桩-承台-土复合受力体的拟静力模型试验

在1.2 m×1.2 m×1.2 m小型土工箱中完成了4组采取不同桩头连接构造的单桩-承台-土复合受力体缩尺模型的低周往复水平加载抗震试验,获得了试件破坏形态、荷载-位移滞回曲线、刚度退化曲线、桩身弯矩及桩侧土压力等数据,研究了不同桩头连接构造对试件水平受力性能的影响。研究表明：桩头部位采取不同的节点连接构造措施对桩头破坏形态和破坏程度、体系耗能能力和水平极限承载力及桩身弯矩分布规律均有一定的影响,但对桩与承台侧面的土压力分布规律和大小的影响并不显著。对于桩头普通连接的情况,以桩头嵌入深度为0.5D（D为桩径）为宜。桩头加强环连接与桩头嵌入深度1.0D时的连接具有大体相当的桩头约束效果,但加强环的制作相对复杂,其约束效果和破坏形态与加强环的截面尺寸、混凝土强度及配筋参数均有关系,应进一步深入研究。     

带桩沉箱复合基础水平向承载性状模型试验研究

以琼州海峡跨海大桥工程为背景,通过4组不同型式深水桥梁基础模型试验,对新型带桩沉箱复合基础的水平向承载性能进行了初步研究。试验得到了4组模型在砂性土层中的Q-s曲线及水平向极限承载力,并对复合基础在各级水平荷载下的桩身弯矩和剪力进行了详细分析,同时对沉箱-桩荷载分担比展开了讨论。试验结果表明：当增加裙边、钢管桩、或同时增加钢管桩和裙边后能够使单体沉箱基础的水平向极限承载力分别提高1.2倍、1.6倍和2.0倍;桩身最大弯矩点均出现在桩身中部即泥面下约0.5 m处。水平荷载主要由上部沉箱基础及桩身中上部土体承担,钢管桩桩顶与沉箱连接部位出现最大剪力,在实际工程中应在此处采取加固措施。研究成果可为这一新型深水桥梁基础的推广应用提供诸多有益参考。     

带桩沉箱复合基础水平向承载性状模型试验研究EI北大核心CSCD

以琼州海峡跨海大桥工程为背景,通过4组不同型式深水桥梁基础模型试验,对新型带桩沉箱复合基础的水平向承载性能进行了初步研究。试验得到了4组模型在砂性土层中的Q-s曲线及水平向极限承载力,并对复合基础在各级水平荷载下的桩身弯矩和剪力进行了详细分析,同时对沉箱-桩荷载分担比展开了讨论。试验结果表明:当增加裙边、钢管桩、或同时增加钢管桩和裙边后能够使单体沉箱基础的水平向极限承载力分别提高1.2倍、1.6倍和2.0倍;桩身最大弯矩点均出现在桩身中部即泥面下约0.5 m处。水平荷载主要由上部沉箱基础及桩身中上部土体承担,钢管桩桩顶与沉箱连接部位出现最大剪力,在实际工程中应在此处采取加固措施。研究成果可为这一新型深水桥梁基础的推广应用提供诸多有益参考。     

桩侧泥皮和桩底沉渣对钻孔桩承载力影响的数值模拟

运用有限元软件模拟分析了桩侧泥皮和桩底沉渣对钻孔桩承载力的影响。通过对不同桩底沉渣厚度和强度下单桩承载力模拟计算,研究了沉渣对钻孔桩承载力的影响规律,指出沉渣厚度的影响存在临界值,当沉渣厚度超过临界值300 mm时沉渣厚度对单桩承载力影响不是很明显,主要是沉渣强度的影响。引入桩侧泥皮摩阻力折减系数来考虑泥皮强度的影响,计算分析了泥皮高度和强度对钻孔桩承载力的影响,并指出泥皮高度是主要因素。     

邻近建筑物的滨海土岩组合基坑支护结构变形分析

以邻近建筑物的滨海土岩组合基坑工程为例,选用微型钢管桩-锚杆-土钉支护方式,基于现场实测数据和PLAXIS有限元软件,探讨不同土体本构模型对基坑开挖引起支护结构变形问题的适用性,在此基础上,研究本案例支护形式中两个关键因素(锚杆预应力系数、微型钢管桩抗弯刚度)对支护结构变形的影响规律。计算结果表明:HS、HSS模型中基坑开挖引起的地表沉降模式相似,与实测值的变化趋势一致。随着基坑开挖深度的增加,MC、MCC模型计算的桩身水平位移值与实测值的误差逐渐增大,HSS模型能较准确地描述邻近建筑物超载、基坑开挖卸载引起的桩身水平位移的变化规律。不同锚杆预应力系数η、微型钢管桩抗弯刚度情况下,桩身水平位移最大值均出现在地表处。第一道锚杆的预应力系数η对锚杆和地表处水平位移的控制具有显著影响,取第一道锚杆处桩身水平位移为零,可以确定η的取值范围,根据基坑周围环境对水平变形的要求,选取合适的η目标值,最后根据η目标值确定钢管桩抗弯刚度,从而使锚杆-微型钢管桩形成变形协调的支护体系。     

连拱式组合拱结构在深基坑工程中的应用

钻孔灌注桩连拱式组合拱结构是由大直径的钢筋混凝土钻孔灌注桩（拱脚支持桩）和小直径钻孔灌注桩排列呈拱型组合成一个组合截面,将水土压力产生的弯矩和剪力转化为沿拱轴方向的轴向压力,不仅受力合理,而且,有更好的截面效能,刚度和强度也比相同质量的桩（墙）式结构大得多,顶部用钢筋混凝土圈梁连接成整体,在不加撑锚条件下比桩墙式结构能支护更深的基坑,如开挖深度较大,可沿深度方向适当距离增加钢筋混凝土加劲肋,是一种新的支护结构型式,经济效益非常显著。通过在南京某大厦深基坑支护中的应用和土体开挖过程中,对其侧向土压力、桩身应力、支护结构的侧向位移及外侧土体的变形的实测研究,获得了连拱支护结构在软土地区受力和变形的基本规律。     

劲性搅拌桩复合地基承载性能静动力分析

以有限元程序ANSYS为工具,建立三维有限元模型,分析了劲性搅拌桩在竖向荷载下的桩身应力、位移和不同芯桩长度和截面含芯率的极限承载力以及劲性搅拌桩和混凝土桩单桩极限承载力的差异。对不同地震作用下劲性搅拌桩的桩-土-上部结构的相互作用进行了时程分析,并与桩基础做了对比,进而对影响劲性搅拌桩复合地基抗震性能的主要因素进行了研究。结果表明,劲性搅拌桩所承担的荷载主要由侧摩阻力分担;劲性搅拌桩存在一个最佳内外芯桩长度比和最优截面含芯率。在相同地震作用下,劲性搅拌桩单桩的最大弯矩和剪力均小于桩基础;单桩的最大弯矩出现在距桩顶（0.2～0.4）L 处;截面含芯率对劲性搅拌桩弯矩和剪力的影响程度较芯桩长度大,水泥土模量对之影响甚微。     

水平荷载作用下长桩的合理截面形式优化研究

利用计算推力桩的综合刚度原理和双参数法,选择合理参数,计算出钢筋混凝土空心桩、实心桩和矩形桩以及钢管混凝土桩这4种不同截面形式的推力桩在砂土、黏土和风化岩3种不同地质条件中相同水平推力作用下地面处的转角、位移及其最大弯矩,并验算混凝土桩的裂缝宽度以及钢管混凝土桩的强度,分析比较不同土质中的不同截面类型长桩在相同水平荷载作用下的承载力。为大型建筑结构的桩基础的合理截面形式的优化设计提供参考。研究认为,砂土和黏土中使用空心桩较好,风化岩使用钢管混凝土桩较好。     

竖向荷载下加筋碎石桩复合地基数值分析

采用三维有限元程序建立了一长为6 m、直径为0.8 m的加筋碎石桩复合地基流固耦合数值模型,分析了其在堆载和孔压消散过程中的荷载传递和变形特性。较传统碎石桩,加筋碎石桩复合地基桩土应力比显著增大,超孔压、沉降和桩身侧向变形显著减小,且随筋材刚度的增大,其性能进一步改善。加筋碎石桩复合地基在桩间土固结过程中产生明显的桩土差异沉降,形成土拱效应,使得堆载结束后桩土应力比变化很小。筋材长度对加筋碎石桩复合地基桩土应力比和沉降影响显著,应对其全长加筋才能保证桩体刚度和有效减少沉降。     

地震荷载下长短桩复合地基的群桩效应系数分析

长短桩复合地基中,地震发生时,短桩在降低长桩所受剪力和弯矩影响中起到重要作用。本研究对弹性地基中的钢管桩基础实行了静态有限元分析,以及动态离心模型试验,通过桩径、桩长、桩间距等参数进行剪切波速,长桩剪力弯矩的对比分析,得到一种新的水平向群桩效应系数计算方法,并通过对模型建筑物的模拟,验证了该方法的有效性与实用性。结果表明,静态有限元数值模拟分析和离心模型试验结果有较好拟合,不同震级作用下通过该方法均能给出较为合理的系数。本文结果可为长短桩复合桩基的抗震性能提供重要参考,实际工程中,通过调整桩径,桩长,短桩数量等参数,可以提出更为合理的设计施工方案。     

桩体长径比对桩基动力特性的影响研究

弯曲破坏是地震中桩基失效的一类常见模式,其破坏的一个重要原因就是桩体的抗弯刚度不足。对于一定长度的桩体,桩的抗弯刚度与桩的长径比直接相关,但桩基规范中对摩擦桩的长径比并没有像端承桩那样作出限制。在构建的结构性饱和黄土动力本构模型的基础上,针对黄土地区的单桩基础,结合大型有限元程序建立了摩擦桩-土-结构体系、端承桩-土-结构体系的有限元-无限元模型,探讨了不同桩体长径比对两者动力反应特性的影响,得出如下规律：(1) 其他条件相同时,不管是端承桩还是摩擦桩,长径比对桩身截面剪应力和水平加速度的分布形态没有影响。但随着长径比的增大,桩身各截面对应的的剪应力值减小,而加速度值反而增大;(2) 随着长径比的增大,桩身变形形态从正弯型逐渐过渡到反弯型,桩体的破坏模式也相应由剪切破坏过渡到弯曲破坏;(3) 端承桩体系比摩擦桩体系更容易出现反弯型,但当长径比增大到一定程度时,摩擦桩也会呈现反弯型。从抗震角度来说,对摩擦桩长径比的限制应以桩体变形模式表现为正弯型为宜。所得结论对工程实践具有一定的指导意义。     

钻孔灌注桩泥浆流变性能评价方法探讨

粘度是评价钻孔灌注桩泥浆性能的重要参数之一。由于钻孔灌注桩桩径大,泥浆循环速度低,剪切速率低,评价石油钻井和地质勘探泥浆流变性能的方法不适合评价钻孔灌注桩泥浆粘度。首先分析了钻孔灌注桩循环速度,推出其剪切速率分布;然后分析了旋转粘度计的剪切速率,提出了低转速的粘度计更适合评价钻孔灌注桩泥浆;最后推导出了塑性粘度、有效粘度和动切力的计算公式,对准确评价钻孔灌注桩泥浆具有重要理论和实践意义。     

注浆成型螺纹桩抗拔承载特性的数值分析

注浆成型螺纹桩为一种利用施工工艺创新,结合钻孔灌注和二次注浆技术的新型螺纹抗拔桩型,目前已在软土地区开展应用。为了对其受力承载特性深入研究,使该桩型得到广泛推广,通过数值分析方法对其抗拔性能和承载机制进行了三维有限元数值模拟。首先,通过数值模拟桩-土界面室内大型直剪试验得到了有限元分析需要的桩-土接触面参数,而后将得到的参数带入注浆成型螺纹桩抗拔三维有限元数值模型,通过计算得到了不同距径比S/D（即螺距与桩径的比值）螺纹桩的抗拔荷载-位移曲线和轴力分布,并观察了抗拔过程中桩周土体塑性变形的发展。数值分析表明,螺纹桩与桩周土体的机械咬合作用增大了桩侧摩阻力,从而使桩体极限抗拔承载力较等截面圆桩提高约2～5倍;同时,其承载能力与桩体的S/D有关,当S/D取最优时,荷载-位移曲线的初始切向刚度最大,极限承载力最高,桩周土体形成的连续拱形破坏区域最大。     

非饱和土中端承桩水平振动特性研究

针对非饱和土中桩的水平稳态振动问题,采用三相多孔介质波动方程,考虑固、液、气三相材料间的惯性和黏性耦合效应以及基质吸力的影响,通过Helmholtz矢量分解及分离变量法解耦波动方程,并将基桩等效为能描述其剪切变形和转动惯性效应的铁摩辛柯（Timoshenko）梁模型,采用Novak三维连续介质模型对非饱和土中端承桩的稳态水平振动进行了理论推导,获得了桩顶水平频域响应解析解,讨论了饱和度对土层和桩顶阻抗的影响以及桩身位移、内力沿深度的分布规律。结果表明,随着土体饱和度的升高,土层复阻抗和桩顶动力阻抗增大,桩身位移和内力则相应地减小;饱和度,包括渗透系数在内的影响仅在土体接近准饱和时才得以发挥;频率较低时,短桩拥有较大的刚度因子。桩长越长,阻抗因子越大,而共振频率越低。当长径比超过10时,桩顶阻抗不再随长径比的增加而改变。     

小直径灌注桩旋挖成孔工艺

由于旋挖钻机结构的特殊性,不便用于小直径钻孔灌注桩。设计了一套解决问题的新技术---小直径灌注桩旋挖成孔工法。此项新技术包含了自行设计的XFK600防扩钻头、特别的工艺参数、双护筒保浆技术等。试验研究成功后,已广泛应用于多个重大工程项目。介绍了该技术的创新内容、关键技术及其试验应用效果。     

柔性基础下柔性桩复合地基沉降计算研究

研究表明,柔性桩复合地基存在有效桩长。首先,根据柔性基础下柔性桩复合地基桩侧摩阻力分布形式,假定桩土界面处桩土变形协调,基于剪切位移法推导出有效桩长的计算公式;其次,提出将复合地基压缩层分为三层来计算,利用弹性理论建立了加固区压缩量计算方法,同时采用Mindlin应力解建立了复合地基下卧层沉降的计算方法,在探讨相关计算参数取值的基础上建立了柔性基础下柔性桩复合地基沉降计算方法。最后,通过工程实例分析并与其它方法计算结果比较,表明本文方法的合理性与可行性。     

循环荷载作用下单桩动力模型试验与桩−土界面特性研究

通过开展红黏土中单桩轴向循环振动模型试验,研究不同循环荷载比和加载频率对桩长期动力特性的影响,从桩侧土剪切刚度和侧阻退化两方面出发,对循环荷载作用下桩顶累积沉降机制进行分析。在FLAC3D中,实现能够反映剪切刚度疲劳退化的修正Hardin-Drnevich（H-D）模型,并对常法向刚度（CNS）循环剪切下侧阻退化进行数值模拟。试验发现,循环荷载幅值是桩顶累积沉降变化的重要影响因素;桩顶动刚度在加载初期要先经历一个迅速降低的短暂过渡阶段,之后则不随振次的增加而改变;桩身振动在桩周土中引起的超孔压较小,有效应力的降低不足于使侧阻力发生较大程度的退化;随着加载速度的增大,桩顶动刚度和加速度均随之增大。采用修正H-D模型得到的理论滞回曲线与数值结果基本吻合,验证了程序编制的正确性。     

深层搅拌桩弥补钻孔灌注桩承载力不足的尝试

针对某工程钻孔灌注桩的单桩进行静、动试验,对单桩极限承载力不能满足设计要求进行了分析。提出了用柔性深层搅拌桩弥补刚性灌注桩承载力不足的处理措施,对刚、柔性桩受力和变形协调性进行了分析,并使二者共同作用。处理结果表明：这种方法既经济,又便于施工,能完全达到设计要求,对类似地基事故处理具有参考作用。     

基于统计损伤本构模型的改进桩-土接触面模型研究

建立准确合理的接触面本构模型是研究桩基承载力、沉降及变形等问题的前提。考虑桩-土界面初始剪切刚度的深度效应,提出基于统计损伤本构模型的无厚度接触面本构模型,根据剪切试验的数据对改进的接触面本构模型参数进行拟合,得到了不同法向应力下的模拟曲线。利用FLAC3D软件内嵌的FISH语言,对桩-土界面进行改进本构模型的二次开发,提出的无厚度接触面模型合理地模拟出桩-土界面刚度的非线性,成功实现了桩-土剪切试验过程的数值模拟。计算结果表明：提出的无厚度接触面本构模型能够合理地模拟桩-土界面的力学行为,可以描述接触面刚度的非线性变化,也适于程序化计算,拓展了接触面统计损伤本构模型的应用领域,为深入探讨桩基承载变形性状奠定了基础。     

桩土接触面单元参数分析

桩的抗拔特性与接触面的特性密切相关，正确选定接触面的力学参数对于分析桩的抗拔机理有重要意义。根据桩土接触面点面接触模型和库仑摩擦变形原理，在10组土－结构（钢、混凝土）剪切摩擦试验分析的基础上，对桩土接触面摩擦参数的取值问题进行了研究，得到了一些结论，对于桩土接触面力学参数正确取值有一定的参考价值。