竖向荷载下桩基础弹性分析的改进计算方法

将Randolph剪切位移方法中桩身位移与桩端位移的函数关系简化为一多项式,并与Poulos积分方程中土体柔度系数矩阵相结合,提出了一种竖向受荷单桩弹性分析的改进计算方法,从而避免了Poulos积分方程法中的差分运算以及由此带来的其他矩阵运算,同时比Randolph方法更能准确模拟桩身剪切应力的分布,并将单桩的改进计算方法应用于群桩分析。将改进的计算方法与Poulos、Randolph方法以及Chow混合方法的单桩和群桩计算结果进行了比较,结果表明：改进计算方法是可行的,可满足精度要求。     

多向荷载作用下层状地基刚性桩筏基础分析

提出一种多向荷载作用下层状地基中刚性桩筏基础的计算方法。基于剪切位移法,采用传递矩阵形式分析了竖向荷载下桩顶面-桩顶面相互作用;引入修正桩侧地基模量,采用有限差分法分析了水平荷载下桩顶面-桩顶面相互作用;基于层状弹性半空间理论,分析了多向荷载下桩顶面-土表面、土表面-桩顶面、土表面-土表面的相互作用关系。建立了桩土体系柔度矩阵,得到了多向荷载下层状地基中刚性桩筏基础的受力和变形的关系以及桩的内力和变形沿桩身分布规律。通过与有限元对比,验证了该方法的合理性和修正地基模量的优越性,并对多向荷载作用下的桩筏基础进行了计算分析,计算结果表明,水平力将会引起桩筏基础的倾斜。     

往复荷载下层状地基柔性筏板-群桩共同作用分析

提出一种层状地基中柔性筏板-群桩共同作用分析方法,探讨筏板刚度对桩筏基础沉降的影响,并成功预测了往复荷载下桩筏基础的长期沉降。筏板刚度采用Mindlin板理论的有限单元法分析;桩-土体系的刚度矩阵中,桩顶面-桩顶面、桩顶面-土表面以及土表面-土表面的相互作用分析采用层状剪切位移法借助层状地基的Burmister位移解求得。基于层状地基中柔性筏板-群桩的沉降计算方法以及往复荷载下土体压缩模量的衰减特性得到了桩筏基础的长期沉降预测方法。与已有文献方法和离心模型试验结果的对比分析表明,柔性筏板-群桩共同作用方法得到的沉降值具有较高的精度。     

桩基水平位移的有限元模拟

有限元数值计算方法在岩土工程中已有较多的应用,但在水平受荷桩分析计算中的应用尚不普遍。有关水平受荷桩土体系水平承载力及变形的数值模拟方法少有文献报道。采用有限元数值模拟方法来研究水平受荷桩土体系的水平位移。首先简要分析了水平受荷桩的主要计算方法及原理。然后,基于ABAQUS软件建立了桩土系统二维及三维的有限单元模型,分别通过按现行规范推荐的m法和按Poulos的弹性理论法计算的两个算例,将数值计算方法与解析方法进行了对比计算分析。有限元数值计算结果与解析解基本吻合,说明了所采用有限元数值模拟方法的可靠性及有效性。     

基于湛江组结构性黏土的桩土接触面模型及解析解

湛江组结构性黏土因其特有的结构特性而使该土层中桩基承载性状复杂,传统的桩基设计计算理论和方法应用于该土层中桩基承载力计算时其理论计算值与工程实测值或多或少存在一定误差而存在适用性问题。基于湛江组结构性黏土直剪试验及无侧限抗压强度试验,在剪切位移法的基础上,提出了桩土接触面软化模型,即桩土接触面处于弹性阶段时,桩侧摩阻力随位移线性增加;桩土接触面处于软化阶段时,桩侧摩阻力随位移线性减小,且减小速率与土体灵敏度、桩土接触面法向压力有关;桩土接触面处于滑移阶段时,桩侧摩阻力不随位移变化。依据该模型推导了湛江组结构性黏土中竖向荷载作用下单桩位移及轴力解析解,并比较了计算与试验结果,验证了所提模型的合理性。     

边坡土体侧移模式对抗滑桩影响分析

在开挖、降雨或地震等外部因素作用下,边坡土体很容易进入局部或瞬态大变形乃至失稳滑动,使抗滑桩产生附加位移及弯矩。基于两阶段分析方法,采用Winkler模型模拟抗滑单桩与土之间的相互作用,建立单桩水平位移控制方程组,根据内力与位移的连续条件得到考虑不同土体侧移模式下求解桩身响应的矩阵解析表达式,并采用现场监测数据及Poulos弹性理论进行验证,证明该方法是合理可行的,并通过参数分析土体侧移对抗滑桩水平承载性状的影响程度。分析结果表明,土体侧移模式包括最大侧移值、分布形状及重心、侧移势等,对抗滑桩的挠度和弯矩均有显著影响,在工程设计中应予以充分重视。     

大规模群桩基础相互作用近似解耦方法

针对传统弹性理论法过高地估计了桩-桩相互作用效应,基于杆件有限单元法建立了半无限土体中群桩基础的桩侧剪应力求解方程,通过简化桩-桩的相互作用效应,将群桩基础桩侧摩阻力的求解方程近似解耦,实现了群桩基础桩身剪应力和位移的快速求解目标。通过两桩相互作用系数以及柔性承台下群桩基础差异沉降的对比分析,验证了该简化方法的合理性。参数分析结果表明,该简化方法计算得到的相互作用系数与严格的边界积分方程法解答较为接近,稍小于Poulos弹性理论法的计算结果;柔性承台下群桩的差异沉降在桩间距较小时与经典解答较为接近,而在桩间距较大时则存在一定的差别。该简化方法大幅减少了群桩计算工作量,适用于大规模群桩基础的快速计算要求。     

滑动土体与邻近桩基相互作用的弹塑性解

基于Poulos理论和Winkler地基反力法,通过考虑关联性的土弹簧来模拟桩土相互作用,提出了滑动土体与邻近桩基相互作用的弹塑性解。将桩体在滑动面处分成被动和主动两部分,桩和周围土体相互作用通过p-δ和p-y曲线(p为桩身产生的压力,δ为桩-土相对位移,y为桩身位移)来模拟,采用侧向位移影响系数矩阵和巴氏模型分别考虑被动部分和主动部分土弹簧间的关联性,p-δ、p-y本构关系均采用理想弹塑性模型。工程算例分析表明,提出的方法与实测结果吻合较好,该方法应用于土体滑动条件下被动桩基的受力分析是可行的。     

传递矩阵法分析层状地基中桩的扭转变形

研究了扭矩作用下单桩的扭转变形.采用积分变换和传递矩阵方法,求解了成层土在内部环形荷载作用下的基本解;利用此基本解并考虑桩土位移协调条件,提出了层状地基中单桩扭转变形分析的解析方法;并按此理论方法对匀质地基模型进行了数值计算,其结果与已有经典解答相当吻合.     

层状地基群桩沉降计算的剪切位移解析算法

考虑群桩的“束缚作用”,基于剪切位移法的理论,提出了竖向荷载作用下用于层状地基大规模群桩沉降分析的简捷实用的解析算法。以单桩位移积分方程为基础,导出了桩顶位移与轴力和桩底位移与轴力之间的关系,考虑桩-桩相互作用,得出了计算群桩沉降的柔度矩阵方程。推导过程中,桩被分成任意n段,因此该方法可以用于地基土任意分层的群桩沉降计算。算例分析表明,该方法与边混合法和界元法有较好的一致性。     

考虑时效作用的桩基承载力计算方法研究

采用空间轴对称固结有限元结合修正剑桥模型，用柱形孔扩张对沉桩过程进行模拟，求出不同时期桩周土中的应力，从而得到不同间歇期桩侧的最大摩擦力。应用荷载传递法对桩基承载力进行计算，结合桩周土体剪切强度、应力状态的变化，得到了考虑时效影响的桩基承载力的计算方法。实例计算表明，结果较合理。     

考虑注浆压力的顶管施工引起土体变形计算方法

顶管施工引起周围地层变形的计算预测是顶管施工中必须加以重视的问题。地层的沉降变形与顶管施工的几个环节有密切的联系,如：①顶管姿态与开挖面土压;②顶进与换管;③注浆过程等。理论分析应考虑这几个施工中的关键因素。针对上述施工影响因素,提出了考虑注浆压力的顶管施工的地层移动的计算方法。用Mindlin的位移解分析模拟开挖面土压、顶进与换管过程中的侧面摩擦力的变化引起的位移;以Sagaseta的土体损失引起的土体位移模式分析姿态控制、土体损失等引起的变形;将圆孔扩张的Verruijt解拓展到三维,用于计算注浆压力引起的位移与变形。结果表明,考虑注浆压力的变化,可以得到更为合理的预测结果。     

顶管施工中土体损失引起的沉降预测

顶管施工过程中不可避免地会产生土体损失,进而引起地面沉降。对前人工作进行总结,提出一个可以计算土体中任一点沉降的通用经验公式。假定土体不排水,考虑土体泊松比以及采用椭圆形非等量径向土体移动模式,对Sagaseta公式进行了修正。算例分析表明,在开挖面后方较远处,修正Sagaseta公式与Peck公式和Loganathan公式的计算结果较吻合。修正Sagaseta公式与累积概率曲线的变形规律一致,开挖面上方地面沉降量都为最大地面沉降量的一半,但累积概率曲线的影响范围小、收敛速度快;该方法也适用于盾构法施工。     

A Modified Mohr-Coulomb Model to Simulate the Behavior of Pipelines in Unsaturated Soils

At the present time, it is very common in practice to utilize Mohr-Coulomb model to simulate the soil behaviour in the application of soil-pipeline interaction problems. However, the traditional Mohr-Coulomb model is unable to predict the realistic loading that can apply on buried pipes during large ground deformation. Especially, the linear elastic-perfectly plastic Mohr-Coulomb model is not capable of simulating the unsaturated soil loading which can result larger than anticipated loading due to suction induced additional normal force between the soil particles. A user defined unsaturated modified Mohr-Coulomb model is developed within a generalized effective stress framework considering suction hardening effects to capture the realistic loading induced by unsaturated soil medium. Firstly, the model has been developed considering microscopic and macroscopic suction hardening mechanisms, and was implemented into a commercial finite element program associated with user subroutine written in FORTAN. Then the model was validated through a series of unsaturated triaxial compression tests conducted on the basis of different sand types having various initial conditions. Finally, the model has been applied to simulate the behaviour of pipelines subjected to lateral soil loading in unsaturated soils. The results revealed that the modified Mohr-Coulomb model has reasonable predictions when compared to the load-displacement response of pipes obtained from two large scale testing programs. The developed model can be used to predict the increased strength and stiffness associated with soil suction that increases lateral loads on pipelines, and thus has widespread relevance for simulating the pipeline response in unsaturated soils under externally imposed ground movement.     

盾构施工中土体损失引起的地面沉降预测

土质软硬决定了隧道周围土体的移动方向,移动焦点在隧道中心点与隧道底部位置之间变动。采用两圆相切的土体损失模型,通过引入移动焦点的坐标参数,建立了统一的土体移动模型,该模型能将Park模型与Loganathan模型包括在内。假定土体不排水,利用源汇法推导了由土体损失引起的地面沉降通用计算公式,该方法适用于施工阶段。算例分析表明该方法的计算结果与实测值非常吻合,适用于各种土质条件。Loganathan公式只适用于土质较差的情况,当土质较好时计算得到的地面沉降量要比实测值偏小。     

成层土中考虑桩土相对滑移的单桩沉降分析

基于Mindlin位移解,对成层土中的单桩及桩周土作离散化处理,建立了桩土之间有相对滑移和土体存在极限阻力的单桩分析模型,其中桩体沉降采用有限差分法求解,而桩周成层土体的沉降则利用考虑了各单元土体相互影响的ML法计算。两部分之间通过位移协调建立联系,并采用迭代法求解,建立的模型具有较严密的理论基础,且能反映真实的土体分层特性,算例结果亦表明有较高的计算精度。     

New Approach for Estimation of Static and Seismic Active Earth Pressure

To estimate static and seismic active earth pressure (P_ad) on a rigid retaining wall, numerical analyses using different step sizes have been carried out in this paper, based on the modified Culmann line method by considering Coulomb’s planar rupture surface. Equivalent pseudo-static seismic forces are considered in the analysis. A new concept of modified unit weight by considering ground surcharge is introduced under static and seismic conditions. By numerical analysis, area of soil (A) has been estimated to obtain the ratio of A/A₀ where A₀ is θh², θ is the angle between retaining structure and ground surface and h is the vertical height of the wall. This ratio remains constant for a particular type of soil and has been used to estimate the maximum active earth pressure using force diagram. Results are provided in tabular form for easy calculation of the coefficient of static and seismic active earth pressure. Present results by considering the new technique, compares well with the results obtained by earlier researchers.     

对库仑土压力理论的若干修正

库仑土压力理论至今仍是计算土压力的重要方法而被人们所熟知。通过分析库仑土压力的墙后土楔体的受力特点,特别是深入研究了土楔体与墙的作用力关系,对库仑土压力理论给出了一些修正。认为土楔体和挡土墙之间的作用力（即定义的土压力）,并非一定要达到极限状态,所以不能确定土压力的作用方向,但土压力的作用方向必须在其允许的角度范围之内。所以,认为库仑主动土压力为作用方向角度变化范围内的最大值,库仑被动土压力为作用方向角度变化范围内的最小值。对于墙后土楔体,认为墙体和土楔体是两个不同物体,土楔体的形成是因为土中产生潜在破裂面,而原库仑土压力理论要求墙体与土之间也达到临界状态是不必要的。墙体对土楔体的作用力（即土压力）实质就是相当于一物（墙）施加于另一物（土楔体）的力,即使土楔体滑动了,两物之间也并非要滑动。推导了主动土压力计算公式,给出了被动土压力的近似计算方案。算例证明,计算结果与原库仑理论有明显不同。该研究对库仑土压力的修正和求解值得引起重视。     

地面出入式盾构法隧道施工引起的土体垂直变形

对地面出入式盾构法隧道施工引起的土体垂直变形计算方法进行研究。考虑盾构轴线与水平面的夹角 （即隧道埋深变化）,对林存刚公式进行修正,结合正面附加推力、盾壳摩擦力、附加注浆压力和土体损失的共同作用,提出全新的土体垂直变形计算公式。算例分析结果表明：在隧道埋深较浅工况下,新方法计算结果与林存刚公式的计算结果差异较大,新方法计算得到的开挖面前方地面隆起和后方地面沉降均较大;盾构上仰掘进时,随着 增大,由正面附加推力、盾壳摩擦力及土体损失引起的纵向土体垂直变形曲线呈上移趋势,由附加注浆压力引起的纵向土体垂直变形曲线则呈下移趋势;地面沉降最大值变小,但地面横向沉降槽范围逐渐变大。