考虑桩土滑移和鼓胀影响的碎石桩复合地基沉降分析方法

本文在深入研究柔性基础下碎石桩复合地基变形力学机理的基础上,结合单元体桩周土位移模式建立出柔性基础下碎石桩复合地基沉降分析方法。首先,根据柔性基础下碎石桩复合地基桩土界面上存在相对滑移的特点对现有竖向位移模式进行改进,然后,考虑到碎石桩复合地基桩体侧向鼓胀不可忽视的特征,在位移模式分析方法中计入径向位移的影响,并且由此得到桩侧摩阻力的分析方法,最后,通过对该模型的受力分析得到复合地基加固区压缩变形分析方法。该方法不仅能反映桩土间的相互作用以及复合地基桩土滑移的特征,而且能考虑碎石桩体鼓胀变形对复合地基沉降分析的影响。最后通过工程实例分析,表明了本文方法的可行性与合理性。     

带帽刚性桩复合地基荷载传递机理研究

为了研究带帽刚性桩复合地基荷载传递机理,基于弹性理论和合理假定,采用荷载传递函数法,建立了带帽刚性桩复合地基中桩体沉降及其轴向应力、桩帽下土体竖向位移及其竖向应力、桩帽间土体竖向位移及其竖向应力、桩身侧摩阻力、桩帽边缘土体之间的侧摩阻力与荷载水平、深度之间的控制微分方程。采用微分方程的近似解法,推导出相应地解析表达式。利用桩体荷载沉降关系作为已知条件进行求解,计算结果能够反映带帽刚性桩复合地基荷载传递的一般力学性状规律。     

路堤荷载下CFG桩复合地基沉降分析

分析了路堤荷载下CFG桩复合地基的变形机理，根据假定的沉降模式及桩侧摩阻力分布形式，推导出了考虑桩-土-褥垫层共同作用的简化沉降计算公式，结果与试验数据吻合较好。     

路堤荷载作用下柔性桩复合地基的沉降分析

为了寻求路堤荷载下柔性桩复合地基沉降计算的简便方法，基于已有的研究成果，将桩侧摩阻力分布简化为分段线性模式，根据桩长与临界桩长的大小关系，结合桩?土?垫层三者在交界面上的应力与压缩变形协调条件，运用单位元法推导了柔性桩复合地基加固区的沉降计算公式，并采用分层总和法计算复合地基下卧层的沉降量。结合工程实例对计算结果进行验证，结果表明：采用理论方法计算的柔性桩复合地基沉降量与现场实测沉降结果吻合较好，证明理论计算方法的合理性，且能较好地反映路堤荷载作用下柔性桩复合地基的工作性状。进一步分析表明：在临界桩长范围内，桩与桩间土相互作用，最大限度发挥了复合地基桩间土的承载能力；此外，由于桩侧负摩阻力对桩体有拖拽作用，桩身轴力在桩体中性面位置处达到最大值。因此，在工程设计中要高度重视和运用临界桩长和中性面的概念。     

考虑桩土非等应变的路堤荷载下搅拌桩复合地基沉降计算方法

为全面考虑路堤荷载下搅拌桩复合地基的桩土非等应变特性,将路堤、桩体、桩间土及下卧土层整体考虑,在总结前人试验结果基础上提出简化的桩土应力比和桩土差异沉降两阶段模型,改进了现有的桩顶平面处的桩土应力比计算方法。根据实际的应力状态计算桩侧摩阻力,计算桩土荷载分担,进而得到桩体和桩间土沉降。通过各子系统界面处的位移和应力边界条件考虑其相互作用,得到了路堤荷载下搅拌桩复合地基总沉降计算模型。对比淮盐高速公路试验段搅拌桩复合地基的实测沉降、文中模型以及传统复合模量法计算结果,验证了该模型的正确性,结果表明模型计算沉降与实测数据吻合,较常规的复合模量法计算结果更接近实测值。     

路堤荷载下考虑地基成层性的复合地基加固区沉降计算

根据路堤荷载下复合地基的荷载传递机理及变形特征,基于弹性理论,引入假定的桩间土位移模式,综合考虑路堤填土的土拱效应、复合地基加固区桩间土的成层性,建立了典型单元体的平衡方程,应用桩土位移协调条件及边界条件,得到了各层土范围内桩、桩周土竖向应力及桩侧剪应力的分布规律,从而推导出路堤荷载下复合地基加固区桩及桩周土压缩量计算的解析式,获得了表征复合地基工作性状的桩土应力比及沉降变形的解析表达式,并分析了加固区桩周土体层序对复合地基受力变形特性的影响。研究结果表明:当地基浅层土质较好时,复合地基加固区压缩量较其他情况下小,按本文建议的方法计算所得结果满足工程计算精度要求。     

考虑负摩阻力的刚性桩复合地基工作性状分析

以带褥垫层的刚性桩复合地基为研究对象,在考虑桩体负摩阻力作用的条件下,讨论了桩身侧摩阻力分布状况,建议了侧摩阻力线性简化计算模型。分析了带褥垫层刚性桩复合地基桩体与褥垫层的相互作用,计算了桩顶对褥垫层的刺入量。推导了桩体位移微分方程,并根据方程,同时结合中性面的定义,给出了求解中性面深度比的计算方法,讨论了其影响因素及取值范围。算例显示,按该方法计算的结果符合工程经验。     

考虑路堤-加固区相互作用的刚性桩复合地基沉降算法

为合理计算路堤荷载作用下刚性桩复合地基沉降,考虑路基填土中的土拱效应以及路堤-地基加固区竖向荷载传递的耦合特征,基于填土中内、外土柱界面摩阻力系数随深度线性发挥模式以及复合地基中桩土相对位移模式与桩侧摩阻力系数分布模式,采用微元体静力平衡原理,并考虑路堤-加固区-下卧层之间的应力连续与变形协调条件,推导出了路堤下刚性桩复合地基的桩土应力比、桩土沉降差、加固区沉降量的计算公式,定量反映了路基填高、填土及软土地基的黏聚力和内摩擦角、桩长、桩径、桩间距等多个主要因素。实例分析表明,加固区沉降量的计算值与实测值误差一般不超过15%;桩长对加固区沉降呈非线性影响;面积置换率、地基土内摩擦角与黏聚力对加固区沉降均具有线性的负相关影响特征,且沉降量受内摩擦角影响比黏聚力更敏感。     

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。     

基于双曲线模型的带帽刚性桩复合地基荷载传递机制研究

假定带帽刚性桩复合地基桩土荷载传递函数为双曲线模型,对其荷载传递机制进行了非线性分析。根据文献[1]的方法,建立了桩体、桩帽下土体及桩帽间土体的竖向位移、竖向应力、界面侧摩阻力与深度之间的控制微分方程。利用微分方程近似解法,得到了相应的解析表达式。直接把桩顶沉降作为已知条件进行求解,计算结果能反映带帽刚性桩复合地基工作性状规律,可为工程设计提供理论基础。     

浆固碎石桩单桩荷载传递特性研究

浆固碎石桩是加固软土地基的一种新型桩基技术,已成功应用于高速公路和高速铁路等工程软土地基处理。为了研究浆固碎石桩单桩荷载传递机制,假定浆固区压缩模量呈指数分布,应用圆形承载板作用下的半空间体位移的解,对竖向荷载作用下单桩复合地基各部分沉降进行分析,推导出桩轴向压应力、桩侧摩阻力和桩顶沉降计算公式。现场试验实测结果与理论计算结果对比表明,理论计算值与实测值相吻合,验证了理论计算公式的合理性     

基于荷载传递法的CFG桩复合地基沉降计算

深入分析了CFG桩复合地基的荷载传递机制,针对CFG桩复合地基中桩、土、垫层相互作用特点,基于荷载传递法,通过简化桩土单元体竖向相对位移分布模式,引入弹塑性荷载传递模型,并考虑桩体的上刺与下刺变形,建立出CFG桩复合地基沉降计算的基本微分方程,进而提出了一种新的能考虑桩-土-垫层体系共同作用的复合地基沉降计算方法。采用该沉降计算方法对某试验进行分析,其结果表明,沉降计算值与实测值吻合较好,且该方法计算工作量小,便于工程应用。     

碎石桩复合地基承载力性状分析

按等置换率原则建立碎石桩复合地基有限元计算模型，在考虑基础刚度、荷载强度变化条件下对比分析了天然地基与复合地基附加应力分布特征、塑性区扩展规律；根据有限元计算结果分析了桩身荷载传递规律并与实测结果对比确定桩身应力随桩身呈指数衰减。计算结果还表明：桩土应力比不仅与桩土模量比有关，也与荷载水平及置换率有关；在鼓胀破坏情形下桩体侧向变形性质取决于桩周土而与置换率、模量比、桩长无关。     

路堤荷载下刚性桩复合地基桩侧负摩阻力分析研究

分析了路堤荷载下刚性桩复合地基中负摩阻力问题,对土体沉降采用Terzaghi一维固结理论,在假设桩及桩周土体变形规律的基础上得到了桩体轴力和变形的计算公式,与一个工程实例的测试结果具有良好的一致性;并讨论了负摩阻力随各种因素变化的影响规律。     

夯实水泥土桩复合地基共同作用的试验研究

为研究夯实水泥土桩复合地基中桩体、垫层、地基土的共同作用及其工作性状,进行了不同桩长、不同配比单桩载荷试验,不同桩长的单桩及四桩复合地基载荷试验,不同面积置换率的9桩复合地基载荷试验。通过专门的测试元件对复合地基中的地基土反力分布、桩侧摩阻力等进行测定。根据试验结果分析了复合地基破坏模式,探讨了桩体、垫层、地基土的相互作用特性。对地基土反力分布特征、桩土荷载分担比、桩土应力比、单桩及复合地基中桩侧摩阻力分布特征等进行了研究。     

深层搅拌桩复合地基沉降计算探讨

在分析深层搅拌桩复合地基变形机理基础上,根据单元体计算模型确定出深层搅拌桩复合地基沉降计算模式,并考虑桩侧摩阻力分布形式及有效桩长的影响,利用弹性理论建立出深层搅拌桩复合地基加固区压缩量计算方法,同时采用Mindlin与Boussinesq解建立出深层搅拌桩复合地基下卧层沉降量计算方法,在探讨桩土分担荷载与深度系数确定方法基础上建立出深层搅拌桩复合地基沉降计算方法。工程实例计算表明,分层总和法计算结果偏大,本文理论计算值介于现有有限元法计算值与实测值之间,较已有理论方法计算值小,但比有限元法简单,比已有理论方法更具合理性。     

考虑成层土路堤荷载下复合地基加固区沉降计算

考虑土的成层性,假定桩周成层土弹性模量的不同不影响桩中性点位置,应用弹性理论和桩土位移协调条件及边界条件,推导了路堤荷载下复合地基加固区桩及桩周土压缩量计算的解析式,同时得到了各层土范围内桩、桩周土竖向应力及桩侧剪应力的表达式,并利用有限元分析了桩周土弹性模量的变化对桩中性点位置的影响规律,验证了假定。结果表明:使用该计算方法分析路堤荷载下复合地基加固区内桩和桩周土的变形,计算结果与有限元及实测结果比较接近,满足工程计算精度要求,能为类似地基土成层分布工程沉降分析提供有益参考。     

砂土地基中桩顶竖向-水平加载路径下柔性单桩水平承载力分析

砂土地基中桩顶竖向-水平加载路径下单桩水平承载理论研究较少,且鲜有考虑预先施加的竖向荷载对土抗力p与桩身水平位移y曲线的影响。鉴于此,考虑桩顶预先施加的竖向力对桩周土体产生挤密作用,从而对双曲线型p-y曲线的极限土抗力进行修正。采用余弦函数表征被动侧径向土压力分布,构建了被动侧最大径向土压力与总土抗力的关系式,推导了被动侧的侧阻抗力矩解析表达式。考虑被动侧摩阻力与竖直方向存在夹角β对由摩阻力引起的桩身轴力变化量进行修正,给出了修正计算公式。建立了同时考虑修正的p-y曲线、桩身自重和被动侧摩阻力引起的轴力变化量、二阶效应（即P-Δ效应）以及侧阻抗力矩的桩身挠曲微分方程,通过MATLAB编程求得其数值解。将计算结果与已有模拟和试验结果进行比较,验证了该方法的正确性。在此基础上,探讨了预先施加的竖向力大小对单桩水平承载性能的影响。计算结果表明：推导的桩身轴力变化量计算公式能更准确地表征被动侧摩阻力对桩身轴力的影响,且可用于大变形条件;预先施加的竖向力可以增大柔性单桩的水平承载力,随着预先施加的竖向力的增大,增强效果逐渐减弱。     

基于圆孔扩张理论的碎石桩承载力计算方法

本文深入研究碎石桩复合地基的受力变形机理,利用摩尔库伦弹塑性材料的剪胀特性,同时引入应力跌落三折线模型,视筋箍碎石桩承受上部荷载时的径向鼓胀为圆孔扩张,将产生变形的桩周土体分为弹性区和塑性区两部分,运用Vesic圆孔扩张理论分别建立了弹性区和塑性区桩周土体的应力场和位移场表达式,进而利用桩体影响半径处土压力为静止土压力的假设,求出了桩周土对碎石桩的径向围限力,再结合被动土压力公式导得了碎石桩的单桩承载力计算式。为验证该方法的可行性,本文结合实际工程数据对所推导的承载力计算式进行了验证分析,结果表明计算值与实测值吻合。     

珊瑚砂地基中膨胀混凝土桩竖向受压承载性能研究

为研究珊瑚砂地基下膨胀混凝土桩竖向承载特性，开展了室内单桩竖向静载模型试验，分析了膨胀混凝土桩的单桩荷载-位移曲线以及轴力、桩侧摩阻力等沿桩长分布特性，与PLAXIS 3D软件数值模拟结果进行对比并探究了线膨胀率对承载特性的影响。结果表明：珊瑚砂中膨胀混凝土桩的荷载位移曲线呈现缓变型，在加载过程中，荷载主要由桩侧摩阻力承担，轴力随着深度的增加而减小，桩侧摩阻力随深度先增加后逐渐减小，随荷载的增加逐渐发挥作用。随着膨胀剂用量的增加，桩身线膨胀量逐渐增加，桩-土相互作用更加明显。添加25% HCSA型膨胀剂可提高近20%的极限承载力和56%的极限侧阻力，提高桩体线膨胀率可以有效提高桩的极限承载力和侧摩阻力。该研究可为珊瑚砂桩基工程设计提供参考。