p-y曲线对成层土体中大直径单桩的适用性研究

API规范推荐的p-y曲线是由均质土体得到的,并未考虑土层间相互作用,Georgiadis基于柔性桩提出了等效深度法修正p-y曲线,把均质土p-y曲线延伸到了成层土体中。为了研究p-y曲线和等效深度法对于大直径单桩在成层土体中的适用性,取4种典型地质条件:成层砂土、砂土-黏土-砂土、成层黏土和黏土-砂土-黏土,通过L-PILE软件计算了6 m直径单桩基础的p-y曲线、桩顶水平荷载-位移曲线、桩身位移和弯矩。并与ABAQUS建立的单桩基础三维有限元模型计算结果进行比较。结果表明等效深度法对于成层砂土影响不大;对于成层黏土影响较大;对于中间为软弱土层的成层土体,在荷载较大时影响显著,等效深度法计算结果更加接近FEM结果。在成层土体中,p-y曲线应用于大直径单桩对于砂土高估了初始刚度,低估了极限抗力;对于黏土则低估了初始刚度和极限抗力。     

循环荷载下饱和粉土地基单桩水平承载特性试验研究

在饱和粉土地基中进行了单桩水平静力和循环加载室内模型试验,实测得到静载和循环荷载下桩身弯矩与深度的关系、桩身最大弯矩与循环次数之间的关系等,推导出静载和循环荷载下粉土的p-y曲线,并结合API规范给出了针对粉土地基的相关参数。单桩循环加载试验结果表明,在一定深度内随着循环次数增大,粉土极限抗力显著减小,文中给出了不同循环次数和深度下粉土地基极限抗力的折减系数建议值。     

横向荷载作用下桩侧极限土抗力的上、下限分析

比较和分析了几种典型的P-Y曲线后发现,桩侧土体在横向荷载达到或接近极限土抗力后会发生塑性流动或软化。因此,极限土抗力的合理取值将影响桩侧土体的稳定性分析。将横向荷载下桩土相互作用的三维解问题简化为二维解处理,并运用土体塑性极限分析理论,采用摩尔-库仑屈服准则和相关联的流动法则,构造机动许可的应变率场和静力许可的应力场,推导出横向荷载作用下适用于粘性土的桩侧极限土抗力的上、下限解。利用南海某平台场址的工程地质钻探资料,计算了横向荷载作用下桩侧极限土抗力的真正极限荷载(Pu),并与由典型的P-Y曲线计算的Pu值作了比较。计算结果表明:在不排水抗剪强度较大的土层,由极限分析上、下限解计算的Pu值与由Reese硬粘土P-Y曲线、Matlock软粘土P-Y曲线和Sullivan统一法P-Y曲线计算的Pu值相差较大;在不排水抗剪强度较小土层,由极限分析的上、下限解计算的Pu值和由其它几种典型的P-Y曲线计算的Pu值吻合较好。极限分析上、下限解受深度影响,深度对桩侧极限土抗力的影响是随其增加而逐渐增大的。验证结果表明,计算的极限土抗力上、下限解的合理性较好,这对高层建筑、核电站、近海采油平台、海岸码头等建筑工程的桩基础设计具有重要的工程意义。     

可液化土p-y曲线模型折减方法的研究进展

对于海上风力发电机等海上构筑物的桩基础,在地震或波浪荷载作用下,由于超孔隙水压力的产生,地基土对桩身的水平抗力降低,如果按照正常情况下的p-y曲线进行设计,结果偏危险,因此设计时常对p-y曲线进行折减。本文阐述了可液化土p-y曲线折减方法的研究进展,着重概括了可液化土p-y曲线孔压折减系数的研究方法与成果,并将不同学者的研究成果进行对比,分析了不同研究方法对所得结果的影响。针对国内外学者对该问题的研究存在的不足,本文提出了若干思考和展望,认为应用p-y曲线折减的方法研究可液化土-桩相互作用问题是可行的。     

江苏海岸辐射沙洲地层中大直径钢管桩基础承载性能试验研究

江苏海岸辐射沙洲是江苏重要的海上风电规划区域,该海域的地层资料和试桩资料极为缺乏。通过钢管桩的现场静荷载试验,对江苏海岸辐射沙洲地层中大直径钢管桩基础承载性能进行研究,以揭示各地层的主要承载性能参数。试桩结果表明,江苏海岸辐射沙洲地层中钢管桩实际的轴向极限承载力明显小于高应变动测结果,只有高应变动测结果的79.09%。总侧摩擦阻力占总承载力的95.61%,而桩端阻力只占总承载力的4.39%。桩内土对管壁的侧摩阻力作用很小,主要是桩外土对管壁的侧摩阻力在发挥作用。辐射沙洲地层中粉土夹粉质黏土的承载性能一般,不适应作为钢管桩的持力层。轴向抗压静载试验得到的极限侧摩阻力高于静力触探的测试结果和API法的计算值。浅部砂层实际的极限水平土体抗力高于API法计算值,在水平荷载作用下上部砂层的p-y曲线具有明显软化效应,土体的软化效应在设计时需进行考虑。     

新型平台桩靴在“砂-黏”地层中穿刺的数值模拟研究

开发了一种新型平台桩靴,可通过活动板转动实现自升式平台不同阶段桩靴受力面积的灵活变化。基于大变形有限元方法,模拟新型桩靴基础在“砂-黏”地层中的贯入过程,分析了活动板转角、砂层厚度比、摩擦角和黏土层不排水抗剪强度对新型桩靴贯入阻力的影响,并与普通桩靴的贯入响应比较。数值分析中,上覆砂土和下层黏土分别采用摩尔库伦模型和修正Tresca模型进行模拟。结果表明：新型桩靴穿刺时,土层参数对峰值阻力的影响规律与普通桩靴相同,但其峰值阻力随活动板转角的变化而变化,无法直接使用具有等效面积普通桩靴的穿刺预测方法。考虑各项关键影响因素,结合穿刺破坏时的地基破坏模式,基于数值模拟结果提出了适用于新型桩靴的贯入阻力预测公式。     

水平荷载作用下砂土中非柔性桩的p-y曲线修正

中国近海风机大多采用长径比10～20范围内的非柔性桩基础,而现有规范方法主要针对长径比大于20的柔性桩,对我国风机基础的适用性一直存在争议。本文利用有限元法研究砂土中非柔性桩的水平受荷响应,主要关注容许范围内的桩基倾斜,因此采用硬化土小应变本构模型描述砂土的应力应变关系。建立钢管桩-土三维有限元模型进行变参数分析,探究土体相对密实度、桩基直径对初始地基反力模量的影响;讨论了正切双曲线函数和双曲线函数描述土体弹簧刚度(即p-y曲线)的合理性;最终提出了适用于砂土中非柔性桩的修正p-y曲线表达式,并通过与三种不同砂土相对密实度与桩基组合工况下的有限元结果对比,验证了修正p-y公式的合理性。结果表明：土体相对密实度、桩基直径与初始地基反力模量均呈正相关;双曲线函数更适合描述非柔性桩的p-y曲线;修正后的p-y公式提高了水平荷载作用下非柔性桩响应的预测精度。     

桩基尺寸对砂土中水平受荷桩-土作用力的影响

p-y 曲线法在水平受荷桩的设计中得到了广泛应用,然而近年来在海上风机超大直径单桩基础设计中受到了学术界和工程界的质疑,当前研究表明,桩基尺寸是产生这一问题的主要原因。本文通过三维数值仿真技术,研究了砂土地基中水平受荷桩-土作用特征的演变规律,探讨了当前超大直径单桩设计方法存在的主要问题及产生的原因。计算结果显示：超大直径单桩基础因其桩径大、长径比（入土长度与直径的比） 小的尺寸特征,在水平荷载作用下桩土作用具有明显的三维空间效应,即除受水平向土反力外,还受到桩端水平向的摩擦力、沿桩身不均匀摩阻力产生的抵抗力矩及桩底不均匀土反力提供的抵抗力矩;进一步研究表明,后三类抗力对桩基水平承载力的贡献占比与桩基尺寸有关,即桩基直径越大、长径比越小,这些抗力的贡献越大。因此,在水平受荷超大直径单桩承载特性计算与分析的过程中,除当前水平向p-y 弹簧提供的抗力外,还应考虑桩底的水平剪力、桩身摩擦力和桩底反力不平衡产生的抵抗力矩。     

海上平台桶形基础模型压力压贯与负压沉贯试验研究

介绍了海上平台桶形基础模型（模型桶）压力压贯和负压沉贯的试验概况,对比分析了两者贯入力的巨大差异和产生的原因,给出了模型桶压力压贯中贯入深度与压力的关系,负压没贯负压与贯入深度,抽吸泵流量,基土渗流量,桶内土塞隆起之间的关系,试验结果表明,负压沉贯可以大大降低以砂质粉土为基土的土抗力,为在胜利油田类似基土海域海上平台应用桶形基础提供了试验依据,为海上现场导管架桶形基础平台的安装就位施工和控制提供了     

桶形基础沉贯室内模型试验研究

桶形基础采用负压沉贯法施工,其贯入阻力与压桩,打桩等施工方法显著不同。本文介绍了在粉土和粉质粘土地层中的一组模型试验情况,认为负压法施工可显著降低粉土的抗贯阻力,但在粉质粘土中减阻效果不明显。