板式基础托换法开发地下空间施工过程的数值分析

板式基础托换法是应用在既有建筑物地下空间开发中的一种方法。它先施工拟建地下室的部分顶板,依靠板下土体支撑既有建筑物的荷载,同时开挖其余部分的土方。土方开挖后,再施工该区域的柱或墙等竖向构件以及底板;然后,依靠这部分底板支撑上部荷载,完成剩余的土方开挖和顶板、底板的施工。利用ANSYS建立三维有限元模型,分5个工况对托换施工过程进行分析,得到各部位柱脚的沉降规律：在土方开挖之前,中间部位柱脚的沉降大于周边部位的柱脚;土方开挖后,由于“卸载”作用中间部位柱脚出现明显的回弹,使得中间部位柱脚的沉降小于周边部位的柱脚。不均匀沉降值的大小和地基土的弹性模量以及上部结构是否加载有关。不均匀沉降产生的上部结构的附加弯矩可以通过建立二维有限元模型求出。     

桩基础托换开发地下空间不均匀沉降的数值分析

桩基础托换法开发既有建筑物地下空间的施工过程可分为桩基托换前、托换后和土方开挖至设计标高3个工况。施工过程会使既有建筑物地基产生二次沉降变形,由此产生的附加内力会影响到上部结构的安全。为了研究一个3层框架结构建筑物增加一层地下室桩基础托换过程的地基沉降规律,建立了3个工况的ANSYS三维有限元模型,并进行数值分析。通过定义路径的方法,可以得到3个工况的沉降曲线和柱脚处地基的沉降差。从沉降分析的结果可以看出：桩基托换前,地基总的沉降趋势是中间部位柱脚大于周边部位柱脚的“盆式沉降”;桩基础托换后,柱脚处的沉降差进一步增大;土方开挖后,由于下层土被“卸载”,中间部位柱脚处的地基明显回弹,使得中间部位柱脚与周边部位柱脚的沉降差出现了减少的趋势。最大的沉降差出现在桩基托换后土方开挖前,此时由沉降差引起的上部结构的附加弯距可以通过ANSYS有限元分析求出。     

风机梁板式桩筏基础承载特性大型模型试验研究

梁板式桩筏基础与传统桩筏基础一样具有较高的承载力和变形控制能力,且较传统桩筏基础能够节约成本,具有重要经济效应,因而成为了新兴的基础形式被应用于风电基础中。然而目前该基础仍采用传统桩筏基础的设计方法进行计算,造成了巨大的浪费。为了弥补目前梁板式风机基础设计方法的缺陷,采用大型室内模型试验对梁板式风机基础的受力变形特性进行研究,分析了竖向荷载作用下梁板式风机基础内梁、桩、土体等的受力机制及特性。研究表明,在工作荷载范围内,梁板式桩筏基础体系处于弹性状态,且梁板式桩筏基础具有一定的柔性,中央与边缘存在一定的差异沉降。桩-桩相互作用及桩-土相互作用对具有一定柔性的梁板式桩筏基础受力变形特性具有重大的影响,应该修正现行设计时不考虑这几个因素的缺点。     

加筋路基处治不均匀沉降模型试验研究

通过室内小比例模型试验,模拟高速公路过渡段施工中经常采用的土工格栅加筋路基,研究土工格栅加筋结构能否有效控制高速公路过渡段的不均匀沉降。试验共设计了不铺设土工格栅、铺设1层土工格栅在路基上、中、下位置、铺设2层土工格栅在路基上中、中下、上下位置铺设,以及铺设3层土工格栅上中下位置,共8种工况,分析各种土工格栅加筋方案中路基的不均匀沉降和土工格栅的受力特性。试验结果表明,土工格栅加筋路基可明显调节过渡段的不均匀沉降,在路基的中部和上部铺设2层土工格栅的加筋效果最佳。     

基础板厚度对减小不均匀沉降的算例分析

对弹性地基上不同刚度的基础板,利用弹性地基上梁的计算方法进行了不同集中荷载工况下的变形计算。根据计算结果,分析了基础刚度对于弹性地基上基础的最大沉降的影响以及刚度对于基础整体变形的影响。     

应用硅化—水泥灌浆法快速控制相邻建筑物基础不均匀沉降

因新建住宅楼使相邻建筑物基础产生不均匀沉降,造成墙体、地面多处裂缝,裂缝的发展很快,采用硅化－水泥灌浆法快速地阻止了不均匀沉降,保证相邻建筑物安全使用。     

注浆沉降法建筑物纠偏加固机理与关键技术研究

结合用注浆沉降法并辅以高压旋喷注浆对某小区典型不均匀沉降建筑物进行纠偏和地基加固的工程实例,着重分析了注浆沉降法纠偏加固的技术原理,并讨论该工法的控制要点;对注浆浆液配合比、注浆孔平面位置、加固深度、注浆量、注浆压力、高压旋喷注浆等设计参数的影响进行了研究探讨,提出加强纠偏加固施工动态控制的重要性。研究和工程实践表明,用注浆沉浆法并选用合适的注浆参数进行建筑物纠偏和地基加固,能使建筑物不均匀沉降得到调整的同时,复合地基承载力得到提高,具有较好的建筑物纠偏和地基加固效果。     

板式中型桩复合基础真型试验成果分析与研究

为验证板式中型桩复合基础设计方法的准确性,通过现场6个真型基础试验,进一步研究板式中型桩复合基础的破坏机理,研究受荷过程中上部板式基础与下部桩基础的荷载分担情况以及两部分基础的共同作用情况,进一步优化和完善设计理论,形成了相应的计算方法。     

置换减载与加筋复合处理方法对路基不均匀沉降控制效果研究

为了解决高速公路常见的不均匀沉降问题,提出了一种置换减载与加筋相结合的复合路堤处理技术。该技术利用具有一定刚度的PVC管置换路堤填土,减轻路堤自重荷载的同时发挥圆管的加筋作用,使得地基中附加应力减小,从而达到控制路基不均匀沉降的目的。为了验证该技术对地基不均匀沉降的控制效果,开展了置换减载与加筋复合处理路堤与未经处理普通路堤的大型模型试验,通过观测其在多级荷载作用下不均匀沉降的发展规律及沉降随时间的变化规律,并结合沉降理论进行分析验证,揭示了置换减载与加筋复合处理方法控制不均匀沉降的机制。该成果为加筋路堤或轻质置换路堤的设计及计算提供了理论依据。     

高速铁路沉降控制复合桩基的性状试验研究

基于沉降控制设计理念,无砟轨道京沪高速铁路地基处理采用筏板+垫层+疏桩的方法,形成复合桩基以实现有效减少工后沉降和充分利用地基承载力的优化加固方案。为探索该新方法沉降控制机制,选用CFG桩开展了复合桩基现场试验研究,对复合桩基在高速铁路路基填筑、静置、预压卸载过程中的地基沉降变形、桩和桩间土土压力、筏板顶与底部压力进行了长期观测,分析了路基沉降变形、桩-土应力比和荷载分担比以及筏板的受力随填筑高度和固结时间的变化规律。研究表明：筏板＋垫层＋疏桩联合加固地基方案在初期充分发挥了桩间土承载作用,导致桩与桩间土产生差异沉降;随着垫层的调节作用,筏板可集中发挥桩体的承载能力及显著提高桩顶应力集中程度,地基土沉降主要发生在加固区范围内,从而揭示了复合桩基在路基荷载下的承载机制和变形特性。现场试验结果可为指导高速铁路CFG桩复合桩基设计参数的进一步优化提供试验依据。     

复合地基沉降计算的半解析元法

将复合地基视为横观各向同性体,利用半解析数值计算原理,又将复合地基位移竖向离散为多项式,在水平两个方向上选取解析函数模拟无限域地基进行计算,从而克服了有限元计算中人为设定计算边界的弊端,提高了计算精度,并将三维沉降问题转化为一维问题进行计算,收敛速度快,显著地减少了计算工作量,将计算结果与理论解进行对比,满足精度要求。通过改变复合地基置换率、加固深度和桩土模量比,采用半解析元法研究了复合地基的加固效果,计算结果表明,桩土模量比较大时,可忽略加固区压缩变形量;增大置换率对减小沉降作用很小,而增加加固深度能明显减小复合地基沉降,在以控制沉降量为主要目的复合地基优化设计中应首先考虑增加加固深度。     

地基非线性沉降计算原状土切线模量法的推广和应用

根据原状地基的载荷试验曲线,对于试验曲线为任意形式的情况下,提出了直接应用实测压板试验的P-S曲线,依据应力水平确定原状土切线模量的一般方法,建立了应力水平与原状土切线模量的关系。用该切线模量对地基沉降进行分层总和法计算,反映了原状地基土的特点和土的非线性,可以用于较准确地进行地基的沉降计算,且可以计算地基的非线性沉降过程,同时可以克服原切线模量法中假设压板试验曲线为双曲线方程的限制,使原状土切线模量法能应用于更广的范围。通过实例说明了方法的可行性     

刚性基础下复合地基褥垫层细观工作机制

垫层是保证变形协调、实现复合地基荷载合理分配的关键组件。但目前对垫层细观工作机制的认识还不够深入,参数选取主要依赖经验。为了进一步揭示垫层协调工作机制,利用自制试验装置进行了3种不同填料高度下的砂垫层可视化平面应变试验。结合2D DEM数值正交试验,揭示了不同尺寸参数组合下垫层的3种变形形态及其细观力链分布特征,指出变形形态与垫层相对厚度（厚度与桩间净距的比值）有关,并提出了按相对厚度控制垫层参数选取的建议。同时,通过垫层细观工作机制分析,提出垫层协调性能的评价指标,利用正交试验分析得到了垫层厚度与桩间净距是影响垫层变形协调能力的显著因素,给出了指标的取值上限值以指导垫层参数设计。     

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。     

半刚性复合地基沉降实用计算方法的探讨

本文对半刚性复合地基的沉降实用计算方法进行了分析,将临界桩长问题引入复合地基沉降计算方法,提出了复合地基沉降计算的若干建议,构成了更合理、更符合实际的计算方法.最后通过实例计算验证,文中建议方法的计算结果与实测值甚为吻合.     

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。     

地基沉降预测模型的正则化算法

通过分析地基沉降预测模型,指出最小二乘的病态性会导致模型参数求解失败。应用正则化理论,基于矩阵求逆理论,提出了一种沉降预测模型参数的正则化无偏估计算法,说明了新算法的无偏性和方差最小性。在一定条件下,证明了新算法中正则参数的存在性,并给出了正则参数的计算公式。结合文献和工程实例进行的分析表明,新算法降低了矩阵条件数,减轻矩阵病态程度,能有效求得地基沉降预测模型参数。