基于有限介质孔扩理论的桩基承载力预测方法研究

挤土桩在沉桩过程中的挤土效应对其承载力有明显的提高作用,基于有限介质弹塑性小孔扩张理论提出一种新的挤土桩承载力的计算方法。通过Mohr-Coulomb屈服准则推导了有限介质球形孔和柱形孔扩张的统一解析解,分析了打桩过程中的贯入挤土作用,并建立了桩基承载力的计算模型。结果表明:小孔扩张过程中具有明显尺寸效应,对于柱形孔扩张,当外内径比大于110时,有限土体扩张的内壁孔压和塑性区范围与无限土体扩张的大致相同;球形孔土体外内径比大于25时与无限土体扩张曲线一致;将桩端部分简化为球形孔扩张模型,桩侧部分假设为柱形孔扩张模型,求解得到了沉桩施工中桩周土体的应力场变化及成桩后桩基承载力值。桩基承载力计算结果与现有理论解、规范计算值和工程现场实测值进行对比,验证了本文方法的可靠性,为挤土桩的承载力预测提供了一种新的计算方法。     

预钻孔孔径对部分挤土桩挤土效应的影响研究

推导了具有一定初始半径的圆柱形孔扩张的弹塑性解，据此讨论了预钻孔取土打桩时，预钻孔孔径大小对挤土效应的影响。     

挤土类桩的挤土效应及其防治方法

挤土效应是所有挤土类桩面临的共同问题，它可能造成临近建筑物破坏，地下管线断裂，道路隆起以及工程质量事故。依据挤土类桩挤土效应的形成机理，结合工程实例，提出了减少挤土效应的措施，如预钻排水孔、开挖防挤沟、设置观测点、控制压桩速度等措施，并根据施工地区不同的环境条件提出了合理的压桩顺序。     

基于修正剑桥模型的挤密桩挤土效应分析

将挤密桩挤土过程视作沿桩长不变的一系列点位形成的球形孔扩张过程,把扩张过程中的桩周土体分为3个区域：流动破坏区、塑性变形区、弹性变形区。应用圆孔扩张理论,结合修正剑桥模型推导出了球孔扩张引起的土体应力、位移分布解析解。结果表明,挤密桩塑性区半径为桩半径的2.92倍,与试验结果基本吻合,验证了该分析方法的可行性。其结果可为挤密桩挤土效应的研究提供一种新的思路。     

夯扩桩成桩过程引起的挤土效应分析

夯扩桩在成桩过程中会产生挤土效应。通过采用桩形孔扩张理论,推导出砂土中形成扩大头时引起的挤土影响半径和土体位移,并对－工程实例进行了分析。     

狭窄场地内饱和粘性土中挤土桩的挤土效应

本文就挤土效应产生的机理进行了阐述,对挤土的时空效应进行了分析,提出了挤土桩\     

筒桩与普通沉管灌注桩施工挤土效应比较

应用圆孔扩张理论 ,分析了筒桩施工挤土效应 ,并通过比较 ,得出筒桩施工挤土效应远远小于普通沉管灌注桩或预制实心桩 ;筒桩可内外承担摩阻力 ,承载力高 ,挤土效应小 ,是一种比较理想和值得推广的桩型。     

夯扩桩成桩过程引起的挤土效应分析

夯扩桩在成桩过程中会产生挤土效应。通过采用柱形孔扩张理论，推导出砂土中形成扩大头时引起的挤土影响半径和土体位移，并对一工程实例进行了分析。     

基于扩孔理论的挤密砂桩复合地基桩土应力比计算方法

基于圆孔扩孔理论,考虑挤密砂桩挤密过程中砂桩本身的挤密体积变化,建立了砂桩桩身压缩模量的计算方法。采用Mohr-Coulomb屈服准则计算桩周土屈服区范围,同时结合桩间土的e-p曲线压缩理论,提出了基于扩孔理论的桩周土平均压缩模量计算公式,从而提出了考虑埋深影响的分层桩土应力比计算方法。结合越南河内-海防高速公路实际工程进行了计算分析,随着套管直径增大(0.5~0.6 m),挤密砂桩和桩周土的压缩模量都变小,但平均桩土应力比增大,从2.56增大至2.72,这符合《复合地基技术规范》中对于无实测资料时,桩间土强度低时桩土应力比取大值,桩间土强度高时取小值的规定。桩土应力比理论计算结果处于规范建议取值2~3之间。说明理论方法合理可靠,从而提高了挤密砂桩设计的科学性。     

搅拌桩加固挤土效应及在地铁隧道保护中的应用

在减小地基变形进行的深层搅拌桩加固时,加固本身的挤土效应对隧道变形产生了影响。为此,模拟了搅拌桩（DCM）侧向挤土效应的4种荷载模式,结合实测资料并采用数值试验验证了侧向挤土荷载模式的合理性。进一步应用该模式,通过有限元模拟了搅拌桩的加固挤土效应,分析讨论了不同加固顺序对地面变形,隧道变形以及长期蠕变变形的影响,结论表明,搅拌桩加固对地面环境影响是不可忽略,隧道周围搅拌桩施工顺序对隧道变形影响较大,搅拌桩加固后长期蠕变效应相对加固过程的变形很小。     

浅埋隧道开挖引起的土体水平位移分析

对于浅埋隧道开挖引起的土体位移规律很多学者进行了研究,但对于其水平位移规律的研究却不多。在总结比较现有3种地层沉降公式的基础上,结合其中一种地层沉降理论以及土体不可压缩的假设推导出了浅埋隧道上方土体的水平位移公式,使用该公式对相关文献中的实测数据以及有限元模拟结果进行了拟合对比,证明提出的公式能够较好地预测和描述浅埋隧道开挖引起的土体水平位移规律;另外,基于所推导的地层水平位移公式以及地层沉降理论公式,得出了该方法下的土体位移矢量角公式,并与O’Reilly 和New提出的方法进行了比较,所得结果与相关学者的研究结论一致,证明了该土体位移矢量公式的适用性。此研究成果可为相关实际工程中土体水平位移的计算和控制提供理论参考。     

基坑开挖过程中埋地管线沉降位移解析计算

基坑开挖会诱发邻近埋地管线产生沉降变形,获取管线变形量对评估管线的正常使用和安全具有重要意义。基于弹性地基梁理论,建立地下管线沉降位移的计算公式,并分析地表中心沉降量和计算长度对管线沉降位移的影响;根据埋地管线与基坑边缘的几何关系,将计算长度取值依据界定为5种工况;通过与两个标定算例对比,验证解析方法的合理性;以北京某基坑工程为例,分析管线沉降位移的时空变化规律。研究结果表明：不同时期的沉降位移计算值和实测值变化趋势一致,但计算值略高于实测值;地表中心沉降量对管线沉降位移影响显著,输入值越大,沉降曲线形状越“凹”,输入值越小,沉降曲线越平缓;管线沉降位移自中心点向两端降低速率依次增加,在边界点附近降低速率减小,范围约为计算长度的1/10。所提方法在管线沉降预估方面偏于保守,是现有埋地管线沉降理论的一个补充,可为施工前期预判管线沉降分布提供重要参考依据。     

大位移条件下水平受荷单桩的简明弹塑性计算方法

软土地层中当桩顶水平荷载较大时,采用传统m法计算容易低估桩身弯矩与挠曲变形,有必要针对该问题提出相关计算方法。将地基土体简化为理想弹塑性体,假定桩身某一深度处存在土体的弹塑性变形临界点,临界点以上的土体进入塑性变形状态,而临界点以下的土体仍处于弹性变形状态,分段建立桩身挠曲微分控制方程,得到水平受荷单桩简明弹塑性计算方法。现场单桩实测和参数敏感性分析结果表明:采用简明弹塑性计算方法得到的桩身最大弯矩较传统m法计算精度提高38.1%;桩身最大水平位移计算精度提高22.3%;桩顶边界条件对桩身水平位移与弯矩沿桩身的分布规律影响显著;桩身最大弯矩和水平位移对土体的极限抗力系数及其形状参数较敏感,设计中宜按下限值选取。     

双圆盾构隧道施工引起的地面沉降预测

将随机介质理论应用于双圆盾构隧道施工引起的地面沉降计算,假定开挖后土体移动模式为不均匀收敛,推导了土体损失引起的地面沉降计算公式。算例分析结果表明：预测结果与实测值比较吻合;双圆叠加模型计算结果明显偏大,原因是没有考虑双圆盾构重叠部分减少的土体开挖面积,仍按两个单圆的土体开挖面积来计算,导致土体损失量比实际大;将双圆叠加模型计算结果按实际土体开挖面积相应折减,发现其计算结果仍比实测值大,表明双圆盾构隧道不能简单地采用两个单圆叠加得到。对双圆叠加模型进行修正,提出修正系数取值,修正后的双圆叠加模型计算值与实测值较吻合。     

层状地基群桩沉降计算的剪切位移解析算法

考虑群桩的“束缚作用”,基于剪切位移法的理论,提出了竖向荷载作用下用于层状地基大规模群桩沉降分析的简捷实用的解析算法。以单桩位移积分方程为基础,导出了桩顶位移与轴力和桩底位移与轴力之间的关系,考虑桩-桩相互作用,得出了计算群桩沉降的柔度矩阵方程。推导过程中,桩被分成任意n段,因此该方法可以用于地基土任意分层的群桩沉降计算。算例分析表明,该方法与边混合法和界元法有较好的一致性。     

应用圆孔柱扩张理论对预制管桩的挤土效应分析

假定预制管桩在沉桩时的挤土过程是一个有初始孔径的圆柱形孔的扩张过程,初始孔径等于管桩的内径,最终孔径等于管桩外径,应用前人提出的圆孔扩张理论对管桩进行弹塑性分析,得到塑性区半径、土体位移等解析表达式,也对实际工程中常遇到的土塞效应对该理论应用的影响进行了讨论,并对某电厂扩建工程中预制管桩施工引起的土体位移进行计算,通过现场监测,验证了上述解析表达式的合理性,得出可以参考该组解析解来预测预制管桩施工的挤土效应的结论。     

矩形桩沉桩挤土效应透明土模型试验研究

矩形桩沉桩挤土效应与传统圆形截面桩不同,传统的理论模型和试验技术不适用于研究矩形截面桩沉桩挤土效应。基于透明土变形可视化技术,研究了矩形截面桩沉桩挤土的位移场变化规律。试验结果表明,矩形桩沉桩后,桩周可以分为两块区域：靠近矩形桩身的过渡区域,在此区域内挤土位移模式呈现非柱对称特征,过渡区半径约为4deq～5deq,远离桩身的圆孔扩张区域,该区域内挤土位移呈现柱对称特征。根据矩形截面桩的沉桩挤土试验,推导出了矩形桩截面的修正扩孔理论,并将理论计算的位移值与模型试验测量值进行对比,验证修正扩孔理论的合理性。     

考虑桩身压缩的综合系数法计算超长桩基础沉降

实测表明,超长桩基础的桩身压缩量占总沉降量很大比例,因此,等代墩基法刚性体的假定不符合实际,需要一种考虑桩身压缩量的方法来计算超长桩基础沉降。通过对现有超长桩实测数据的分析,得到了嵌岩桩桩身压缩系数拟合方程,同时得出了非嵌岩桩桩身压缩系数约为0.5;推出桩侧沉降比和桩端沉降比,并编制了Matlab计算程序。最后通过工程实例计算考虑桩身压缩的超长桩基础沉降,计算结果与实测结果相吻合。     

被动桩水平位移荷载施加位置的探讨

被动桩是指一种由于土体水平位移而发生挠曲变形的桩。目前不论是室内试验还是数值计算,常在模型边界对土体施加水平位移荷载（位移边界条件）形成土体的位移场,用来研究被动桩的变形特征,但不同研究者采用的水平位移施加位置（边界位置）与被动桩的距离存在较大差异。结合一个工程案例,采用有限单元法对水平位移加载位置进行了单变量参数分析。研究表明,随着水平位移加载位置与被动桩距离的增加,桩身变形显著减小。这表明了施加位移边界后地基中存在明显的应力扩散。当该距离小于5.5倍桩径时,在模型边界施加同等大小的水平位移所需应力显著增加。同时讨论了水平荷载加载位置与被动桩距离的合理范围,认为应在5～8倍桩径范围之内。     

Simplified method for evaluating the response of existing tunnel induced by adjacent excavation

Adjacent excavation may have a negative influence on the existing tunnel underneath. Thus, it is important to evaluate the response of the tunnel due to adjacent excavation. However, there is little report about using the Kerr foundation model to simulate the tunnel-soil interaction. Meanwhile, the Timoshenko beam, which can take the tunnel shearing effect into consideration, is more suitable to estimate the behavior of the tunnel. To simulate the interaction between soil and tunnel, the existing tunnel is simplified as a Timoshenko beam lying on the Kerr foundation model, and a simplified theoretical method is proposed to calculate the response of the existing tunnel induced by adjacent excavation. The proposed method is validated by two field case studies. Results indicate that the predictions given by the proposed method show great agreement with field measurements and it is more accurate to evaluate the tunnel-soil interaction compared with the previous method. The further parametric study shows that the relative position between excavation and tunnel, the ground Young's modulus, the depth of existing tunnel centerline, and length and width of excavation are both significant factors governing the tunnel response induced by adjacent excavation, while the influence of tunnel shear stiffness and skew between tunnel and excavation are slight. The proposed method can be applied to predict the potential risk of existing tunnels induced by adjacent excavation in relevant engineering projects.