桩-网复合地基承载及变形特性的有限元分析

采用ABAQUS有限元软件,通过有限元数值模拟的方法分析了路堤荷载作用下桩-网复合地基中土工合成材料刚度、垫层厚度、桩体模量以及桩间距对复合地基的荷载传递特性、桩-土应力比、路基的表面沉降及侧向位移的影响。总结、分析计算结果,获得了桩-网复合地基承载及变形的一些基本特性,如：增加土工合成材料刚度,可显著地减小桩-土差异沉降和路基侧向位移,并增加桩-土应力比;增加垫层厚度,可明地改善桩-土荷载分担比和桩-土应力比等力学性状。这些结果对桩-网复合地基的设计与施工具有一定的指导意义。     

路堤下刚性桩复合地基桩-土应力比计算

路堤下刚性桩复合地基普遍存在的负摩阻力对桩-土相互作用特性影响显著。基于极限剪切位移受应力水平影响较小而受试样尺寸影响较大的试验结果,提出了桩-土界面剪切刚度随应力水平变化的等单位长度极限剪切位移理想弹塑性模型,针对桩-土相互作用的上部负摩阻力塑性区、中部协调变形弹性区和下部摩擦承载塑性区3区段模式,建立了塑性区非均匀、弹性区非线性的摩阻力分布图式;以均布路堤荷载下等桩长复合地基中单桩等效加固单元体为研究对象,利用单元体荷载传递微分方程,结合桩-土-垫层压缩变形协调条件,推导出了中性面位置及桩-土应力比的解析表达式,分析了路堤荷载及垫层柔度系数的影响。研究表明：中性面位置随垫层柔度系数增加而下移,随路堤荷载增大先下移后上抬;桩-土应力比随垫层柔度系数增加而减小,随路堤荷载提高先增大后降低,据此提出了采用最大桩-土应力比进行桩体布置和垫层设计的技术思路。     

素混凝土桩复合地基支承路堤变形破坏模式

为了分析素混凝土桩复合地基支承路堤沉降变形特征和失稳破坏机制,建立了3组不同桩间距的素混凝土桩复合地基支承路堤离心试验模型及其数值模型。结果表明：在路堤填土自重、轨道和车辆荷载作用下,改变桩间距对素混凝土桩复合地基支承路堤沉降变形、桩体应变、加筋垫层和桩体破坏模式具有显著的影响;当桩间距不大于4倍桩径时,加筋垫层整体基本保持完好,路堤下素混凝土桩复合地基沉降能逐渐趋于稳定,而桩间距达到6倍桩径后,桩顶刺穿加筋垫层,加筋垫层对桩土变形协调和传递荷载作用失效,素混凝土桩复合地基支承路堤沉降持续增大;当桩间距达到4倍桩径时,素混凝土桩最大应变值发生随上部荷载的增大反而减小的突变现象,最靠近坡脚的素混凝土桩最先产生弯曲破坏而不是剪切破坏,当桩间距增大至6倍桩径时,桩体弯曲破坏逐渐往路堤中心方向发展。     

考虑桩土非等应变的路堤荷载下搅拌桩复合地基沉降计算方法

为全面考虑路堤荷载下搅拌桩复合地基的桩土非等应变特性,将路堤、桩体、桩间土及下卧土层整体考虑,在总结前人试验结果基础上提出简化的桩土应力比和桩土差异沉降两阶段模型,改进了现有的桩顶平面处的桩土应力比计算方法。根据实际的应力状态计算桩侧摩阻力,计算桩土荷载分担,进而得到桩体和桩间土沉降。通过各子系统界面处的位移和应力边界条件考虑其相互作用,得到了路堤荷载下搅拌桩复合地基总沉降计算模型。对比淮盐高速公路试验段搅拌桩复合地基的实测沉降、文中模型以及传统复合模量法计算结果,验证了该模型的正确性,结果表明模型计算沉降与实测数据吻合,较常规的复合模量法计算结果更接近实测值。     

车辆载重与动荷载对X形桩桩-网复合地基动力特性影响的试验研究

基于大比例模型试验,采用半正弦波模拟移动车辆荷载,通过开展不同车辆载重和动荷载作用下X形桩桩-网复合地基的动力特性模型试验,分析桩身动应力、土拱效应、动土压力、垫层应力传递系数、格栅动应变等的变化规律,初步揭示了车辆载重和动荷载对X形桩桩-网复合地基的影响机制。试验结果表明,车辆动荷载对X形桩桩身动应力的影响深度约为2 m;车辆载重和动荷载的增加会导致桩间土承受更多的动应力,并且会降低路肩处土工格栅的作用;但是,路基中心的垫层应力传递系数几乎保持不变;土工格栅的动应变比超过0.048时,格栅累积变形会随着车辆载重和动荷载的增加迅速增大。     

现浇混凝土薄壁管桩复合地基沉降简化计算研究

PCC桩是一种主要应用于软土地基处理的刚性桩。以PCC桩复合地基为研究对象,基于PCC桩-土-垫层所组成的一个工作体系,考虑桩-土-垫层体系的工作特性及相互影响,对PCC桩进行分析提出了一种PCC桩复合地基模量计算方法,进而推导出PCC桩复合地基的桩土应力比、沉降简化计算公式。同时,运用工程实例进行验证。计算结果说明提出的解答是合理的,能够满足实际要求。     

CFG桩复合地基褥垫层效用的有限元分析

复合地基上褥垫层的设计是桩体复合地基设计的关键技术,通过有限元数值模拟分析,得到了桩土沉降与荷载之间的关系,获得了褥垫层厚度及其压缩模量对桩土应力比、桩土沉降等的影响规律。该研究为复合地基褥垫层厚度的设置及选择和配制合理的垫层材料提供了依据,有利于复合地基的优化设计。     

车辆载重与动荷载对X形桩桩-网复合地基动力特性影响的试验研究

基于大比例模型试验,采用半正弦波模拟移动车辆荷载,通过开展不同车辆载重和动荷载作用下X形桩桩-网复合地基的动力特性模型试验,分析桩身动应力、土拱效应、动土压力、垫层应力传递系数、格栅动应变等的变化规律,初步揭示了车辆载重和动荷载对X形桩桩-网复合地基的影响机制。试验结果表明,车辆动荷载对X形桩桩身动应力的影响深度约为2 m;车辆载重和动荷载的增加会导致桩间土承受更多的动应力,并且会降低路肩处土工格栅的作用;但是,路基中心的垫层应力传递系数几乎保持不变;土工格栅的动应变比超过0.048时,格栅累积变形会随着车辆载重和动荷载的增加迅速增大。     

桩体复合地基柔性垫层的效用研究

从阐述复合地基与桩基之间的区别入手,通过对桩体刺入垫层的研究,寻找在桩头呈理想球形孔条件下,垫层、桩体、桩间土三者模量与刺入量之间的关系,进而讨论了在刺入模式下的加固区复合模量计算问题。还讨论了复合地基桩上材料最优发挥状态问题,力图寻找最佳的桩土荷载分担比。     

车辆载重与动荷载对X形桩桩-网复合地基动力特性影响的试验研究

基于大比例模型试验,采用半正弦波模拟移动车辆荷载,通过开展不同车辆载重和动荷载作用下X形桩桩-网复合地基的动力特性模型试验,分析桩身动应力、土拱效应、动土压力、垫层应力传递系数、格栅动应变等的变化规律,初步揭示了车辆载重和动荷载对X形桩桩-网复合地基的影响机制。试验结果表明,车辆动荷载对X形桩桩身动应力的影响深度约为2 m;车辆载重和动荷载的增加会导致桩间土承受更多的动应力,并且会降低路肩处土工格栅的作用;但是,路基中心的垫层应力传递系数几乎保持不变;土工格栅的动应变比超过0.048时,格栅累积变形会随着车辆载重和动荷载的增加迅速增大。     

刚性基础下现浇X形桩复合地基桩-土应力比分析

桩土应力比是反映复合地基承载特性的重要参数之一,可反映复合地基的荷载传递和变形机制。做为一种新型桩,目前尚未得出统一的计算X形桩复合地基桩土应力比的公式。沉淀池、滤池等构筑物是典型的具有混凝土底板（刚性基础）的结构,刚性基础下桩复合地基的承载性能有别于柔性基础。故结合南京桥北污水处理厂地基处理工程做现场静载荷试验,应用有限元软件ABAQUS建立刚性荷载板下现浇X形混凝土桩复合地基的模型,模拟不同桩身弹性模量、桩周土压缩模量、桩长、褥垫层厚度和压缩模量等参数下现浇X形混凝土桩复合地基的桩土应力比,结果表明,桩身或褥垫层模量增大、桩周土体模量减小、褥垫层厚度减小、桩长等增加都能使桩土应力比增大;现浇X形桩复合地基桩土应力比理想值为20～25,此时桩身模量取10～20 GPa,碎石褥垫层的厚度为20～40 cm,模量为30～45 MPa。     

现浇混凝土薄壁管桩复合地基桩土应力比影响因素分析

桩土应力比是复合地基设计计算中一个重要参数。基于盐―通高速公路单桩复合地基静载试验,通过有限元模拟,研究了褥垫层模量和厚度、桩体模量、桩长、基础刚度等影响因素对现浇混凝土薄壁管桩复合地基桩土应力比的影响。结果表明所建立的模型是合理的。褥垫层模量增大或厚度减小导致桩土应力比增大,桩体模量、桩长和基础刚度的增加可使桩土应力比增加。     

刚性荷载下现浇X形桩复合地基极限承载力特性研究

现浇X形桩是通过等截面周边扩大原理,将圆形截面的正拱变为反拱而成的。作为一种新型的异型截面桩,目前对其极限承载力的计算仍采用规范中建议的经验公式。结合南京桥北污水处理厂地基处理工程的现场静载荷试验,应用有限元软件ABAQUS,建立刚性荷载下现浇X形混凝土桩复合地基的模型,模拟不同桩身模量、桩周土模量、桩长、褥垫层厚度和模量等参数下现浇X形混凝土桩复合地基的荷载-沉降关系,从而得出复合地基的极限承载力。结果表明,现浇X形桩单桩复合地基极限承载力比等截面面积的圆形桩单桩复合地基增大20%以上,X形桩4桩梅花形复合地基极限承载力比等截面面积的圆形桩大12.35%。极限承载力随桩身模量、褥垫层模量、桩周土体模量或者桩长的增大而增大,而且在众多影响因素中桩周土体模量对复合地基极限承载力的影响最为明显。     

刚性桩复合地基桩土应力比计算及承载特性分析

分析了刚性桩复合地基中垫层、桩及桩间土的共同作用机理,考虑复合地基中桩、土变形协调,提供一种计算复合地基桩土应力比的方法;在此基础上研究复合地基中垫层模量、桩端持力层模量、桩土相对刚度比、桩长径比、面积置换率等因素对复合地基桩土应力比的影响,分析刚性桩复合地基的承载特性。     

CFG桩复合地基褥垫层三维弹塑性分析

在CFG桩复合地基中, 褥垫层的设置厚度和模量对于复合地基的承载及变形特性有较大的影响。本文建立了CFG桩复合地基的三维弹塑性数值分析模型,研究了当采用不同厚度和模量的褥垫层时,复合地基沉降、桩端沉降、褥垫层压缩量和桩土应力等参数的变化规律。结果表明复合地基沉降和褥垫层压缩量随着垫层厚度的增加而增大,而随着垫层模量的增大而减小;垫层厚度和模量的变化对于桩端沉降的影响较小,从工程角度可认为桩端沉降不随垫层厚度与垫层模量的变化而变化;桩土应力比随垫层厚度的增大而减小,随垫层模量的增大而增大。本文建立的分析模型还可进一步对CFG桩复合地基的其他参数进行相应的分析计算,分析结果可以为复合地基的设计和施工提供相应的理论依据。     

刚性桩复合地基-上部结构动力相互作用体系抗震性能及影响因素分析

通过模拟土的非线性动力本构模型,选取合理的人工边界及耦合阻尼模型,建立了刚性桩复合地基与上部结构相互作用体系三维有限元动力分析模型。通过计算,对比了刚性桩复合地基与普通桩基对上部结构地震反应的影响异同,同时得到了土体模量与分层、基础埋深、桩径与桩长、砂石垫层模量与厚度以及上部结构特性等因素在考虑土-结构动力相互作用时对刚性桩复合地基抗震性能的影响及其基本规律,并与已有相关试验结果进行了对比,得到较好验证。研究结果为工程设计与工程应用提供了可借鉴的理论依据。     

模量对搅拌桩复合地基承载性能影响的数值研究

在现场试验的基础上,利用FLAC3D建立数值模拟模型,分别改变复合地基的褥垫层、持力层和桩体材料的模量,计算采用不同模量时复合地基的沉降以及桩土的应力,分析模量变化对复合地基承载力和沉降的影响规律。结果表明,褥垫层的材料和模量影响到桩间土承载力的发挥,褥垫层宜采用级配砂石,模量取值范围为20～50MPa。持力层模量增大可以提高复合地基承载力减小沉降,因此水泥土搅拌桩的桩端要进入到具有一定硬度的土层中,除软弱土外,其他土层做持力层其强度对复合地基承载力和沉降的影响不大。在一定范围内增大桩模量可以有效提高复合地基承载力减小沉降,采用水泥土搅拌桩加固软土地基时,桩的模量不要过大,建议取值范围为200～400MPa。     

垫层对CFG桩复合地基影响的分析

对CFG桩复合地基垫层进行分析 ,探讨了垫层厚度和模量对桩土应力比、桩侧摩阻力、沉降变形、承载力的影响 ,并得出一些规律