刚性基础下现浇X形桩复合地基桩-土应力比分析

桩土应力比是反映复合地基承载特性的重要参数之一,可反映复合地基的荷载传递和变形机制。做为一种新型桩,目前尚未得出统一的计算X形桩复合地基桩土应力比的公式。沉淀池、滤池等构筑物是典型的具有混凝土底板（刚性基础）的结构,刚性基础下桩复合地基的承载性能有别于柔性基础。故结合南京桥北污水处理厂地基处理工程做现场静载荷试验,应用有限元软件ABAQUS建立刚性荷载板下现浇X形混凝土桩复合地基的模型,模拟不同桩身弹性模量、桩周土压缩模量、桩长、褥垫层厚度和压缩模量等参数下现浇X形混凝土桩复合地基的桩土应力比,结果表明,桩身或褥垫层模量增大、桩周土体模量减小、褥垫层厚度减小、桩长等增加都能使桩土应力比增大;现浇X形桩复合地基桩土应力比理想值为20～25,此时桩身模量取10～20 GPa,碎石褥垫层的厚度为20～40 cm,模量为30～45 MPa。     

CFG桩复合地基现场试验及有限元模拟分析

在厚褥垫状态或路堤荷载作用下复合地基的破坏主要取决于桩-褥垫体系的作用,复合地基中单桩的承载力远未发挥出来。由有限元计算结果得出以下规律：(1) 随着褥垫厚度增加,桩土应力比减小;褥垫厚度超过300 mm后,褥垫厚度的影响急剧减小;褥垫厚度超过500 mm后,褥垫厚度的影响继续减小。(2) 褥垫厚度较薄时（ 100 mm）,褥垫模量对桩土应力比影响很大;褥垫厚度超过300 mm时,褥垫模量对桩土应力比的影响减小;褥垫厚度达到500 mm后,褥垫模量对桩土应力比影响很小。(3) 承载板刚度小于6.25 MN•m2时,桩土应力比随刚度增大;承载板刚度大于6.25 MN•m2时,刚度对桩土应力比的影响很小。     

CFG桩复合地基褥垫层效用的有限元分析

复合地基上褥垫层的设计是桩体复合地基设计的关键技术,通过有限元数值模拟分析,得到了桩土沉降与荷载之间的关系,获得了褥垫层厚度及其压缩模量对桩土应力比、桩土沉降等的影响规律。该研究为复合地基褥垫层厚度的设置及选择和配制合理的垫层材料提供了依据,有利于复合地基的优化设计。     

CFG桩复合地基褥垫层三维弹塑性分析

在CFG桩复合地基中, 褥垫层的设置厚度和模量对于复合地基的承载及变形特性有较大的影响。本文建立了CFG桩复合地基的三维弹塑性数值分析模型,研究了当采用不同厚度和模量的褥垫层时,复合地基沉降、桩端沉降、褥垫层压缩量和桩土应力等参数的变化规律。结果表明复合地基沉降和褥垫层压缩量随着垫层厚度的增加而增大,而随着垫层模量的增大而减小;垫层厚度和模量的变化对于桩端沉降的影响较小,从工程角度可认为桩端沉降不随垫层厚度与垫层模量的变化而变化;桩土应力比随垫层厚度的增大而减小,随垫层模量的增大而增大。本文建立的分析模型还可进一步对CFG桩复合地基的其他参数进行相应的分析计算,分析结果可以为复合地基的设计和施工提供相应的理论依据。     

CFG桩复合地基褥垫层的试验研究和有限元分析

针对CFG桩复合地基褥垫层效应问题,通过12根桩的单桩复合地基载荷试验,研究了不同厚度、不同材料的褥垫层对桩土应力比的影响。试验结果表明,褥垫层的厚度和刚度对CFG桩复合地基的桩土应力比均有影响,褥垫层过薄及过厚将使桩的承载力得不到有效发挥。利用有限元软件包ANSYS,建立了单桩复合地基有限元模型,分析了褥垫层厚度和变形模量对桩土应力比的影响,经与试验数据进行分析比较,得出了与试验结果相一致的结论。通过有限元分析结果与试验结果的对比分析,确定了CFG桩复合地基褥垫层的选用原则,从而为复合地基设计中褥垫层的设计提供了依据。     

柔性基础下CFG桩复合地基桩土应力比研究

近年来CFG桩复合地基技术在公路工程的软基处理中得到了应用,而在这些工程中路堤是一种柔性基础,与CFG桩复合地基技术的刚性基础假设不同.利用ABAQUS大型通用性有限元软件研究了桩长、桩土模量比、垫层厚度和模量、路堤土模量、桩端土和桩间土模量比对柔性基础下CFG桩复合地基桩土应力比的影响,得出了桩长、桩与桩间土模量对桩土应力比n有很好调控性,垫层刚度对桩土应力比影响不大,垫层效应主要体现在垫层厚度对桩土应力比的影响的结论.     

岩溶区CFG桩复合地基的桩土作用研究

水泥粉煤灰碎石桩简称CFG桩。本文以某小区地基处理工程为例,采用数值模拟方法,从桩-桩间土、桩-桩端、桩-桩长、桩-桩身弹性模量等的沉降关系及复合地基-置换率、褥垫层―桩土应力的关系几个方面对CFG桩的桩土作用进行研究。结果表明,桩沉降量随着桩间土模量、桩端模量、桩身弹性模量、桩长、置换率等的增加沉降量减少。褥垫层越薄,桩顶应力越大,桩间土应力越小,垫层越厚,桩顶应力越小,但垫层厚度超过一定的临界值后,对桩土间应力就不会产生较大影响。得出CFG桩复合地基的适用性,为同类工程技术施工提供参考。     

模量对搅拌桩复合地基承载性能影响的数值研究

在现场试验的基础上,利用FLAC3D建立数值模拟模型,分别改变复合地基的褥垫层、持力层和桩体材料的模量,计算采用不同模量时复合地基的沉降以及桩土的应力,分析模量变化对复合地基承载力和沉降的影响规律。结果表明,褥垫层的材料和模量影响到桩间土承载力的发挥,褥垫层宜采用级配砂石,模量取值范围为20～50MPa。持力层模量增大可以提高复合地基承载力减小沉降,因此水泥土搅拌桩的桩端要进入到具有一定硬度的土层中,除软弱土外,其他土层做持力层其强度对复合地基承载力和沉降的影响不大。在一定范围内增大桩模量可以有效提高复合地基承载力减小沉降,采用水泥土搅拌桩加固软土地基时,桩的模量不要过大,建议取值范围为200～400MPa。     

刚性桩复合地基桩土应力比计算及承载特性分析

分析了刚性桩复合地基中垫层、桩及桩间土的共同作用机理,考虑复合地基中桩、土变形协调,提供一种计算复合地基桩土应力比的方法;在此基础上研究复合地基中垫层模量、桩端持力层模量、桩土相对刚度比、桩长径比、面积置换率等因素对复合地基桩土应力比的影响,分析刚性桩复合地基的承载特性。     

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。     

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。     

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。     

刚性荷载下现浇X形桩复合地基极限承载力特性研究

现浇X形桩是通过等截面周边扩大原理,将圆形截面的正拱变为反拱而成的。作为一种新型的异型截面桩,目前对其极限承载力的计算仍采用规范中建议的经验公式。结合南京桥北污水处理厂地基处理工程的现场静载荷试验,应用有限元软件ABAQUS,建立刚性荷载下现浇X形混凝土桩复合地基的模型,模拟不同桩身模量、桩周土模量、桩长、褥垫层厚度和模量等参数下现浇X形混凝土桩复合地基的荷载-沉降关系,从而得出复合地基的极限承载力。结果表明,现浇X形桩单桩复合地基极限承载力比等截面面积的圆形桩单桩复合地基增大20%以上,X形桩4桩梅花形复合地基极限承载力比等截面面积的圆形桩大12.35%。极限承载力随桩身模量、褥垫层模量、桩周土体模量或者桩长的增大而增大,而且在众多影响因素中桩周土体模量对复合地基极限承载力的影响最为明显。     

桩土共同作用设计理论研究

对桩土共同作用理论作了初步探讨,对不同桩距下复合桩基设计方法进行了讨论。提出当桩为摩擦桩或端承摩擦桩时,刚性桩复合地基不设褥垫层比设垫层更经济、安全。认为在控制复合桩基的总安全度及变形的前提下,可明确按桩土应力比进行设计,设计桩土应力比无须等于实际桩土应力比,并对目前疏桩基础设计方法存在的问题进行了讨论,提出了改进意见。     

基于差异沉降和轴向刚度控制的竖向荷载作用下群桩基础优化分析

目前在群桩设计中仍大多数采用均匀等长布桩的方法,这种方法在基础受力、变形等方面存在较大的缺陷。考虑增大群桩轴向刚度和减小群桩基础差异沉降的条件下,将群桩基础位移函数与桩长优化函数相结合,在对基础采取行变换、平面变换的方式下,通过设置不同的桩长比值ξ、连接曲率值η设定不同布桩方案,分析不同方案下群桩基础轴向刚度比、差异沉降比的变化规律;并利用数值模拟法对所得优化结果的可靠性进行验证。此外,针对不同桩土刚度比、不同桩间距对群桩基础的轴向刚度比和差异沉降比进行了参数分析。研究结果表明：不同群桩基础优化变换方式、不同桩长对群桩基础优化结果会产生不同的影响;当优化目的是为增加群桩基础刚度时,应主要考虑行变换的优化方式,当优化目的是为减小基础差异沉降时,应主要考虑平面变换的优化方式;基础轴向刚度比随着桩土刚度比的增加而增大,随着桩间距的减小而增大;基础差异沉降比随着桩土刚度比的增加而减小,随着桩间距的减小而减小。