刚性桩复合地基沉降计算的简化方法

既简便又具有较好精度的刚性桩复合地基沉降计算方法仍是工程实践中迫切需要而又有待于解决的问题,文中提出了一个解决的简化方法。在刚性桩复合地基中,由于桩间土荷载水平不高,将桩间土荷载-沉降曲线近似为线性。当桩的荷载水平不高时,对桩的沉降可按线性考虑,线性关系可按线弹性方程计算得到。若桩可能进入非线性甚至塑性,则假设桩的荷载-沉降曲线满足双曲线规律,可较好地考虑桩的非线性沉降过程。通过计算单桩承载力特征值下的沉降,然后通过双曲线方程特点得到桩的非线性沉降方程。对于有单桩静载试验的情况,提出直接利用单桩试验曲线建立单桩的双曲线方程。最后依据共同作用时桩和桩间土的变形协调条件和静力平衡方程,即可计算其实际基础下复合地基的沉降,从而得到一个刚性桩复合地基沉降计算的简化方法。工程实例表明,简化是方法既简便又具有较好的精度,可为工程实践提供一个有效实用的计算方法。     

考虑沉桩效应的群桩非线性荷载-沉降解析

考虑沉桩效应对桩周土体力学特性的影响,采用指数函数型荷载传递曲线分别建立了静压桩的桩侧和桩端荷载传递模型。在此基础上,根据群桩加载过程中桩周土体的变形模式,基于荷载传递法描述桩-土界面的非线性行为,采用剪切位移法考虑群桩之间的相互作用,提出了考虑沉桩效应的群桩非线性荷载-沉降混合计算方法。通过开展离心模型试验对该计算方法解答进行了验证,研究了沉桩效应和桩-土界面非线性特征对群桩承载特性的影响。研究结果表明,沉桩效应对桩周土体起到挤密作用,使得桩周土体的强度和刚度增大,从而提高了群桩的承载特性。群桩加载过程中桩-土界面刚度随沉降变形而逐渐减小,使得群桩荷载-沉降曲线呈现出明显的非线性特征。     

成层土中轴横受荷桩水平响应的非线性解

对于承受轴向荷载的水平受荷桩,以往研究大多基于线弹性或弹塑性水平荷载传递模型。为提升轴横受荷桩的计算设计水平,采用轴向荷载传递法计算桩身轴力,考虑桩身轴力引起的P-Δ效应,基于双曲线型水平荷载传递模型考虑桩-土体系变形的非线性特征,对成层土中轴横受荷桩的水平响应进行分析求解,得到了轴横荷载作用下桩身变形和内力的非线性有限差分解,并采用MATLAB语言编制了计算程序。使用模型试验算例与基于现场试验的有限元算例对非线性解的准确性进行对比验证,结果表明:计算结果与算例数据吻合良好,可靠性较高;采用不同荷载传递模型的计算结果在不同荷载水平下有所差异,在较大荷载水平下桩-土变形的非线性特点不容忽视。     

非均质地基中群桩竖向荷载沉降关系分析

运用剪切位移法计算了桩轴向荷载传递因子。对于桩端采用线性的荷载传递函数,推导了基于弹塑性模型的单桩竖向荷载沉降的解析解。分析过程中考虑了土体强度沿深度线性变化的特性和桩土间的滑移现象,因此更符合大部分土体的实际性状。在此基础上,建立了考虑桩土滑移的桩-桩相互作用系数的计算公式,并将上述方法应用于群桩的分析,获得了群桩的荷载沉降特性。该分析方法克服了目前应用较多的弹性理论方法夸大桩土相互作用的缺点,单桩和群桩的荷载沉降曲线的分析结果和实测数据吻合,证明了该方法的合理性。     

桩端条件对灌注桩荷载传递特性的影响

以荷载传递法为基础,研究了桩端条件对灌注桩荷载传递特性的影响。采用考虑桩侧软化的三阶段荷载传递函数,并以三折线模型模拟桩端土劣化或沉渣的影响,通过静力平衡条件建立微分控制方程。以桩端沉降和端阻力为边界条件,并将桩侧双曲线段的非线性两阶常微分方程转化为积分方程,并用数值方法求解,可以得到桩身任意截面的沉降、轴力和侧摩阻力。通过参数分析,研究了不同桩端刚度和不同沉渣厚度下灌注桩的荷载-沉降曲线和桩侧摩阻力的分布情况,讨论桩端条件对单桩荷载传递特性的影响。对两组相邻试桩的工程实例进行分析计算,结果表明,该方法能较好地反映实际情况。     

多层地基中超长桩荷载传递机理的非线性计算方法

目前超长桩的理论远远落后于实践,分析超长桩的受力性能,提出合理的承载力计算模式及相应的计算参数是目前急需解决的问题.论文基于超长桩试验资料,提出与超长桩桩侧土工作性状相适应的弹性-软化-稳定三阶段荷载传递模型;桩端采用双曲线荷载传递模型模拟土的非线性变形特性;桩身引入混凝土的Rusch模型,以考虑高荷载水平作用下超长桩桩身混凝土的弹塑性性状.通过桩身任意处微段竖向受力平衡,建立考虑桩身混凝土弹塑性关系的桩土体系荷载传递基本方程,在综合考虑桩侧土软化稳定和桩端土非线形的基础上得到与超长桩工作性状相适应的层状地基中超长桩荷栽传递分析方法,并根据模型编制了相应的C语言程序进行实例分析.计算得到的荷栽-沉降曲线与实测的曲线吻合较好.本文方法适用于计算多层地基中超长桩的沉降和极限承载力,也可用于分析层状地基中超长桩的荷载传递规律.经过对工程实例的计算与实测对比分析,证明该法简单、可靠,且具有较好的适用性.     

群桩沉降计算理论分析

基于Geddes应力解,并根据叠加原理计算群桩内任意点处的三向应力,采用基于Duncen-Chang本构模型的修正分层总和法计算群桩内任意点处的沉降量,最后,根据基点法[1]和群桩基础荷载、变形协调关系建立方程,从而,最终获得群桩的沉降计算。该理论较常规弹性理论方法计算群桩沉降有较大地改进,具体体现在以下几个方面：（1）考虑了群桩中地基土的三向应力分布对群桩沉降计算的影响;（2）考虑了土体本构模型（Duncen-Chang弹性非线性本构模型）,因而,能计及土体非线性特性对群桩沉降的影响;（3）采用修正分层总和法理论,能考虑土体成层分布特性以及侧向变形对单桩沉降计算的影响。     

群桩扭转非线性模型

建立了一个非线性数学模型来分析群桩扭转问题。该模型利用非线性荷载传递曲线来模拟桩的非线性响应,采用Mindlin解计算各桩水平力间的相互作用,用Randolph解析解分析得到各桩间扭矩对水平力的影响。在各单桩中引入经验性的耦合系数,分析桩身水平变形引起的土体反力对该桩扭转承载力的影响。对比计算结果与离心机模型试验数据,表明该模型能够模拟群桩扭转中主要的桩-土-桩相互作用和荷载耦合作用,较好地反映了实际情况。     

能源桩与周围土体之间荷载传递模型的改进及其桩身承载特性研究

桩-土相互作用问题是岩土工程桩基础问题的关键点与难点,目前针对桩身在循环温度荷载与上覆结构荷载双重作用下的能源桩承载特性研究较少。在传统理想弹塑性模型及双曲线模型的基础上,采用分段非线性的方法对桩-土荷载传递骨干曲线进行了修正,并基于Masing’s循环准则,提出了适用于能源桩的桩-土荷载传递模型。利用改进的桩-土荷载传递模型对能源桩承载特性进行数值分析,着重研究了桩-土荷载传递参数比R对能源桩受力情况的影响。此外,为了探究在上覆结构荷载及循环温度荷载双重作用下,能源桩与周围土体之间的真实荷载传递关系及其结构热力学特性,开展了针对能源桩与周围土体之间相互作用问题的室内模型试验,监测了其桩身轴向应力及侧摩阻力随温度及深度变化的趋势,并与基于改进荷载传递模型的数值计算结果进行了对比。室内模型试验监测及数值计算结果显示：能源桩在上覆结构荷载及温度循环荷载双重作用下,其受力行为受改进的桩-土荷载传递循环曲线控制;基于改进的桩-土荷载传递循环曲线而建立的数值模型计算结果与试验结果基本吻合,改进的桩-土荷载传递模型能够较好发地反映能源桩实际的承载特性。     

成层Gibson地基中单桩沉降的非线性分析

针对成层Gibson地基模型,研究了轴向荷载作用下单桩的非线性沉降响应。利用最小势能原理求得桩土体系的控制方程,获得了土体位移的解析解及桩身沉降的差分方程式。将土体看作线弹性理想塑性材料,分析了土体的非线性对桩身位移的影响,提出了考虑非线性的单桩沉降响应计算方法,利用Maple编制了相应的分析程序。通过算例研究了土性参数及桩长径比对端承单桩沉降的影响。将研究结果应用于桩基静载荷试验成果的分析,结果表明,两者吻合较好,证明了该方法的合理性。     

广义荷载传递函数及其应用

单桩非线性分析的方法很多,荷载传递函数法是其中很重要的一种。鉴于问题的复杂性,该方法中的荷载传递函数存在多种形式,且都具有各自适用的范围,存在局限性。广义荷载传递函数是一个通用函数式,其通过增加一个参数实现变换函数形式的目的,使之能够反映以前所提的各种荷载传递函数。另外,还可以描述目前没有提出、但可能存在的荷载传递函数形式,具有广泛适用性;同时,在某种程度上能反映软化效应。在工程应用中取得场地土性参数的前提下,适当运用该函数可以减少试桩的数量,产生巨大的经济价值。     

PHC管桩荷载传递的试验研究和数值分析

通过在预应力高强混凝土管桩(PHC桩)的桩顶、桩端及桩周各主要土层的分界面埋设应变计的静荷载试验，研究了PHC管桩的荷载传递机理，分析了轴力和桩侧摩阻力的变化规律。并以工程中PHC管桩的竖向抗压静载试验为基础，运用有限单元法对软土地区的PHC管桩桩-土相互作用进行模拟，在分析中采用弹塑性模型，引入了非线性接触面单元，并且考虑了土体的材料非线性。分析结果表明，计算值和实测值有一定的差别，但是变化趋势基本一致。     

能源桩传热与承载特性研究现状及展望

能源桩是一种在传递上部结构荷载的同时获取浅层地热能源的新技术,给桩基结构的设计及安全服役提出了新的挑战。从能源桩实际应用的角度,围绕能源桩传热性能和承载性能两个关键科学问题,从4个方面综述目前的研究现状：（1）能源桩的热传递研究;（2）能源桩的结构响应特征;（3）能源桩的承载变形特性;（4）能源桩的荷载传递机制。在此基础上,对当前能源桩传热模型的适用性、热交换作用下能源单桩及群桩的承载特性以及长期运行条件下的承载性能及结构安全性进行了讨论,最后对能源桩工程下一步研究进行了展望。分析成果对于保证结构安全,合理开发浅层地能具有重要意义。     

桩基础非线性工作性状的室内模型试验分析

通过对单桩、带承台单桩和不同桩距群桩的模型试验结果分析 ,并与群桩试验的数值计算结果对比 ,总结了群桩中桩体的荷载传递规律 ;描述了板底土体反力和板下土体附加应力分布特性 ;比较了不同桩距群桩的荷载分担状况。通过试验结果的分析 ,得出桩的遮拦作用提高了承台下土体极限承载力的结论 ,为理论研究提供了试验依据 ;同时对桩的非线性工作状况进行分析 ,得出大桩距群桩受荷时桩先进入非线性然后承台下土体再进入非线性的结论。试验结果即验证了复合桩基非线性理论的若干假定 ,又为进一步研究提供了试验依据。     

Prediction of load displacement response of single piles under uplift load

Load displacement response and ultimate resistance of piles in sand under uplift load are predicted by load transfer approach. The pile is divided into number of segments and assigned geometrical and material properties according to actual soil pile situation. The shaft resistance is obtained analytically in accordance with existing studies. The proposed method takes into account the length, diameter and relevant surface characteristics of pile and soil properties. The load displacement characteristics and the value of uplift capacity of vertical piles from field test have been predicted. Reasonable agreement has been found out between predicted and observed values of uplift capacity. Load transfer mechanism is capable of predicting the nonlinear variation of load-displacement response of piles.     

Analysis of axial pile-soil interaction in clay

A method for predicting the maximum mobilized side resistance and unit shaft resistance-displacement curves (load transfer functions) on piles in clay is described. The method was derived using a numerical solution to model pile installation effects and a finite element scheme to model pile loading. Results of three well-documented pile load tests on steel piles were used to develop intermediate steps and final solutions, and the method was verified by comparing predicted results to two other load tests. An expression is proposed to represent load transfer functins for use by practitioners for the design of bridge and other foundations in clay.     

Uncoupled analysis of stabilizing piles in weathered slopes

This paper describes a simplified numerical approach for analyzing the slope/pile system subjected to lateral soil movements. The lateral one-row pile response above and below the critical surface is computed by using load transfer approach. The response of groups was analyzed by developing interaction factors obtained from a three-dimensional nonlinear finite element study. An uncoupled analysis was performed for stabilizing piles in slope in which the pile response and slope stability are considered separately. The non-linear characteristics of the soil–pile interaction in the stabilizing piles are modeled by hyperbolic load transfer curves. The Bishop's simplified method of slope stability analysis is extended to incorporate the soil-pile interaction and evaluate the safety factor of the reinforced slope. Numerical study is performed to illustrate the major influencing parameters on the pile-slope stability problem. Through comparative studies, it has been found that the factor of safety in slope is much more conservative for an uncoupled analysis than for a coupled analysis based on three-dimensional finite element analysis.