出其幂级数半解析解,进而导得了在集中荷载、外加弯矩及分布荷载共同作用下桩基承台梁的竖向位移、转角、弯矩及剪力的计算公式。最后通过与链杆法、Newmark法的比较,验证了本文幂级数解答的正确性。在此基础上,探讨分析了基桩差异性、承台梁下土体作用、桩径及荷载形式等因素对桩基承台梁受力变形的影响。研究表明：当考虑上述因素影响时,桩基承台梁的竖向变形、弯矩及桩顶反力均发生不同程度的变化,因此,在实际的设计计算中应予以考虑。