桩靴连续贯入过程的动态模拟方法研究

采用CEL方法(耦合的欧拉-拉格朗日分析法)对比研究桩靴下沉速度不同对计算结果的影响,分析不同桩靴下沉速度下附近桩基础的响应,研究质量放大方法的适用性。结果表明:无桩时桩靴贯入速度不同对土体阻力影响较小,土体的破坏形态和剪应力水平略有不同;桩靴贯入速度对桩身水平位移影响较小,桩靴贯入速度越大,桩身最大应力越小;质量放大系数的增加对桩身最大位移的影响较小,但对桩身最大应力有较大影响,因此建议谨慎使用质量放大方法。     

地震区跨活动断层桥梁桩基动力时程响应分析

为了研究强震区桥梁跨活动断层时,桩基在地震中的动力响应,以海文大桥为工程背景,利用Midas GTS有限元软件建立其强震区桩-海床岩土体-断层耦合作用的数值模型,研究不同强度(0.20g～0.60g)的50年超越概率为10%的地震波(后文简称5010地震波)作用下,桥梁桩基加速度、位移、弯矩及剪力的动力时程响应特性。结果表明：上部大厚度松散土体对桩身加速度有放大及滤波作用,而基岩对桩身加速度几乎不产生作用;断层上、下盘桩基础的桩顶水平位移随输入地震动强度的增大而增大,但达到振幅的时刻一致;上、下盘桩基础桩顶竖向位移时程响应都在50 s以后产生永久沉降;桩身最大弯矩截面处时程响应均在40 s以后产生永久弯矩;应重点考虑上部覆盖层软硬土体界面和基岩界面的抗弯承载力设计,及桩顶和基岩面附近的抗剪承载力设计;上盘桩基础按桩身加速度、弯矩、桩顶水平位移等动参数控制设计,下盘桩基础按动剪应力控制设计。     

强震作用下桩-土-断层非线性动力相互作用特性

为研究强震区跨断层桥梁桩基非线性动力相互作用特性,依托海文大桥实体工程,利用MIDAS/GTS有限元软件,建立了桩-土-断层相互作用模型,分析0.20~0.60g地震动强度下断层上下盘桩基加速度响应、桩顶水平位移、桩身弯矩以及桩身剪力响应情况。结果表明:覆盖层土体对桩身加速度放大作用明显,且随着输入地震动强度的增大,放大作用逐渐减弱;覆盖层对地震波的滤波作用显著,随着输入地震动强度的增大,滤波作用逐渐减弱;上盘桩基达到桩顶峰值加速度的时刻滞后于下盘;随着输入地震动强度的增大,上、下盘桩的桩顶产生的永久位移和水平位移峰值逐渐变大,上盘桩顶产生的永久位移和桩顶峰值位移均大于下盘,产生显著的"上盘效应";不同强度地震动作用下,断层上、下盘桩基弯矩均在上部土层界面处达到峰值,剪力均在基岩面处达到峰值,下盘桩基弯矩和剪力峰值大于上盘桩基,呈现出显著的"下盘效应"。在桥梁桩基抗震设计时,应着重考虑断层上、下盘桩基的差异和不同强度地震作用对桩基承载特性的影响。     

软土地区拔桩施工对既有桩基变形性状影响的研究

拔桩施工过程中会对周围既有桩基产生一定影响。为了估计套管法拔桩对周围既有桩基变形性状的影响,通过结合现场实测数据,使用有限元软件ABAQUS对施工过程进行数值模拟,分析了拔桩施工时既有桩基沉降与水平位移的变化情况。结果表明：套管开始压入、套管拔出与回填过程中,既有桩水平位移和沉降分别沿桩身不断减少和逐渐增加,最大值分别为2.4 mm和4.6 mm;套管压入或拔出回填过程中,既有桩基的水平位移均约为沉降的1/10;拔桩施工时既有桩基桩身轴力随着深度不断减少;拔桩结束后土的工程性质（尤其是压缩模量）发生较大改变,折减系数可取0.4～0.9。此成果可为拔桩施工提供一定的参考。     

基于OpenSees的桩-土-桥墩相互作用非线性数值分析模型

基于OpenSees数值分析平台,建立了群桩-土-桥墩非线性数值分析模型。模型中桩-土水平向相互作用和桩-土竖向相互作用、桩底-土竖向相互作用分别通过p-y、t-z与q-z零长度弹簧单元模拟。模型中同时考虑了群桩效应与纵筋在墩底的应变渗透和粘结滑移的影响。结合群桩基础拟静力试验结果,对数值模型的准确性进行了验证,在此基础上对土体参数特性对桩基滞回性能的影响规律进行了分析。结果表明:所建立的数值分析模型可对群桩基础滞回曲线和骨架曲线进行较为准确的模拟分析,验证了模型的可靠性。反复荷载作用下,前桩处土体的反应明显大于中桩处;土体由软黏土变为硬黏土时,墩顶侧向承载力与刚度显著增加,但土体的非线性反应减弱。     

通过群桩-土-偏心结构振动台试验分析群桩与地基的响应

通过对群桩-土-偏心结构相互作用体系振动台试验,分析了结构偏心效应对相互作用体系自振特性、地基振动和桩基变形的影响规律。试验结果表明:地基土的加入使得相互作用体系前两阶自振频率相差增大,平扭振动耦联程度降低,体系阻尼比明显增加;结构偏心效应增大了角桩的加速度响应,高出同深度边桩测点10～15%,桩身振动频率特性较场地土有明显差别;角桩变形幅度较边桩更为突出,桩长范围内角桩应变峰值始终大于边桩测点,两者相差在桩顶附近达到最大;桩间土承担了部分扭转效应,角桩较边桩应变增幅约为对应位置筏板位移增幅的一半;土的动力放大特性与以往研究规律相近,结构偏心效应对地基整体振动产生的影响不很明显;桩土界面动力响应与筏板平动位移时程相对应,且随深度的增加而逐步增大。     

大直径钢管桩土塞效应的拟静力判断方法

钢管桩在贯入过程中土塞效应的正确判断对打桩阻力及承载力的预测有重要影响,常用的静力平衡土塞效应判断方法主要适用于小直径钢管桩。随着海洋平台工作水深的不断增加及海上风电工程的建设,直径大于2m的大直径钢管桩被广泛采用,管桩直径的增加改变了桩管内土体的受力与变形特征。通过数值模拟方法获得砂土中不同径长比的钢管桩在打桩过程中桩周土体的破坏模式,确定采用梅耶霍夫公式计算打桩过程中桩端土体阻力,同时分析锤击惯性力对桩管内土塞的影响,提出采用拟静力平衡法判断大直径钢管桩的土塞闭塞效应。开展不同径长比管桩的室内小比尺打桩模型试验,并对实际工程中的土塞闭塞效应进行判断,验证拟静力平衡法对判断大直径钢管桩土塞效应的适用性。     

地震荷载下边坡抗滑桩桩土机理的三维模拟分析

地震是诱发边坡破坏的重要因素之一,而抗滑桩是一种重要的边坡防治工程措施,因此开展地震作用下抗滑桩机理对于边坡防护具有重要的工程意义。本文以广东省梅州市茶阳车站为工程实例,运用ABAQUS软件建立三维模型,对地震作用下的桩土作用机理进行数值模拟分析。研究表明:(1)在地震作用下,边坡中上部水平位移较大,最大值为87.05mm,凹陷处水平位移远小于凸起处;(2)地震作用下抗滑桩会由于地震荷载产生远大于地震前的应力:静力作用下桩身最大值是147.24kPa,地震波输入14s时桩身最大值达到了326.36kPa;(3)地震作用下抗滑桩的应变亦远大于静力作用下的应变:静力作用下抗滑桩应变最大值是4.63×10~(-5),在地震波输入的第14s时桩身应变最大值是34.10×10~(-5)。因此在工程实践中对于地震作用下的抗滑桩边坡加固需要考虑桩的强度与刚度。研究结论对于边坡防治以及工程实践具有一定的指导意义。     

软土地区航道开挖对桥梁桩基变形影响研究

以京杭运河二通道海宁段东西大道桥某桥梁桩基为研究对象,针对陆上航道开挖穿越密集交叉点重要桥梁工程的建设施工和安全防护的科学和技术难题开展研究。运用现场勘察、室内试验和三维数值仿真技术,对研究区深厚软土地质条件下的航道开挖进行模拟计算,分析航道开挖卸载过程中邻近桥梁桩基水平偏转位移,并重点探究桥梁桩基受邻近航道开挖关于不同桩长、桩径对桩基水平偏移的影响规律。结果表明：航道开挖工程势必会引起土体扰动而造成桩基偏移,对于超长桩来说,增大桩径对于桩基水平承载力的提升与控制桩基水平倾斜帮助有限;对于软土地区桥梁桩基来说,其桩长应大于临界值,否则桩基水平承载力不足以抵消土的开挖扰动对于桩的影响力,使得桩的水平倾斜急剧增大,使之发生破坏。研究成果可为后续相类似的工程及施工提供参考依据。     

地震作用下承台桩-土动力相互作用数值模拟分析

基于已开展的非液化场地-群桩基础-结构体系动力响应大型振动台模型试验,进行三维全时程动力数值模拟分析。采用修正的Davidenkov模型反映土体在地震反应过程中的模量衰减,通过“捆绑边界”模拟模型箱的层状剪切运动。通过对比试验中土-结构体系加速度响应时程、土体位移和桩基内力等,验证数值模型的有效性。利用已验证的数值模型,开展承台尺寸对桩-土-上部结构动力响应影响研究。结果表明,承台厚度的增大会导致上部结构和桩顶惯性效应减小;地震作用下沿激振方向前桩大于后桩,随着承台厚度的增大,前桩与后桩峰值弯矩差值率为16.1%～32.1%,群桩效应影响增大;随着承台厚度的增大,承台-土动土压力增大了3～6倍,承台与桩基水平荷载分担比增大,桩基弯矩反弯点位置上移了0.50 m;承台-土的相互摩擦作用会降低结构整体动力响应。     

桩土界面力学行为对桩基动力特性的影响

结合构建的饱和土结构性动力本构模型以及通用有限元程序,以城市高架桥梁建设中常采用的单柱墩基础为原型,建立了摩擦桩-土-结构体系、端承桩-土-结构体系的有限元-无限元计算模型。分完全粘结、滑移无开裂、开裂无滑移、开裂滑移四种情况考察了桩土界面力学行为对两种系统动力反应特性的影响,得出如下结论:无论是端承桩还是摩擦桩,界面力学行为对桩截面的剪应力和桩身水平位移分布形态影响均不大。四种情况中,完全粘结时,摩擦桩在近地表处桩截面剪应力值最大,开裂滑移时最小,而端承桩则刚好相反。水平位移分布均可分为线性增大和加速非线性增大两个阶段,以近地表处为分界点,且均以开裂滑移时最大,完全粘结时最小。界面力学行为极大地改变了端承桩桩身加速度时程的分布形态,但对摩擦桩则几乎没有改变;对于不同界面力学行为,两种桩型在近地表处均出现加速度峰值,完全粘结时值最大,开裂滑移时最小。相比摩擦桩而言,界面力学行为对端承桩的影响要大的多,研究分析时应引起足够的重视。     

A new method of testing pile using dynamic P-S-curve made by amplitude of wave train

Introduction To the impact pattern, the dynamic test with high strain is generally grouped into two kinds.One is stricken by hammer and another is by rocket. The former is widely used and the latter isused widely abroad and seldom used at home. To the analyzing method, it is also divided into twokinds. One is the method of wave equation and another is the method of experimental formula.The methods of Smith, Case and Capwap and other improved methods belong to the former, andthe methods …     

波列振幅P em>-Sem>曲线测桩法

叙述一种新的大应变检测单桩竖向承载力的方法. 用重锤或小型火箭筒冲击桩顶，用检波器记录振波图. 引入应变（变形力）的高次项，从理论上证明当为大位移大应变， 即桩相对于土体产生整体滑动时，位移、速度和加速度则不能经过简单积分加速度和微分速度得到，即它们为非线性关系. 由此导出:通过波列振幅计算力（P）和位移（S）,并作（动态）P-S曲线、确定屈服点，进而阐述确定单桩竖向承载力的方法，并利用静载荷试验检验动测结果和确定动静P（Q）S曲线的相关常数.      

筒型桩靴在饱和砂土中的贯入阻力研究

桩靴贯入阻力的准确预测是自升式钻井平台安全作业的前提。通过小比尺模型试验,研究饱和砂土中桩靴贯入速度对筒型桩靴插桩性能的影响,并基于地基承载力理论提出筒型桩靴贯入阻力的计算方法,进而采用CEL有限元方法模拟筒型桩靴的贯入过程,并与试验结果进行比较。研究发现:当模型试验中桩靴贯入速度在0.1～0.3mm/s时,桩靴的贯入可看作是准静态过程,此时贯入阻力变化不大,采用基于地基承载力理论中的Hansen公式和Vesic公式可较为准确地计算出对应某一深度的贯入阻力;CEL有限元方法可有效模拟筒型桩靴的贯入过程,当桩靴的贯入速度为0.1～0.3mm/s时,数值模拟结果与试验结果吻合较好。     

A new method of testing pile using dynamic <Emphasis Type="Italic">P-S</Emphasis>-curve made by amplitude of wave train

A new method of detecting the vertical bearing capacity for single-pile with high strain is discussed in this paper. A heavy hammer or a small type of rocket is used to strike the pile top and the detectors are used to record vibration graphs. An expression of higher degree of strain (deformation force) is introduced. It is testified theoretically that the displacement, velocity and acceleration cannot be obtained by simple integral acceleration and differential velocity when long displacement and high strain exist, namely when the pile phase generates a whole slip relative to the soil body. That is to say that there are non-linear relations between them. It is educed accordingly that the force P and displacement S are calculated from the amplitude of wave train and (dynamic) P-S curve is drew so as to determine the yield points. Further, a method of determining the vertical bearing capacity for single-pile is discussed. A static load test is utilized to check the result of dynamic test and determine the correlative constants of dynamic-static P(Q)-S curve.     

A new method of testing pile using dynamic P-S-curve made by amplitude of wave train

A new method of detecting the vertical bearing capacity for single-pile with high strain is discussed in this paper. A heavy hammer or a small type of rocket is used to strike the pile top and the detectors are used to record vibration graphs. An expression of higher degree of strain (deformation force) is introduced. It is testified theoretically that the displacement, velocity and acceleration cannot be obtained by simple integral acceleration and differential velocity when long displacement and high strain exist, namely when the pile phase generates a whole slip relative to the soil body. That is to say that there are non-linear relations between them. It is educed accordingly that the force P and displacement S are calculated from the amplitude of wave train and (dynamic) P-S curve is drew so as to determine the yield points. Further, a method of determining the vertical bearing capacity for single-pile is discussed. A static load test is utilized to check the result of dynamic test and determine the correlative constants of dynamic-static P(Q)-S curve. Foundation item: Key projects of the tenth Five-year Plan of Yunnan Province (documented Yunnan district [2002]54-02-02) and Geophysical Society of Yunnan Province.     

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。