水泥土搅拌桩复合地基震动性能时程分析

采用大型通用有限元程序ADINA,针对一例水泥土搅拌桩复合地基-基础-上部结构典型算例,建立了数学模型,并进行了有限元动力时程分析。计算模型中将水泥土搅拌桩和桩间土作为整体参与计算,复合土体和土体采用线性黏弹性动力本构模型,上部结构和基础采用线弹性本构模型,通过在边界设置阻尼器来模拟无限域中的动力人工边界。通过数值计算研究了复合土体模量、土体模量和加固深度对加固区和非加固区位移峰值、速度峰值和加速度峰值的影响,从而为水泥土搅拌桩复合地基抗震加固设计提供参考依据。     

列车激振荷载下PCC桩复合地基动力分析

PCC桩-网复合地基作为一种新型处理软土路基的结构形式,在软弱土地区高速铁路建设中已获得应用,其在列车激振荷载下的动力特性值得研究。本文确定了合理的列车动荷载加载形式,应用有限元软件ABAQUS建立了轨道-路堤-桩-土复合地基三维动力耦合有限元模型,基于基床、桩、垫层和地基模量参数变化,进行了路堤、桩体以及地基土的动力特性分析。结果表明：PCC桩复合地基动应力响应有别于实心桩,动应力波在管桩中发生反射交叠作用,桩与垫层动力相互作用大于土与垫层动力相互作用。基床表层模量变化对桩-土动力变化影响不大。垫层刚度的增加提高了桩体的动荷载分担比,同时桩顶动应力随着桩与垫层动力相互作用的增强而增大。随着PCC桩模量的提高,动应力在桩体中传播速度加快,动应力增大,使其承担了大部分动荷载,有效地降低了地基土承受的动荷载,同时减弱了上部荷载在复合地基内部影响。随着距离中心桩距离的增大,边桩动应力逐步减小。     

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。     

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。     

地震作用下复合地基-筏板-上部结构相互作用体系的动力弹塑性分析

基于复合地基-上部结构相互作用的静力分析已取得一定的研究成果,但其在动力荷载作用下,特别是地震作用下的动力响应却相当匮乏。首先借助有关试验通过ABAQUS和EERA的模拟分析,验证了基于Drucker-Prager屈服准则的弹塑性模型能较好地反映土体非线性动力特性以及采用有限元与无限元耦合的方法对土体无限边界的模拟。在此基础上,针对实际问题建立了刚性桩复合地基-筏板-上部结构体系整体有限元模型,对其进行动力弹塑性时程分析,并讨论了该复合地基与桩基对地震响应的差异。深入研究了不同强度地震作用下,刚性桩复合地基的工作机制,包括桩体、褥垫层、筏板的动力响应以及上部结构的地震反应和抗震性能。结果表明,小震时褥垫层基本没有减震效果,大震时复合地基的抗震性能优于桩基。地震越强烈,减震效果越明显,但作用有限,减震系数一般在0.8以上,可为工程实践提供参考。     

复合地基垫层调节作用研究分析

垫层对复合地基工作性状有很大影响,在复合地基中有着重要作用.本文通过理论分析、现场试验及数值分析,根据复合地基的形成条件及桩土共同作用机理,探讨复合地基垫层设置的必要性及其调节作用,并利用Vesic小孔扩张理论分析计算桩体向上刺入垫层量,从而确定垫层的设置厚度,得出了一些有益的结论:砂土和炉渣均是较为理想的垫层材料;垫层的设置为桩体向上刺入提供了空间,可以改变桩与桩间土的应力分布,调整桩土应力比,充分发挥桩间土的承载能力,减小桩顶的应力集中和基础底面的应力集中.一般情况下,垫层设置厚度为20～40 cm.     

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。     

基于Winkler模型的双向增强体复合地基沉降计算

将加筋体和复合地基垫层作为一个整体薄板加以考虑,在考虑薄板非线性变形及加筋体水平抗力作用的基础上,基于虚功理论及Winkler弹性地基模型,建立了双向增强体复合地基加固区沉降计算方法。该方法能综合反映上部荷载、面积置换率、垫层及桩间土刚度、桩土应力比等主要因素的影响。以其为基础,设计完成了2组双向增强体复合地基室内模型试验,得到了其相应的荷载-沉降曲线及桩土应力比数据。模型试验与工程实例计算分析表明,加筋垫层的水平抗力对于降低复合地基沉降量是有利的,其影响不容忽视,同时验证了该方法的合理性和可行性。     

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。     

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。     

刚性桩复合地基抗震性能的有限元分析

近年来刚性桩复合地基在工程中的应用日益广泛,但是,对该种复合地基在动力荷载下,尤其在是地震作用下的动力响应性状却研究很少。考虑地震作用下土-桩-上部结构之间的相互作用,采用三维有限元方法,对刚性桩单桩复合地基的地震响应进行时域内的模拟计算与分析研究,分析了这种复合地基与桩基础地震响应的差异,并对影响刚性桩复合地基抗震性能的一些因素进行了研究,得出了一些对刚性桩复合地基的抗震设计有参考价值的结论。     

悬臂抗滑桩静、动力学性能试验的全过程

基于悬臂抗滑桩治理堆积型滑坡的静、动力离心模型试验,利用土压力传感器、应变片以及加速度传感器采集到的试验数据,研究了静、动力条件下抗滑桩的受力特性,分析了被治理滑坡的地震响应特征。结果表明：静、动力条件下桩后土压力以及桩身弯矩的分布规律均不同;桩后静土压力大于地震动引起的动土压力,但桩身静弯矩远小于地震动引起的动弯矩;桩后动土压力和动弯矩随峰值地震动的增大而增大;地震作用时土压力和桩身弯矩最大值的作用点低于静力的;滑体加速度响应存在浅表放大效应和高程放大效应,坡肩附近的波型转化现象显著,抗震设计时应予以重视。     

Analysis of kinematic seismic response of tapered piles

In the present work, a two-phase analysis is used to assess the lateral movement of a tapered pile due to kinematic seismic loading resulted from earthquakes. First, the free-field horizontal displacement of the ground due to earthquake is estimated using available theory of wave propagation. Second, these estimated soil movements are imposed on the taper pile in a closed-form solution to compute the pile response. The governing differential equation for an arbitrary pile segment is obtained, which includes the free-field horizontal movement estimated from the first phase. The equation is solved explicitly to obtain the horizontal deflection. Parametric studies show that tapered piles tend to be more flexible than uniform piles of the same volume and length under earthquake loading, which is soundly interesting.     

Seismic analysis of laterally loaded pile under influence of vertical loading using finite element method

An efficient analytical approach using the finite element (FE) method, is proposed to calculate the bending moment and deflection response of a single pile under the combined influence of lateral and axial compressive loading during an earthquake, in both saturated and dry homogenous soil, and in a typical layered soil. Applying a pseudo-static method, seismic loads are calculated using the maximum horizontal acceleration (MHA) obtained from a seismic ground response analysis and a lateral load coefficient (a) for both liquefying and non-liquefying soils. It is observed that for a pile having l/d ratio 40 and embedded in dry dense sand, the normalized moment and displacement increase when the input motion becomes more severe, as expected. Further increasing of a from 0.1 to 0.3 leads to increase in the normalized moment and displacement from 0.033 to 0.042, and 0.009 to 0.035, respectively. The validity of the proposed FE based solution for estimating seismic response of pile is also assessed through dynamic centrifuge test results.     

堆载下单桩负摩阻力工作性状非线性数值分析

利用三维非线性数值方法对一算例在堆载作用下桩侧负摩阻力进行了计算分析。计算结果揭示了摩擦型、端承型桩负摩阻力工作性状的异同;分析了堆载速度、桩顶荷载对负摩阻力的影响:堆载越快,负摩阻力越小;在无桩顶荷载作用下,由负摩阻力引起的下拉荷载最大,可视为常规方法设计的上限值;桩顶荷载与堆载施工顺序对负摩阻力的影响也很大,先施加桩顶荷载,后进行堆载所产生的负摩阻力最大,反之最小。     

青藏铁路多年冻土区桥梁桩基础地震响应的试验研究与数值分析

基于对负温条件下青藏铁路高温不稳定多年冻土区桥梁桩基础的缩尺模型振动台试验,明确了动荷载作用下模型桩-土界面和两桩中间土体存在温度升高响应。在此基础上,考虑天然状态和地震荷载作用下地温升高两种条件,运用动力有限元方法,对青藏铁路清水河特大桥桩基础进行了地震响应分析。计算表明,在高温状态下(-1℃以上),多年冻土的地基及桩基础在地震荷载作用下的动态响应对温度的升高异常敏感;在50年超载概率2%的青藏人工波作用下,因桩基础的相对位移增大了地基与桩基础间的滑移、脱离现象,特别是高温状态下地基与桩基础间的变形出现了明显的不稳定滑移,影响了整个桩基础的稳定性。     

强震区软弱土层差异厚度下单桩动力响应振动台试验

为探明不同类型地震波作用下软弱土层差异厚度对单桩动力响应特性的影响,采用振动台试验,开展了不同软弱土层厚度变化下桩基础的加速度、水平位移、弯矩动力响应变化特性及桩基损伤分析。试验结果表明：地震波作用下,桩周土体的约束作用受软弱土层厚度的影响显著。桩身加速度在软弱土层中的放大效果最为显著,桩顶加速度放大系数与软弱土层厚度呈正相关;桩顶水平位移在软弱土层厚度最大时达到最大;桩身弯矩最大值出现在软弱土层中,随其厚度增大而增大。不同土层厚度下,桩身弯矩最大值均小于抗弯能力设计值,桩基完整性较好。桩基础抗震设计计算时,应重点加强桩基础在软弱土层中的抗震能力,并选择多种地震波进行抗震验算。     

嵌岩桩荷载传递特性研究

针对嵌岩桩荷载传递研究中存在的问题,根据桩体与围岩体接触面上的应力-应变关系以及剪滞模型,研究了嵌岩桩的荷载传递特性。推导了考虑桩、岩界面脱黏与完全黏结两种条件下嵌岩段侧阻力分布规律的计算公式。研究了桩、岩相对刚度、外荷载等级对荷载传递特性的影响,讨论了桩端荷载分担比例与嵌岩段所需埋设深度的关系等。研究成果对嵌岩桩设计具有指导意义。