桩基蠕变效应的计算分析

本文用轴对称有限元法分析了桩基的蠕变效应。用广义开尔文模型和宾汉姆模型来分别模拟土的粘弹和粘塑性状。推导了轴对称条件下桩土接触面及桩周土体的粘弹、粘塑性应变增量公式。在此基础上编制了轴对称弹-粘弹-粘塑性有限元程序,分析了桩基的沉降、承台的荷载分担作用,以及桩体的侧阻力分布等受蠕变的影响,比较系统地研究了桩基的蠕变效应。此外,还进行了桩土接触面的摩擦试验研究。     

地震作用下桩竖向抗震承载力的退化效应

在地震荷载作用下，由于土体振动孔隙水压力的产生，桩的竖向承载力将发生退化，基于桩的竖向承载机理以及地震作用下土的有效应力状态变化，提出了桩竖向抗震承载力退化效应的应力动力分析方法，分别建立了地震作用下极限桩侧阻力和极限桩端阻力的退化计算模型，最后应用该方法对液化砂土地基上的桩基进行了竖向抗震承载力退化计算。     

考虑加筋与遮帘效应计算群桩沉降的相互作用系数法

群桩中各基桩在地基土中的加筋与遮帘效应是客观存在的,然而,在目前的桩基沉降理论与实践中,相关的研究仍显不足。基于剪切变形法理论,考虑桩的加筋与遮帘效应,求得各基桩在自身桩顶荷载作用下产生的沉降以及其引起相邻桩的附加沉降量,由此提出群桩中任两桩的相互作用系数简化公式,同时,也得到各基桩桩侧及桩端桩-土接触等效弹簧刚度,并基于荷载传递法原理,建立了成层地基条件下各基桩在自身桩顶荷载作用下的桩身位移平衡方程,推导出各土层层顶处桩身沉降、轴力与层底处桩身沉降、轴力之间的递推关系,进而将公式推广到高、低承台群桩基础计算中。工程算例分析表明,用该方法计算有较高的精度,求得的荷载-沉降曲线及两桩相互作用系数与实测值吻合较好;相互作用系数要明显小于弹性理论计算结果。     

低强度桩复合地基沉降计算方法研究

从低强度桩复合地基沉降变形模式出发,建立了一组低强度桩复合地基沉降计算的应力-应变协调方程。推导方程过程中,考虑了桩-土-垫层之间的相互作用,得出了桩土应力比和等沉面深度的解析解,并且进一步得到了桩和桩间土体的应力分布规律、压缩变形量、桩体上刺入垫层和下刺入下卧土层的刺入量。在此基础上,通过与复合地基下卧土层的压缩变形量求和,最终推导出了低强度桩复合地基的总沉降计算公式,为低强度桩复合地基的沉降计算提供了一种科学方法。     

复合桩基设计与沉降分析

介绍了复合桩基的设计理论和步骤,分析了复合桩基的沉降发展过程,用Geddes应力解的分层总和法计算桩群分担荷载所引起的地基沉降,以Boussinesq应力解的分层总和法计算承台下土分担的荷载所引起的地基沉降,将二者之和近似作为复合桩基的沉降。对某住宅楼基础采用复合桩基设计,布桩数约为常规桩基设计的1/3,节约造价近35％。复合桩基最大沉降量较常规桩基设计大,但仍在基础容许沉降范围内。     

基于改进荷载传递法计算降水引起的基桩沉降

现有研究采用荷载传递法时均未计算桩体自重,若直接应用于国内软土地区超长桩基的沉降计算,其精度难以满足高速铁路线下工程严格的沉降控制要求。基于佐藤?悟双折线模型提出侧阻荷载传递函数的假定模式,引入桩体自重并对荷载传递法的基本微分方程进行修正和求解,结合降水引起的桩周土体沉降计算和基于端阻弹性模型的桩端土体沉降计算,获得地下水位变化诱发的基桩沉降计算方法;采用理论推导的基桩沉降解析解,并借助嵌入荷载传递函数的有限元方法,分别对单纯桩顶荷载作用和桩顶荷载与降水共同作用两种工况下的桩侧摩阻力、桩体轴力和基桩沉降进行算例对比分析;有限元计算因考虑了由桩体沉降产生的桩周土体附加竖向位移而与理论计算略有偏差,但两种方法计算结果的变化规律基本一致,验证了降水引起的基桩沉降理论计算公式的合理性及正确性。     

考虑时效作用的桩基承载力计算方法研究

采用空间轴对称固结有限元结合修正剑桥模型，用柱形孔扩张对沉桩过程进行模拟，求出不同时期桩周土中的应力，从而得到不同间歇期桩侧的最大摩擦力。应用荷载传递法对桩基承载力进行计算，结合桩周土体剪切强度、应力状态的变化，得到了考虑时效影响的桩基承载力的计算方法。实例计算表明，结果较合理。     

土体湿化膨胀与桩基相互作用的试验与理论研究

为研究同一湿度场环境下土体湿化膨胀与桩基相互作用的机理，设计了室内物理模拟试验，对土体湿化膨胀与桩基相互作用进行了分析。通过人工降雨入渗的方式模拟变化的湿度场环境，实时监测模型箱中不同入土深度的桩基抬升量以及膨胀土地基的变形和应力数据，研究桩基入土深度与抬升情况的关系，基于非饱和土力学理论、桩–土相互作用剪切位移理论，提出考虑土体刚度和隆起量变化的侧摩阻力计算方法，并将桩侧摩阻力理论计算结果与模型试验结果进行对比分析。结果表明：在土体吸水膨胀过程中，桩体的向上抬升会引起桩底端部的卸载作用；地层隆起量随着深度的增加呈线性递减，随着桩尖入土深度的增加，桩顶隆起量呈对数趋势减小，增加桩长可以在一定程度上抑制桩基抬升；同时，基于剪切位移理论得出的桩侧摩阻力与基于非饱和膨胀土理论得出的桩的侧摩阻力及试验测试数据分布基本一致，表明本文所提出侧摩阻力计算公式是可靠的。     

软土次固结阶段桩侧负摩阻力变化规律研究

设计软黏土中单桩模型箱试验,模拟了桩周土逐级加荷沉降,通过量测超孔隙水压力、土体沉降及桩身轴力变化,分析了软黏土进入次固结阶段时,桩侧负摩阻力及桩身中性点位置变化情况。研究表明,在次固结阶段桩周土所产生的沉降对桩侧负摩阻力仍具有一定影响,沿桩身呈先增大后减小的趋势;当桩周土所施荷载等级达到一定程度时,桩身中性点位置将随着桩周土次固结时间的增长而逐渐上移。次固结阶段产生的沉降量与土体上所施加的荷载等级有关,随着桩周土荷载等级的增大,次固结阶段产生的沉降所占总沉降的比例逐渐减小,其蠕变效应逐渐减弱。     

盾构施工对桩基的影响及桩基近邻度划分

隧道盾构施工过程中因盾构对土体的扰动和盾构脱出而没有及时注浆或注浆量不够,通常会对隧道邻近的桩基造成影响,如桩基内力发生改变从而使桩基变形、移位等,影响了桩基的承载力和正常使用。正交试验是一种高效、快速的找出某种指标的主要和次要影响因素的方法。通过建立盾构施工过程中近邻桩基的弹塑性有限元模型,结合正交试验和方差分析,得到了盾构施工对近邻桩基的影响因素大小。结果表明,盾构隧道施工过程中对近邻桩基沉降影响大小的因素依次为：桩与隧道的距离、桩顶荷载、应力损失和土体物理力学性质;桩基在(2.5～3.0)D0（D0为隧道直径）以外,则桩基基本上不受盾构开挖的影响;桩顶沉降与桩顶原来的荷载相关性显著,桩顶荷载的大小反映了土体应力水平的高低。根据方差分析的显著性检验结果提出桩基近邻度的概念和计算公式,把盾构隧道周围的桩基分为非常近、近邻、远邻和非常远等4类桩,表明Ⅰ类桩和Ⅱ类桩受到盾构施工的影响较大,施工前应对桩基采取必要的保护和加固措施,Ⅲ类桩视情况进行处理,Ⅳ类桩一般不需要处理。     

基于一维和三维固结挤土桩沉降时效计算分析

饱和软黏土地基中的挤土桩,施工引起的桩侧土体超孔隙水压力消散和竖向荷载引起的桩底土体固结是导致其沉降的主要因素。基于三维固结理论,研究了桩侧地基土再固结沉降的变化规律,并从桩-土相互作用的原理出发,结合边界条件,推导出了在桩侧地基土再固结沉降的作用下挤土桩沉降的计算公式。运用太沙基一维固结理论并采用分层总和法计算竖向荷载作用下桩底土体的沉降。提出了饱和软土中挤土桩沉降时效的计算方法。并对工程实例进行了计算分析,其结果符合工程实际沉降规律。     

Prediction of long-term settlement on soft clay using shear wave velocity and damping characteristics

This paper presents a method of calculating long-term settlement of a loaded pad on soft clay at Klang, Selangor, Malaysia where the soil model is treated as an anelastic material of viscoelastic property. Initially, an elastic shear modulus (G) value from shear wave velocity profiles of the seismic tests from spectral analysis of surface wave (SASW) and continuous surface wave (CSW) tests was obtained. A value of damping (D) at an equivalent elastic strain is then calculated from the hysteresis of the plate load tests corrected to equivalent strain using the Damping–Strain formula. The calculated elastic settlement and its equivalent damping are then used to calculate the long-term settlement by applying the generalised viscoelastic formula. Comparisons to traditional methods of settlement predictions were made and the viscoelastic formula has shown better agreement to the observed settlement. Further modification of the settlement formula is introduced to improve the settlement accuracy to 10%.     

Long-term thermo-mechanical behavior of energy pile in dry sand

A small-scale pile has been developed in the laboratory to investigate the thermo-mechanical behavior of energy piles subjected to a significant number of thermal cycles. The pile (20 mm external diameter), installed in dry sand, was initially loaded at its head to 0, 20, 40 and 60% of its ultimate bearing capacity (500 N). At the end of each loading step, 30 heating/cooling cycles were applied. The long-term behavior of the pile was observed in terms of head settlement, axial force profile, soil and pile temperature, and stress in soil. The results evidence the irreversible settlement of the pile head induced by thermal cycles under constant load head. In addition, the incremental irreversible settlement that accumulates after each thermal cycle decreases when the number of cycles increases. The evolution of irreversible pile head settlement versus number of cycles can be reasonably predicted by an asymptotic equation.     

柔性基础下群桩复合地基荷载传递规律及计算

复合地基沉降及荷载传递规律的研究是复合地基理论中一项非常重要的研究内容,然而对群桩复合地基的沉降及荷载传递规律的研究,在理论上很不成熟。在采用文[1]推荐的竖向变形模式及文[2]推荐的径向变形模式的基础上,利用弹性理论及桩-土位移协调条件建立了桩及桩周土的控制微分方程,并由此推导出了柔性基础下群桩复合地基加固区内桩及桩周土压缩量计算的解析式,同时得出了桩、桩周土中竖向应力及桩侧剪应力计算的解析式。通过算例将该方法所得结果与有限元结果进行了对比,同时也与模型实验结果进行了比较。算例及模型实验结果均表明：该方法对分析柔性基础下群桩复合地基的荷载传递规律及加固区的变形具有足够的精度,且该法计算工作量小,便于工程应用。     

加载次序对湿陷性黄土中基桩承载力检测的影响

湿陷性黄土地区基桩承载力检测中桩顶荷载是在土体沉降后施加的,桩基使用条件下是桩顶荷载施加之后再出现土体沉降。简要分析了这两种加载次序之间桩土相互作用差异的机制。采用有限元方法分析了这种差异。计算结果表明,在这两种加载次序中,桩顶荷载的增加都会引起沉降增加,中性点下降,下拉力减小。结果还表明,与桩顶荷载先施加的相比,桩顶荷载后施加得到的中性点的位置比较低,桩基沉降比较小,下拽力也较小,这些差异随着桩顶荷载的增大而更加明显。在两种加载次序的各个加载阶段,桩周摩阻力的分布与发挥也会出现细微的变化。这会使湿陷性黄土地区桩的承载力检测结果略微偏于不安全     

群桩沉降简化计算方法

将均质土和成层土中的单桩桩顶沉降分成桩端力引起的沉降、桩身压缩和桩侧阻力引起的沉降3部分分别计算,获得单桩沉降后,运用等代墩法可获得群桩的平均沉降。单桩沉降计算方法可考虑桩端力与桩端位移的非线性关系和桩侧阻力引起沉降的非线性特性,同时计算方法可考虑桩身压缩对桩顶沉降的贡献。算例分析表明,计算值与实测值和其他方法的计算值有较好的一致性,验证了该方法的合理性。     

常规次固结沉降计算方法的改进研究

软土具有高含水率、大孔隙比等特点,在荷载作用下超静孔隙水压力消散后会产生次固结变形。实际工程中很多工程问题是由土体的次固结引起,因此对其沉降进行计算和预测很有必要。针对常规次固结沉降计算方法的不足,进行了改进,使随时间的发展,次固结沉降趋于一个定值而不是无限增长。对Yin & Graham一维弹黏塑性模型进行了简要介绍,并进行了改进,结合改进模型提出一种次固结沉降起讫时间的确定方法。与常规计算公式相比,改进公式可行,且更加合理,可用于实际工程地基次固结沉降的计算。     

考虑加筋与遮帘效应的层状地基群桩沉降计算

桩群在土中的加筋与遮帘效应是客观存在的,但目前的理论与实践均未能或有效地考虑该效应.基于剪切变形法原理,在计算某一根桩沉降时,考虑了其他各相邻基桩的存在对该桩沉降的折减,即加筋与遮帘效应,得到了桩侧桩-土接触等效剪切弹簧刚度,建立了桩身位移微分方程,分别求得桩顶沉降-桩端沉降、桩顶荷载-桩端压力的递推关系,从而得到了各桩在自身荷载作用下引起自身沉降的柔度系数; 同理,也求得了各邻桩在其桩顶荷载下引起它桩沉降的柔度系数,最终建立了群桩沉降计算的柔度矩阵方程.推导过程中,考虑了地基土的成层性及桩端沉降的相互影响,并提出了基于一定深度内的Mindlin位移解且考虑桩径影响的桩端压力-桩端位移关系新模式.算例结果表明,本文方法与实测值较为接近,且按本文方法求得的群桩中基桩相互作用系数明显小于弹性理论计算结果,且与实测值吻合较好.     

考虑不同基础埋深的沉降计算统一公式

通过对不同作用深度、不同长宽比矩形面积均布荷载角点下应力系数Mindlin解与Boussinesq解的分析比较,建立了二者之间的统计关系,利用“归一化函数”,引入“沉降计算深度修正系数”,并通过对北京地区数十个工程沉降实测值进行反分析得到“沉降计算经验系数”,提出了对不同埋深的天然地基与桩基都适用的“统一沉降计算公式”。