单桩桩土相互作用及荷载传递机理探讨

研究了单桩桩土相互作用及荷载传递机理过程,指出了荷载传递函数中的为桩身位移,不是桩土相对位移和桩身压缩量,从而消除了由于不同的理解带来的混乱.基于单桩相互作用机理的改进模型,推导了预测单桩桩侧摩阻力以及桩身轴向力分布的公式,并将他们应用于一工程试桩,预测的单桩荷载沉降曲线与实测结果很好地吻合.     

单桩静载试验下桩的变形特征研究

为了研究竖向荷载作用下桩的变形特征及桩身内力的分布规律,本文基于现场单桩静载试验及数值模拟研究了桩的Q-S曲线特征及桩的内力分布形态。结果表明：(1)当荷载级别达到130 t时,桩的侧壁摩阻力未能充分发挥作用。因此单桩的极限承载力远大于设计值;(2)数值模拟得到的单桩桩顶最大沉降值为15 mm,而实测值桩顶最大位移12.5 mm,两者的相对误差在10%以内。总体来看数值模拟的计算是合理有效的;(3)采用数值模拟对试验结果进行了验证分析。证明数值模拟的合理性。此外,对于黏性土而言,由于桩土极限位移介于6～10 mm,但桩在最大一级荷载下,未能达到上限值,因此侧壁摩阻力只能分担总荷载的40%。     

一种新的超长桩荷载传递模型

超长桩桩侧摩阻力出现软化是一个较为普遍的现象。针对超长桩出现的侧摩阻力软化现象,提出了一种新的双曲荷载传递函数,该传递函数充分考虑了桩土相互作用的非线性特性和软化特性。依据新的荷载传递函数,利用FORTRAN语言编写了UMAT子程序。通过实例计算,对比了现场试验数据、ABAQUS自带接触对的计算结果和ABAQUS应用文中子程序后的计算结果,结果表明ABAQUS应用文中子程序计算所得的桩顶Q-s曲线、桩侧摩阻力分布曲线和桩侧摩阻力与桩土相对位移关系曲线都与现场试验数据更加吻合,证明文中提出的荷载传递函数可以有效地模拟超长桩桩土相互作用的非线性特性和软化特性,并且对超长桩承载力的估算更加合理可靠。     

考虑深度效应的超长单桩荷载传递性状的研究

考虑到目前的超长桩的桩侧荷载传递性状研究,基本上还是基于短桩理论,提出了考虑超长单桩桩侧摩阻力的深度效应的单桩荷载传递函数,并且将荷载传递法和有限元方法结合起来,采用该荷载传递函数来模拟单桩的桩侧荷载传递规律。用反演方法得出了该荷载传递函数的参数。算例表明：考虑深度效应的计算结果比不考虑深度效应的计算结果稍偏大,且与实测值更为接近,其结果更为合理。     

单桩与带承台单桩荷载传递特性的比较试验

对单桩和带承台单桩进行静载试验比较,桩身与承台下传感器得到了如下荷载传递特性：桩顶荷载分担比随总荷载增加而减小,承台使上部桩身轴力分布平缓,桩侧摩阻力受到削弱,摩阻力传递函数出现软化现象,但同时下部摩阻力发挥得到增强,而桩顶刚度变化不大。这些成果对于桩与承台共同作用特性研究具有重要参考价值。     

基于试桩试验的桩侧注浆抗拔桩承载变形特性的荷载传递法

依托上海虹桥综合交通枢纽工程开展了4组桩侧注浆抗拔桩的现场试桩试验,得到了各试桩各土层的桩侧摩阻力与桩土相对位移关系曲线（?-w曲线）。首先,对前述现场试桩试验得到的?-w曲线以及文献[1]中通过桩土接触面大型直剪试验得到的?-w曲线进行归一化处理,归一化参数为各土层极限侧摩阻力?ult及其相应的临界桩土相对位移wult;然后采用双曲线函数拟合归一化后的各土层?/?ult-w/wult曲线,得到一个统一的?/?ult-w/wult函数关系式;最后,将该双曲线函数应用到荷载传递法中,用于分析预测桩侧注浆抗拔桩的承载变形特性,可求得桩侧注浆抗拔桩桩身各处的荷载-位移曲线、桩身轴力分布曲线以及桩侧摩阻力分布曲线。通过工程案例的验证表明,其计算结果与工程案例实测值较接近,在上海地区具有一定的适用性。     

桩端条件对灌注桩荷载传递特性的影响

以荷载传递法为基础,研究了桩端条件对灌注桩荷载传递特性的影响。采用考虑桩侧软化的三阶段荷载传递函数,并以三折线模型模拟桩端土劣化或沉渣的影响,通过静力平衡条件建立微分控制方程。以桩端沉降和端阻力为边界条件,并将桩侧双曲线段的非线性两阶常微分方程转化为积分方程,并用数值方法求解,可以得到桩身任意截面的沉降、轴力和侧摩阻力。通过参数分析,研究了不同桩端刚度和不同沉渣厚度下灌注桩的荷载-沉降曲线和桩侧摩阻力的分布情况,讨论桩端条件对单桩荷载传递特性的影响。对两组相邻试桩的工程实例进行分析计算,结果表明,该方法能较好地反映实际情况。     

桩土相互作用及单桩承载力确定模拟研究

以灌注桩桩土相互作用的原位试验为基础．结合东营地区具体土层结构、性质特点．采用有限单元法对软土地区的砼灌注桩桩土相互作用进行仿真模拟．研究桩土相互作用、荷载的传递规律、桩土相对位移与桩侧摩阻力的关系．通过桩载试验资料对比．得出三维有限元法的模拟结果与实测值相近。在此基础上．根据侧摩阻力最大值发挥不同步这一特点和桩土相互作用的实质及荷载传递规律．提出一种新的单桩圾限承载力计算公式。     

柔性群桩承台下变截面角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及桩型对桩基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,推导出了柔性群桩承台下变截面角桩与地基相互作用的近似的解析算式,并通过算例将等截面桩桩侧摩阻力和桩身轴力与变截面桩桩侧摩阻力和桩身轴力作了对比,表明改变桩型能提高桩侧摩阻力。为验证本文方法的可行性,将模型试验结果与本文计算结果进行了比较,表明本文方法有较好的精度。     

珊瑚砂地基中膨胀混凝土桩竖向受压承载性能研究

为研究珊瑚砂地基下膨胀混凝土桩竖向承载特性,开展了室内单桩竖向静载模型试验,分析了膨胀混凝土桩的单桩荷载-位移曲线以及轴力、桩侧摩阻力等沿桩长分布特性,与PLAXIS 3D软件数值模拟结果进行对比并探究了线膨胀率对承载特性的影响。结果表明：珊瑚砂中膨胀混凝土桩的荷载位移曲线呈现缓变型,在加载过程中,荷载主要由桩侧摩阻力承担,轴力随着深度的增加而减小,桩侧摩阻力随深度先增加后逐渐减小,随荷载的增加逐渐发挥作用。随着膨胀剂用量的增加,桩身线膨胀量逐渐增加,桩-土相互作用更加明显。添加25% HCSA型膨胀剂可提高近20%的极限承载力和56%的极限侧阻力,提高桩体线膨胀率可以有效提高桩的极限承载力和侧摩阻力。该研究可为珊瑚砂桩基工程设计提供参考。     

单桩不同加载条件下有限元模拟及侧摩阻力分析

采用弹塑性有限元法,结合岩土体结构特征,应用接触单元模拟桩土之间的不连续面,分别对单桩传统静载加载方式和自平衡加载方式进行数值模拟。自平衡加载方式的数值模拟结果与实际自平衡测试结果吻合较好,说明选取的模型和参数比较合理。进而采用此模型和参数,对传统静载加载方式进行数值模拟,得出桩上部荷载传递过程中桩及桩周岩土体应力及位移,求出各单元的应力应变,确定出桩侧法向应力,结合桩土之间摩擦试验的参数,根据莫尔-库仑理论求出桩侧摩阻力。最后将有限元数值模拟和自平衡实测侧摩阻力值进行对比,验证了在选用合理的模型和物理力学参数的基础上,有限元计算的侧摩阻力值和实测值较吻合,通过有限元方法计算获得的单桩侧摩阻力值具有一定的可借鉴性和实用性。      

冻土中钢管桩荷载传递函数曲线研究

以室内冻土中钢管桩模型桩静载试验为例,介绍了冻土中钢管桩荷载传递函数的测试过程和计算方法,给出了一定条件下模型钢管桩桩身冻结力荷载传递函数曲线及桩端阻力荷载传递函数曲线,并分析了流变效应对荷载传递的影响.结果表明:模型钢管桩桩侧冻结力荷载传递函数曲线及桩端阻力荷载传递函数曲线其线状大致分别程抛物线及直线;由于流变效应的影响,桩侧冻结应力及端阻应力随时间有不同程度的变化;桩土相对位移和桩端下沉量开始5 h内随时间变化较大,但加载5 h后逐渐向稳定方向发展.其研究结果可为进一步的桩土间的本构关系研究提供参考.     

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。     

考虑桩侧土软化的单桩性状计算分析

在分析单桩桩侧土工作性状的基础上,提出了一种考虑桩侧土软化效应的荷载传递函数,分析了模型曲线随其中2个参数a和 b的变化规律。将该传递函数应用于单桩性状的分析,与采用常规的双曲线型传递函数的计算结果进行对比分析对比结果表明,采用该模型计算出来的单桩承载力更合理和准确。     

基于现场载荷试验的单桩沉降简化计算

基于桩在竖向荷载作用下的桩轴力分布函数,分析了钻孔灌注桩在竖向荷载作用下的承载特性、桩身荷载传递规律、桩的截面轴力分布规律和桩侧阻力分布规律,其计算结果与实测结果较为一致。从单桩Q-s曲线入手,确定各级荷载下桩端平面以下地基土的变形特性曲线,利用该变形曲线可以方便地计算单桩沉降量,其计算结果与实测的单桩载荷试验曲线一致。利用轴力分布函数计算各级荷载下的桩身压缩量和桩端沉降量,进而获得单桩沉降量,其计算结果与按现场测试的轴力分布和侧阻力分布计算的单桩沉降量规律一致,计算结果偏小,能够满足工程要求。     

灌注桩侧摩阻力发挥模式的研究

桩侧摩阻力的发挥主要与桩周土的力学性质、侧向有效压力、桩土的相对位移量、桩土的接触性质、时间效应等有关。采用双曲线侧摩阻力发挥模型,通过分析上海某地区灌注桩的现场试验实测资料,提出了双曲线模型的计算参数取值范围。此外,对桩侧摩阻力的时间效应也作了初步探讨。结果表明：采用双曲线函数对灌注桩侧摩阻力与相对位移间的变化关系进行拟合是合理的;由于各级荷载下桩体沉降同样具有时间性,桩侧摩阻力同时具有明显的时间效应     

桩底沉渣对嵌岩钻孔灌注桩承载性状影响研究

结合某嵌岩灌注桩工程,采用弹塑性有限元方法模拟桩底有沉渣条件下,桩底沉渣对桩的承载性状影响,分析有桩底沉渣情况下荷载-沉降曲线、桩身轴力和侧摩阻力、桩端阻力和总侧阻力的变化情况,有限元模拟荷载-沉降曲线与实测曲线相符,由于桩底沉渣的存在,大大降低了桩端阻力,从而降低桩的极限承载力,增大了桩顶沉降。     

竖向高荷载作用下大直径超长钻孔灌注桩承载性能试验

通过机场—西华高速大直径超长钻孔灌注桩大吨位竖向单桩静载试验,分析了该地区大直径超长钻孔灌注桩的承载性状以及荷载传递机理。试验结果表明:试桩的Q-S曲线呈缓变型,桩端承载力占总荷载的比例均<10%,即均表现为摩擦桩特性;试桩的侧摩阻力自上而下逐步发挥,侧摩阻力和桩端阻力异步发挥且互相耦合;大直径超长钻孔灌注桩桩侧摩阻力的发挥与土层性质、土层埋深及桩顶荷载水平有关;在高荷载作用下桩侧上部土层摩阻力具有不同程度的软化现象,而中下部土层侧摩阻力具有不同程度的强化现象,甚至即使在最大加载情况下,桩身下部土层的侧摩阻力也并未完全发挥,因此在根据规范计算超长桩承载力时,不同深度土层的侧摩阻力应乘以相应不同的修正系数。     

刚性承台下刚性桩复合地基附加应力研究

复合地基内任一点的附加应力都是由桩间土所承担上部荷载和桩侧摩阻力及桩端阻力分别引起的附加应力叠加组成。根据荷载传递规律和现场试验,假定桩侧摩阻力沿深度半梯形分布,考虑到桩径的尺寸效应,采用Mindlin解对桩侧摩阻力和桩端阻力进行二次积分计算,求得桩上部荷载引起地基内任一点附加应力,桩间土上部荷载引起的附加应力采用Boussinesq解直接求得,最终叠加求得总附加应力。经工程实例验证,方法合理可行。     

基于双曲线模型的T型刚性桩荷载传递特性研究

假定桩土荷载传递函数为双曲线模型,分析T型刚性桩荷载传递机制,建立桩及桩帽下土体的竖向位移、竖向应力、侧摩阻力与深度之间的控制微分方程。采用微分方程近似解法,推导出相应的解析表达式。利用桩顶沉降作为已知条件进行求解,所得结果能够出反映T型桩荷载传递性状规律,即桩身轴力随深度增加而减小;桩身侧摩阻力随深度增加呈现出先增大后减小;桩土应力比与荷载有关。文中方法的计算值更接近于试验结果,可为工程设计提供理论基础。