轴力作用下液化土中端承桩的水平振动特性

将地震液化场地土层分为非液化表层土、中部的液化土层和底部的基层,基于饱和多孔介质理论和Novak薄层法,研究轴向压力作用下液化黏弹性土层中端承桩的水平动力特性。利用Helmholtz分解和变量分离法,得到液化土层对桩水平振动的阻抗。利用矩阵传递法,在频率域得到轴力作用下液化土层中端承桩简谐振动的解析解和桩头复刚度的表达式,并进行参数研究,分析轴力、桩-土模量比、桩长径比、液-固耦合系数等对桩头动力刚度和阻尼的影响。结果表明,在轴力作用下,不同长径比、桩-土模量比、液-固耦合系数时的动力刚度绝对值均比无轴力作用时减小,但随频率的变化趋势相同;轴力对桩水平振动的动力阻抗影响显著,随着轴力的增加,桩的水平振动动力刚度因子的绝对值减小,若轴力继续增大,其绝对值趋近于0,桩发生失稳破坏;桩长径比和桩土模量比对桩的水平振动动力阻抗有显著的影响,而液-固耦合系数的影响较小。     

灌注桩动力特性试验与数值模拟研究

结合某风洞建设项目现场桩基动力特性试验,采用三维有限差分模拟软件FLAC^3D建立双桩模型基础进行计算机仿真,分析结果与试验数据吻合良好,验证了基于桩−土−结构共同作用开展数值模拟求解设备荷载作用下桩基础动力响应方法的合理性。进一步建立灌注桩后注浆模型,探讨采取不同桩侧阻力和桩端阻力增强系数对桩基动力特性的影响。结果表明：灌注桩后注浆对竖向振动的共振频率没有影响,对水平回转振动的共振频率、最大振幅、地基抗剪刚度系数和地基水平转向第1振型阻尼比的影响均很小;灌注桩后注浆能起到提高桩基抗压刚度、减少桩基最大振幅的效果,但相对于未注浆其效果有限。     

水运工程堆载预压处理地基动力测试应用研究

地基经过真空堆载预压处理后,其地基承载性状及动力参数特性都产生不同改变,这种变化会对动力基础设计产生较大影响.基于此,结合实际水运工程项目对真空堆载预压处理后旋喷桩复合地基及钻孔灌注桩基础分别进行地基动力测试,通过测试获得地基及桩基模型基础的抗压、抗剪及抗扭的刚度参数、竖向及水平转向的第一振型以及扭转向的阻尼比及参振总...     

群桩与筏板的竖向动力相互作用研究

对沿深度离散形成一系列均质的土层,应用传递矩阵法推导出单桩的动力阻抗。借助推求的桩-桩动力相互作用因子,研究承台板与群桩的竖向动力相互作用,通常假设承台板是刚性的,并充分考虑了承台板具有一定的刚度、可以变形的柔性承台板,提出承台板-群桩动力相互作用模型,然后推出其动力相互作用方程。通过算例说明了承台板的刚度对承台板的动力作用是有影响的。研究结果表明,振动频率越低,柔性承台板的振幅与刚性承台板的振幅相差越大;随着频率的增大,二者差别也减小,并逐渐趋于相等。     

桩-承台-土复合受力体的拟静力模型试验

在1.2 m×1.2 m×1.2 m小型土工箱中完成了4组采取不同桩头连接构造的单桩-承台-土复合受力体缩尺模型的低周往复水平加载抗震试验,获得了试件破坏形态、荷载-位移滞回曲线、刚度退化曲线、桩身弯矩及桩侧土压力等数据,研究了不同桩头连接构造对试件水平受力性能的影响。研究表明：桩头部位采取不同的节点连接构造措施对桩头破坏形态和破坏程度、体系耗能能力和水平极限承载力及桩身弯矩分布规律均有一定的影响,但对桩与承台侧面的土压力分布规律和大小的影响并不显著。对于桩头普通连接的情况,以桩头嵌入深度为0.5D（D为桩径）为宜。桩头加强环连接与桩头嵌入深度1.0D时的连接具有大体相当的桩头约束效果,但加强环的制作相对复杂,其约束效果和破坏形态与加强环的截面尺寸、混凝土强度及配筋参数均有关系,应进一步深入研究。     

下卧基岩饱和地基中埋置刚性基础的竖向振动问题研究

基于Biot提出的饱和土波动方程,研究了埋置于单层饱和地基中的有质量的刚性圆柱基础的竖向振动问题。运用Hankel积分变换求解饱和土基本动力方程,并考虑基础与地基接触面的混合边值条件,求得了基础底面和基础侧面的动反力,结合基础振动的动力平衡方程,得到了基础竖向振动振幅和地基等效动力刚度的表达式。数值分析结果表明：下卧基岩饱和地基的等效动力刚度和基础振动振幅都呈现出明显的波动现象,土层厚度、基础埋深比、基础质量比对埋置基础的竖向振动有很大影响。     

考虑横向效应饱和黏弹性土层中桩的纵向振动

由于饱和土中土体颗粒与孔隙水的相互作用以及桩与土体的不同渗透率,饱和土体中桩基的力学行为与单相土中桩基力学行为有很大的差别。基于饱和多孔介质理论,考虑桩纵向振动时的横向变形及惯性效应,将桩等效为Rayleigh-Love杆,在频率域中研究了饱和黏弹性土层中端承桩纵向振动的动力特性,给出了饱和黏弹性土层和桩纵向振动时动力响应的解析解及桩头复刚度的解析表达式。通过数值计算,给出了桩头动刚度因子和阻尼随激励频率的响应,考察了饱和土物性参数、桩土模量比、桩长径比、泊松比等参数对桩头刚度因子和阻尼的影响。研究表明,对于大直径桩,当外载荷激励频率较大时桩横向效应对桩头刚度因子和阻尼有显著的影响     

横观各向同性地基中管桩扭转振动响应解析解

考虑地基沉积过程中产生的竖向和水平向力学性质的差异,对横观各向同性地基中管桩扭转振动频域响应进行了理论研究。基于横观各向同性材料的本构关系以及桩-土耦合扭转振动,建立了桩土系统定解问题,通过Laplace变换和分离变量法求得了桩周土和桩芯土扭转振动位移形式解。通过桩-土接触面的连续条件,求得了管桩扭转频域响应解析解,并得到了桩顶复动刚度和速度导纳的表达式。将所得解退化到横观各向同性地基中实心桩解以及均匀地基中管桩解,并与已有文献进行了对比,验证了解的合理性。通过数值算例,分析了桩周土和桩芯土的横观各向同性力学参数对桩顶扭转复刚度及速度导纳的影响。     

低应变动测基桩承载力相对位移法初探

桩土体系受自由落锤冲击后,桩头所产生的相对位移,是桩土体系动刚度对作用荷载之间的动力响应。基桩低应变动测中,采用速度传感器直接测出桩头的相对位移,在推算单桩竖向承载力时,有助于降低对桩土体系固有频率测定值的过分依赖,从而有利于提高单桩竖向承载力推算值的准确程度。     

冻融条件下模型桩基水平动力试验研究

基于自制的冻土-桩动力相互作用模型试验系统,对-5℃、-3℃及上层融化多年冻土中模型桩基进行了水平向动力试验,主要研究了冻结及上层融化冻土中模型桩基的桩头位移-荷载关系、桩基水平动刚度变化及桩身弯矩分布情况。结果表明：冻土中桩基动力响应特性与土体温度密切相关;正冻土中桩基有较大的侧向刚度,当冻土与桩接触面出现较大间隙时,桩头位移-荷载曲线呈反S形;桩基动力性能随多年冻土温度降低将有所改善;当冻土上部出现融化层时,桩基动响应变化显著,桩头动刚度明显减小,桩基在较小动载下可发生较大侧向位移,同时桩身最大弯矩值较正冻土中偏大,且此弯矩点埋深较大。对于多年冻土区桩基工程,应特别重视夏季上层冻土融化时可能出现的震害。     

PHC管桩水平承载力试验研究

在统计福州地区56根预应力高强混凝土（PHC）管桩单桩水平静载荷试验资料基础上,结合《建筑桩基技术规范》规范推荐的m法计算,讨论了福州地区PHC管桩的水平承载力取值问题。对不同桩型的单桩水平静载试验进行m值反算,与规范推荐的m值相比较,探讨了福州地区不同桩周土层的m值取值范围。用规范推荐的两种力学模型分别计算了某试桩的弯矩曲线,与ABAQUS有限元软件模拟得到的弯矩曲线对比,验证了规范推荐的两种模型的适用性。结果表明,本地区采用m法确定PHC管桩的单桩水平承载力是适用的;上覆填土层的物理力学性状对淤泥层中PHC管桩水平承载力影响较大,宜采取规范附录中的“桩端支撑在非岩石类土中或基岩面”的模型计算本地区PHC管桩的水平承载力。     

软土地基中PHC管桩水平受荷性状的试验研究

桩在水平荷载作用下的受力性状是一个复杂的桩土相互作用过程。针对软土地集中预应力管桩受水平荷载的问题,结合工程实例,通过水平静载试验,实测得到了水平荷载作用下PHC（超长预应力）桩与土共同作用时的工作性状,分析了PHC桩受水平力作用时的内力、变形和临界承载力以及地基土的水平抗力比例系数。试验结果可为今后同类地区水平受荷桩的设计与研究提供参考。     

软黏土中超长预应力高强度混凝土 管桩竖向承载特性试验研究

港口码头工程建设将向外海开敞式发展,由于工程地质条件日趋复杂,在超厚软黏土地基上建设高桩码头面临重大难题。因持力层埋深较深,预应力高强度混凝土（PHC）管桩成为设计首选的超长桩基础型式。针对某军用码头85 m设计桩长的试桩进行了试验和数值计算,分析了超长PHC管桩承载力机制与传递规律,基于传递函数法提出改进的双曲函数计算模型,并对垂直静载试桩进行计算。结果表明：桩身轴力和桩顶位移的计算值与实测值吻合较好,证明提出的双曲线模型能够反映轴向承载PHC管桩桩-土相互作用实际情况,能够为软黏土中超长PHC管桩基桩设计提供依据。     

基于桩身应力测试的静压PHC管桩贯入机制

压桩过程中PHC管桩侧摩阻力与端阻力的分离是制约其贯入机制及承载力研究的瓶颈。通过桩身预埋准分布式FBG光纤传感器,对贯入成层土地基中5根足尺开口PHC管桩侧摩阻力及端阻力发展变化情况进行了监测。试验表明,准分布式光纤传感测试技术现场可操作性强,粗放施工环境下贯入阻力分离效果较为理想。成层土地基中压桩力曲线基本反映地层土性变化,桩端土层性状对压桩力影响较大。硬质土层界面处试桩压桩力平均增幅约为64.06%,端阻力受地层变化影响更为显著,平均增长幅度约为97.41%,侧摩阻力平均增长幅度约为17.92%;桩端位于非硬质土层试桩压桩力变化不明显。贯入过程中现场足尺试验桩身应力变化不同于室内模型试验,桩身上、下部侧摩阻力发挥的力学机制不同。受现场粗放施工条件及深度方向土层变化影响,贯入成层土地基中桩侧摩阻力临界深度现象不明显。     

海洋工程中大直径管桩垂直水平荷载试验研究

通过海洋环境条件下大直径管桩的垂直和水平荷载试验,分析了管桩在垂直和水平荷载作用下的受力特点,得到了管桩的垂直极限承载力、侧摩阻力及端承力、轴向反力系数等结果,以及水平荷载作用下桩顶位移和转角关系、弯矩分布、土抗力、水平地基反力系数的比例系数和最大弯矩点等参数。试验结果表明：垂直荷载作用下,极限承载力可达12000kN,在沉桩过程中部分桩有一定程度的闭塞;大直径管桩能够抵抗水平荷载的作用,弹性长桩的受力性质主要受上部土层的影响。根据试验结果计算的水平地基抗力比例系数m值,对本工程及同类地质条件的桩基设计具有参考价值。     

高桩码头桩基负摩擦力现场试验研究 ——上海洋山深水港工程现场试验

高桩码头接岸结构中的桩基础,在抛石的作用下将产生负摩擦力。通过支撑桩及自由桩上负摩擦力的现场试验研究,获得抛石过程中基桩内力随深度变化的基本规律。抛石过程中基桩上的负摩擦力主要产生在抛石段。同时,抛石作为附加荷载,将引起下方软弱土层的固结沉降,桩土之间产生相对位移,从而在抛石段下方一定范围内也产生负摩擦力作用。承台荷载对负摩擦力的大小和分布有着重要的影响。提出的负摩擦力分布规律和采用有效应力法计算层状土负摩擦力的公式,可为桩基础的设计,尤其对水下单面抛石施工的设计及采取消减负摩擦力的措施提供依据。     

桩板结构桩-板-土相互作用模型试验研究

为了明确桩板结构桩-板-土体相互作用机制,基于推导的相似理论,制作了桩板结构在2种跨度、有无板下土体支承等不同条件下的竖向分级加载试验和水平加载试验,系统研究了桩板结构桩-板-土相互作用力学特性。初步得出以下结论：（1）板-土相互作用对桩板结构的受力影响明显。当不考虑板下土体支承作用时,板的位移、应力、桩的受力、板-土接触压力等都会明显增大,且跨度越大,影响越明显。表明目前在工程设计时不考虑板下土体的支承作用进行设计,偏于保守。因此,建议桩板结构在设计时应考虑板下路基土体的支承作用。（2）在横向荷载作用下,桩-土相互作用明显,其主要作用区域在桩的上部1/2范围内。同时试验表明,板的跨度对桩-土相互作用影响较小,但对板的横向位移影响较大,且桩板结构的跨度越大,在横向力作用下,板的弯拉应力也越大。因此,建议在进行桩板结构跨度设计时,应检算横向荷载作用下板的拉应力指标。     

预制静压桩静动载现场试验分析

原位试验是获取桩基设计参数和了解桩基力学性能的最客观、最可靠方法。基于现有疲劳机和千斤顶等试验设备,研制了桩顶静载和动载组合加载装置,为现场静、动载试验解决了一个技术性难题。利用该装置对某工程混凝土预制静压桩进行了模拟交通荷载的现场静、动载试验。通过单桩竖向抗压静载试验和动载试验,分析了静动载对桩身轴力分布、桩身侧摩阻力和基桩沉降的影响及其变化规律。试验结果表明：在静动载作用下桩身侧摩阻力的分布规律基本一致,并且随着振动次数的增加,桩身上部侧摩阻力减小、下部略有增加,但动载循环超过30万次后,侧摩阻力趋于稳定。     

桩-土-承台结构在波浪力作用下的力学效应分析

在港口桥梁工程和海洋工程中,一般将桩从桩-土-承台结构中分离出来,单独计算波浪力对桩的作用。在提出波浪力作用下桩-土-承台结构相互作用模型的基础上,结合工程算例,进行了桩-土-承台结构在波浪力作用下桩的荷载和弯矩计算分析,结果表明：在不考虑波浪力的情况下,计算结果跟规范方法较为接近,验证了桩-土相互作用模型的适用性。在此基础上迭加波浪力,将波浪力和桩-土-承台作为一个完整的系统研究,随着承台所受外力、波浪力、桩侧地基土的变化,分析了桩-土-承台结构在波浪力作用下的受力效应。     

PHC管桩和预制方桩受力性状试验对比分析

通过在同一场地的预应力高强混凝土管桩（PHC桩）和预制方桩中埋设钢筋应力计的静载对比试验,比较了两类桩的荷载-沉降曲线、桩身轴力分布情况、桩侧摩阻力和桩端摩阻力发挥性状的异同,研究了PHC管桩的荷载传递机制,发现其侧阻和端阻的发挥规律与预制方桩相同,但在PHC管桩和方桩侧表面积相近的条件下,在最大试验荷载作用时,两者的侧阻和端阻发挥程度不同,PHC管桩平均单位侧阻比预制方桩低8.1 %,而端阻比方桩高24 %以上。