群桩的回转及水平动力刚度和阻尼

视群桩为弹性组合杆件,将弹性半空间理论的V.A.Baranov薄片分解为组合薄片,并利用Bara-nov函数的精确解和M.Novak对单桩的近似解,提出了群桩的回转及水平动力刚度和阻尼系数的计算公式。该公式直接计算群桩的回转及水平动力参数,体现了群桩的动力本征特性,无需工程经验修正或群桩效率修正。理论计算结果与几个工程现场实测值对比,两者吻合较好,能满足工程精度。     

柔性承台下群桩及刚性桩筏基础的竖向振动分析

基于简化的群桩动力计算模型,采用有限元子结构方法和薄层法,提出了与工程实际情况更为接近的完全埋入、部分埋入群桩和刚性桩筏基础的计算方法。分析了层状地基中不同激振频率条件下,承台板厚度、桩间距对于群桩动力阻抗的影响,研究了不同承台板厚度条件下群桩阻抗的分布规律。通过与传统刚性承台下群桩动力特性的比较分析,验证了本模型的合理性。     

浆固碎石桩单桩轴向荷载传递分析

浆固碎石柱是一种新型的桩基技术,已成功应用于铁路、高速公路等工程中。但由于浆固区的存在,浆固碎石桩荷载传递机理的复杂性制约了其发展和工程应用。荷载传递分析法是桩荷载传递机理分析的重要方法之一。本文采用线性弹塑性和双折线传递函数,分别模拟桩侧土体的非线性和桩端土的硬化特性,同时考虑浆固区存在对桩荷载传递的影响,推导出一种浆固碎石桩单桩荷载传递分析方法。最后,通过对工程实例进行计算,验证了本文计算方法的实用性。结果表明,浆固碎石桩除具有一般刚性桩的桩体置换作用外,浆固区的存在对提高浆固碎石柱承载力、减小沉降量也有着重要作用。     

移动车辆荷载环境微振动的排桩隔振参数分析

为满足精密仪器振速控制要求,提出“群桩基础+隔振排桩”与空气弹簧的两级组合隔振措施。主要研究路面移动车辆荷载经过时,第一级隔振中排桩的隔振效果。实测土体小应变动力参数,通过编写车辆-路面耦合单元(VRI)子程序引入路面不平顺,并基于三维有限元法建立了道路-排桩-地基动力模型。将模拟振速经1/3倍频程滤波与实测进行对比,并对隔振排桩进行了参数分析。研究结果表明:两级隔振体系可满足VC-E微振动控制要求;排桩的间距、桩长和排数是影响隔振效果的主要因素,且竖向隔振效果较水平向好。研究成果可为今后环境微振动工程的设计与施工提供有益参考。     

深厚场地上特大桥墩-群桩-土相互作用体系地震反应特性的二维和三维分析

本文以某特大型跨江大桥主墩为研究对象,对相应于抗震设防水准为1000a和2500a地震重现期的6条人工地震波,首先采用一维波动模型分析了主桥墩场地的地震动效应,进而,采用二维整体有限元法和三维子结构有限元法对特大桥墩-群桩-土相互作用体系的地震反应进行了数值计算,分析了桩体不同深度处的地震加速度反应峰值、反应谱特征,探讨了深厚软弱场地上特大桥墩-群桩-土动力相互作用效应对群桩地震反应的影响。结果表明：桥墩场地的深厚软弱覆盖层对输入地震波具有明显的滤波和放大效应;由于特大桥墩-群桩-土体动力相互作用的影响,二维和三维计算得到的桩体加速度反应峰值较同高程处的自由场加速度反应大,且两者的频谱特性有显著的差别,群桩加速度反应峰值的空间分布与输入地震波特性有很大关系,不同桩在同一高程处的加速度反应峰值可能相差20％以上;二维和三维地震反应分析结果之间存在一定的差距,群桩中桩体的加速度反应峰值平均相差10％-25％左右,但两种方法得到的加速度反应峰值沿高程的分布具有相似的规律性。     

非均匀弹性介质中旋转交错网格有限差分与任意高阶间断有限元地震波场模拟方法研究

复杂介质中的地震波数值模拟对于地震勘探非常重要.实际应用中经常遇到介质参数剧烈变化的情况,必须选择合适的数值方法进行正演,使波场模拟精度和计算效率满足要求.本文研究了旋转交错网格有限差分法与任意高阶间断有限元法在非均匀弹性介质中波场模拟的精度与计算效率,分析了界面两侧介质参数相对变化量以及界面倾角对上述两种方法数值模拟结果的影响.对于水平界面,界面两侧介质参数一定范围内的改变对旋转交错网格有限差分法的振幅精度和相位精度没有影响;在介质参数存在强反差的情况下,任意高阶间断有限元法需要使用高阶多项式基函数来达到较高的相位精度.有限元法的相位精度优于有限差分法,但需要更多的计算量.对于倾斜界面,当单位波长内含有14个网格点时,界面倾角的变化对旋转交错网格有限差分法的振幅精度及相位精度没有影响,且其精度与任意高阶间断有限元法的精度相接近.     

基于ADINA的桩土相互作用分析

基于大型通用数值计算平台ADINA建立三维数值模型,分别结合相互作用三维接触模型和p-y曲线简化分析模型模拟桩土系统在水平荷载作用下的桩顶位移变化规律,计算分析表明:计算结果与实际测量值基本一致,验证了两种建模方式的合理性和正确性。在此基础上进一步对p-y曲线简化分析模型在不同水平荷载作用下的工作性状进行分析,计算结果表明p-y曲线简化分析模型能较好地模拟桩土间的相互作用行为,将其应用到桩基相关抗震设计中能明显减少计算求解消耗。     

桩-土-结构相互作用分析的等效计算桩长简化模型

在一定程度上,桩长是影响桩-土-结构体系动力分析复杂程度的关键因素之一,在桩-土-结构相互作用的数值模拟中对桩长进行适当简化可以提高计算效率,尤其对具有大量长桩基础的结构体系。基于Boulanger模型和OpenSees软件,分析了软粘土地基-单桩结构体系地震反应中桩身的位移、弯矩、剪力的分布特点以及桩顶上部结构的加速度响应,探讨了结构体系振型及振型周期随桩长的变化特点,进一步提出了等效计算桩长的桩-土-结构模型。研究表明,当结构体系前3阶的振型周期的变化率控制到2.5%时,对应的等效计算桩长分析模型能实现较高的动力响应计算精度,其动力响应误差已降低至5%以内;等效计算桩长可以通过动力响应误差控制精度要求确定,对于软粘土地基中的单桩基础结构,建议将前3阶振型周期的变化率控制到2.5%时的计算桩长作为等效计算桩长。     

振动沉管碎石桩大型振动台试验的实现

目前有关碎石桩复合地基在动荷载作用下的研究主要是针对其排水作用,而对其密实作用的研究很少,碎石桩复合地基在动荷载作用下沉降计算理论落后于工程实践.为了在碎石桩复合地基的动力模拟试验中模拟碎石桩的密实作用,设计了大型堆叠式剪切模型箱,并采用振动沉管法在振动台模型箱中进行了碎石桩的震后沉降试验研究,结果表明其能较好地模拟碎石桩振动沉管施工工艺.     

液化场地桥梁群桩-土耦合体系强震反应分析

针对振动台试验,采用u-p形式控制方程表述饱和砂土的动力属性,选用土的多屈服面塑性本构模型刻画饱和砂土和黏土的力学特性,引入非线性梁-柱单元模拟桩,建立试验受控条件下液化场地群桩-土强震相互作用分析的三维有限元模型,并通过试验结果验证数值建模途径与模拟方法的正确性。以实际工程中常用的2×2群桩为例,建立桩-土-桥梁结构强震反应分析三维有限元模型。基于此,针对不同群桩基础配置对液化场地群桩-土强震相互作用影响展开具体分析。对比发现,桩的数量相同时,桩排列方向与地震波输入方向平行时比垂直时桩基受力减小5%~10%,而对场地液化情况无明显影响;相同排列形式下,三桩模型中土体出现液化的时间约比双桩模型延缓5s,桩上弯矩和剪力减小33%~38%。由此可见,桩基数量增加,桩-土体系整体刚度更大,场地抗液化性能显著,桩基对上部桥梁结构的承载性能明显增强,其安全性与可靠性更高。这对实际桥梁工程抗震设计具有一定的借鉴意义。     

近海复杂环境下的H-M-T受荷桩内力位移分析

为探讨近海复杂恶劣环境（台风超强风力、车辆冲击力或地震产生的复杂力等）下水平力H、弯矩M及扭矩T共同作用时的基桩桩身内力变形特性,基于传统有限杆单元法思想,获得了H-M-T受荷桩的基本单元刚度矩阵。然后,基于m法考虑桩周地基土的侧向约束作用,并计入H-M-T耦合效应,采用凝聚方法导得了具有简洁统一形式的桩身杆单元刚度矩阵,由此建立水平力、弯矩和扭矩组合作用下的桩身内力位移有限杆单元法计算模型,进而采用MATLAB编制出相应的分析计算程序。最后,结合近海工程算例进行了分析。结果表明：1文中提出的改进有限杆单元法能考虑桩周地基土的分层特性、不同边界条件及H-M-T的耦合效应;2相比单一考虑水平受荷,扭矩的存在加大了桩身的位移和内力;3H-M-T复杂受荷模式下,荷载传递存在有效传递深度,当相对深度z/L超过0.5后,桩身弯矩和剪力趋近于零,而扭矩显著减小。     

H-adaptivity applied to liquefiable soil in nonlinear analysis of soil–pile interaction

This paper is concerned with application of the h-adaptive finite element method to dynamic analysis of a pile in liquefiable soil considering large deformation. In finite element analysis of pile behavior in liquefiable soil during an earthquake, especially considering large deformation of liquefied ground, error due to discretization in the zone near the pile becomes very large. Our purpose was to refine the approximation of the finite element method. The updated Lagrangian formulation and a cyclic elasto-plastic model based on the kinematic hardening rule were adopted to deal with the nonlinearity of the soil. The mixed finite element and finite difference methods together with the u-p formulation and Biot's two-phase mixture theory were used. To improve the accuracy and increase the efficiency of finite element analysis, an h-adaptive scheme that included a posteriori error estimation and h-version mesh refinement was applied to the analysis. The calculated results of effective stress were smoothed locally by the extrapolation method and smoothed stress was used to calculate the L₂ norm of the effective stress error in the last step of the calculation of each time increment. The mesh was refined by a fission procedure based on the indication of the error estimate As a numerical example, a soil–pile interaction system loaded cyclically was analyzed by our method.     

基坑桩地震冲击下的受力分析模型仿真

当前利用改进动力Winkler模型分析基坑桩地震冲击下的受力情况,不能预防应力波的反射作用,导致其分析结果具有不全面、准确性低的缺点。本论述提出有限元数值模拟的基坑桩地震冲击下的受力分析模型,通过基坑桩小应变模型描述不同应力状态下基坑桩模量的变化,采用有限元数值模拟方法结合基坑桩小应变模型对基坑桩有限元模型进行塑造。在约束基坑桩有限元模型边界条件时,模型选择黏性阻尼器的吸收边界,使模型边界上的应力波不会遭到折射,避免运算结果出现误差。利用Newmark方法对基坑桩有限元模型进行动力时程分析,实现基坑桩在不同应力状态下的受力分析。实验结果证明:所提模型能够有效、准确的对地震冲击下的基坑应力分布、基坑桩身弯曲度、变形位移以及桩体水平位移差值对比等进行全面的分析。     

多排抗滑桩治理工程的有限元设计计算与优化

在现行计算方法中,通常采用不平衡推力法等传统方法设计抗滑桩。尽管国内外岩土工程技术人员通过研究使传统算法取得了较大的进展,但仍有许多不完善的地方,特别对于多排抗滑桩治理工程的设计计算,传统方法更难胜任,而采用有限元强度折减法则能解决这些问题。通过文中工程实例的设计计算可以看出,由于有限元强度折减法可以充分考虑桩—土之间的共同作用,可以得到推力与抗力的分布形式;可以分析不同桩长和桩位对治理工程稳定性的影响,并进行治理方案的优化设计;可以得到作用在埋入式抗滑桩上的推力与抗力,因此能较好地进行抗滑桩治理工程的设计计算。     

Study of vibrating foundations considering soil-pile-structure interaction for practical applications

An investigation of soil-pile-structure interaction is carried out, based on a large reciprocating compressor installed on an elevated concrete foundation （table top structure）. A practical method is described for the dynamic analysis, and compared with a 3D finite element （FE） model. Two commercial software packages are used for dynamic analysis considering the soilpile-structure interaction （SPSI）. Stiffness and damping of the pile foundation are generated from a computer program, and then input into the FE model. To examine the SPSI thoroughly, three cases for the soil, piles and superstructure are considered and compared. In the first case, the interaction is fully taken into account, that is, both the superstructure and soil-pile system are flexible. In the second case, the superstructure is flexible but fixed to a rigid base, with no deformation in the base （no SSI）. In the third case, the dynamic soil-pile interaction is taken into account, but the table top structure is assumed to be rigid. From the comparison beteen the results of these three cases some conclusions are made, which could be helpful for engineering practice.     

基坑排桩对建筑抗震性的影响分析

以往对建筑抗震性影响因素的研究仅限于施工材料、技术手段等外部条件,忽略了基坑土体安全系数、基坑状态对建筑抗震性的影响,一定程度上削弱了建筑的抗震性能。本文从基坑排桩角度对建筑抗震性的影响展开分析,通过有限元强度折减法获取土体的安全系数与基坑状态的判断标准,在该标准下基于土体安全系数采用有限元强度折减法计算公式,获取各个土层计算参数。基于该参数使用ABAQUS有限元软件构建基坑排桩有限元分析模型(土体和桩体分别采用莫尔-库仑弹塑性模型和二维弹性模型)。实验采用所提分析方法,从基坑排桩排距、刚度两方面对建筑抗震性能进行分析。实验结果表明,当基坑排桩排距进行适当取值时,建筑抗震性越好;双排桩的刚度越大,建筑抗震性越好,且随着刚度的增加建筑抗震性能趋于平稳。     

大规模群桩基础水平承载力效应系数计算研究

桩基础在水平荷载或地震作用下的承载力计算一直是工程界的一个研究难点,近年来随着建筑、桥梁桩基础的规模大幅增加,基于小规模、小比例尺群桩基础水平承载力试验得出来的结论和计算方法可能会不适应新的计算要求,相关的认识和计算方法需要重新论证和更新。本文针对大规模群桩基础水平承载力效应系数的计算问题,首先对国内外研究进展进行调研,发现现有的规范计算方法可能会高估群桩基础的水平承载力。针对这些问题,对大规模群桩基础的水平承载力效应系数进行有限元数值计算分析,探讨水平承载力效应系数的规律,给出相应的计算方法,并与规范计算方法结果进行对比。本文的研究结果可为相应的工程设计问题提供依据,结果的适用性需要今后进一步的检验。     

土-桩-框架结构非线性相互作用的精细数值模型及其验证

利用有限元软件ABAQUS,建立了土-桩-框架结构非线性相互作用（SSI）的二维精细有限元模型,分别采用记忆型粘塑性嵌套面模型和损伤塑性模型模拟土体和混凝土材料,采用梁单元和rebar单元模拟RC桩基及其内部纵筋,采用接触面对法模拟桩土接触效应,取得了良好的计算效果。将自由场、框架、土-桩-框架结构模型的分析结果和其它成熟的计算软件进行对比,验证了数值模型的有效性。分析发现：桩基外侧靠近承台处的土体的非线性反应很强烈,而桩基内部土体的非线性反应较小,很大程度上只是跟随群桩一起运动。由于桩土动力接触,桩顶的加速度反应可能超出上部结构,并且桩顶的加速度时程曲线上有非常明显的＂针＂状突变。随着地震动强度的增加,上部框架逐渐表现出单自由度体系的动力特征,加速度反应谱有从多个波峰退化为单一波峰的趋势。     

考虑强震激励的某核岛厂房非岩性地基不同处理方案的对比研究

如何选取非岩性地基的处理方案对于不满足抗震适应性要求的核岛厂房地基而言具有重要的工程实用价值。结合国内某内陆核电不符合抗震适应性要求的实际厂址条件,给出地基处理方案评价的数值计算模型及分析过程。首先针对该核电工程实际项目,提出嵌岩桩、CFG桩及水泥土搅拌桩三种地基预处理方案,并以规范法验证处理后地基的承载力要求;进而通过建立非岩性地基条件下的桩-土-结构动力相互作用计算模型来综合考虑各方案对核岛厂房的地震响应影响,其中通过引入黏性人工边界和能量传递边界模拟无限地基辐射阻尼效应,采用等效线性法描述近场地基非线性特征,并基于上述有限元模型以全耦合方式考虑群桩效应的影响;最后从满足厂址地基适应性和经济效益两方面进行综合评价,给出针对本工程的最佳设计方案。该分析方法及研究成果可为类似条件下的核岛厂房非岩性地基处理方案的比选问题提供借鉴与参考。