刚性承台下刚性桩复合地基附加应力研究

复合地基内任一点的附加应力都是由桩间土所承担上部荷载和桩侧摩阻力及桩端阻力分别引起的附加应力叠加组成。根据荷载传递规律和现场试验,假定桩侧摩阻力沿深度半梯形分布,考虑到桩径的尺寸效应,采用Mindlin解对桩侧摩阻力和桩端阻力进行二次积分计算,求得桩上部荷载引起地基内任一点附加应力,桩间土上部荷载引起的附加应力采用Boussinesq解直接求得,最终叠加求得总附加应力。经工程实例验证,方法合理可行。     

基坑开挖引起既有桩基侧摩阻力中性点位置分析

基坑开挖引起的坑底土卸荷回弹会使既有桩基产生受拉的不利影响,而桩身拉力在中性点位置达到最大值。利用简化的附加侧摩阻力分布模型,对中性点的变化规律进行了理论分析,再结合相关的研究数据,通过汇总分析,得出了中性点深度随桩长、开挖深度、桩侧土体性质等因素的变化规律。分析显示,中性点深度与桩长的比值、开挖深度与桩长的比值近似满足线性正比关系,桩侧土体重度、内摩擦角的增加会引起中性点位置的下移,未设置围护结构、桩端扩底等条件也会引起中性点位置的下移。在此基础上,提出了预测中性点位置的计算模型,预测结果与数值分析结果较为吻合。     

基于Mindlin解的基坑分层卸荷附加应力计算及回弹变形的多因素影响分析

基于Mindlin应力解提出分层开挖条件下深大基坑底部土体卸荷附加应力计算方法,并在分层总和法计算回弹变形时考虑了基坑开挖过程中土体回弹模量与附加应力的非线性关系。计算结果表明:受分层卸荷作用深度的影响,大部分深度范围内分层开挖下土体卸荷附加应力小于一次性开挖,且在坑底以下3倍基坑深度范围内两者差值较为明显;基坑面积相同时,长条形基坑坑底卸荷附加应力小于正方形基坑;该方法结合当层法后可用于分析坑底加固对土体卸荷附加应力及回弹变形的影响,即随着加固体回弹模量或厚度增大,卸荷附加应力与回弹变形均减小,且回弹变形减小的幅度也相应递减。通过对杭州火车东站西广场项目的分析,验证了该方法的合理性,并基于参数分析提出了加固体回弹模量与厚度的等效设计方法,对实际工程具有指导意义。     

降雨影响下基坑开挖施工对邻近基桩变形响应分析

目前关于基坑开挖对邻近基桩变形响应的简化理论解研究,还较少考虑基坑开挖中支护作用的影响,尤其是没有考虑降雨环境带来的土工影响。基于一种适用于不同降雨工况的分层假定Green-Ampt模型来模拟降雨入渗过程,采用两阶段分析方法,研究了降雨影响下基坑开挖与邻近基桩相互作用的问题。首先,考虑基坑开挖土体卸荷、围护结构及支撑结构的影响,采用Mindlin基本解,分析降雨影响下基坑开挖施工导致邻近基桩位置的土体附加应力;然后,基于Pasternak双参数地基模型,探讨基桩与土体之间的相互作用,求得降雨影响下单桩和群桩随降雨历时变化的水平变形响应。通过工程监测数据与理论计算结果进行对比,获得了较好的一致性。此外,也针对降雨敏感参数（降雨强度、饱和渗透系数、初始含水率、基质吸力）与基桩敏感参数（边界条件、支撑刚度、桩径、开挖深度、桩与基坑间距）进行了影响因素分析。分析结果表明,所提出的理论方法可较好地反映降雨影响下基坑开挖施工对邻近基桩的变形响应;降雨对邻近基桩变形影响显著,降雨参数敏感程度依次为：降雨强度>初始含水率>饱和渗透系数>基质吸力;随着降雨历时的增长,湿润层发展深度不断...     

群桩沉降及周围土体沉降的计算

把群桩等代为一个大单桩,将群桩与周围土体的相互作用简化为侧表面上的面荷载和分布在底面的面荷载.基于Mincujn 应力解,通过积分求得该等代大单桩桩侧摩阻力与桩端阻力对桩周土体中任一点的附加应力,根据分层总和法可得到群桩自身沉降以及周围土体任一点的竖向沉降.为验证本文方法,对上海2个工程实例进行计算分析并与实测数据进行对比.结果表明本方法可以很好地计算群桩自身沉降以及桩周土体沉降.     

深基坑开挖对坑内基桩受力特性的影响分析

基坑开挖对基桩产生一定的侧摩阻力,如果处理不当,将危及地下结构与基桩的安全使用,同时也给基桩承载力与刚度的确定带来困难。根据应力路径与应力水平对土体刚度的影响,建立了受深基坑开挖影响的桩土界面荷载传递模型,通过应力路径试验确定了界面摩擦特性参数。对不同开挖深度的影响分析,得出了基坑开挖对桩周侧摩阻力的分布、基桩刚度与承载力的影响。分析结果表明,采用覆土条件下的基桩承载力与刚度值是偏于不安全的。     

软土地层矩形顶管掘进引起地表隆沉变形分析

准确预测并及时控制软土地层矩形顶管掘进过程中引起的地表隆沉,可有效降低掘进施工对紧邻结构设施的影响。结合弹性力学Mindlin解和随机介质理论,进一步考虑顶管开挖面附加推力、非均匀分布且具有软化特性的机体-土体侧摩阻力、受触变泥浆特性影响的管节与土体间的侧摩阻力,管节附加注浆压力及基于开挖面收敛模式的土体损失共同作用,推导得到矩形顶管掘进期间地表隆沉位移解析解。经与3个工程算例的实测结果进行对比分析,发现所提方法可预测矩形顶管在软土地层掘进引起的地表隆沉变形规律。分析结果表明：顶管开挖面前方地表表现为隆起;随着顶管开挖面的远离,摩阻力、注浆压力对地表的影响逐渐减小,开挖面后方地表主要受土体损失作用发生沉降;土体损失引起的地表沉降量受开挖面收敛模式影响。     

考虑基坑卸载影响的改进弹性抗力法及其应用

弹性抗力法是目前实际工程中基坑支护结构变形内力计算的一种主要方法,该方法借鉴的是计算水平荷载作用下竖直放置弹性桩的地基反力系数法,但没有考虑开挖卸载对土抗力系数和坑内土体的变形影响,因而导致变形计算值通常小于实测值。首先在开挖面施加反向自重应力模拟基坑的开挖卸荷,利用Mindlin解得到坑内土体的卸荷应力分布;在前人的实验研究基础上,推导了不同卸荷比下考虑卸荷影响的土体水平抗力系数;将支护结构的变形分解为开挖瞬时的卸载作用和基坑内外水土压力差作用2个阶段,考虑卸载应力路径对坑内土体水平抗力系数以及开挖瞬时变形的影响,对传统的弹性抗力法进行了改进,最后将该方法应用于典型三维基坑算例。研究发现,改进法得到的支护结构水平变形大于传统方法,而对内力结果影响不大;基坑平面尺寸越大,两者的变形结果差别越明显,改进法更能反映平面尺寸对基坑变形的影响     

邻近开挖对既有软土隧道的影响

采用两阶段分析方法,提出了邻近开挖对既有软土隧道纵向受力变形影响的简化计算方法。针对软土隧道开挖情况,第1阶段采用Loganathan和Poulos提出的解析解计算开挖引起的土体自由位移场;针对基坑开挖情况,第1阶段根据Mindlin理论解计算邻近荷载作用引起隧道的附加应力;第2阶段基于Winkler地基模型将既有隧道视为弹性地基无限长梁,将土体自由位移或附加应力施加于隧道,并建立求解该问题的纵向变形方程,从而得到隧道纵向位移和内力的计算表达式。结合离心模型试验结果和工程实例进行分析,验证了方法的有效性。研究成果可为合理制定邻近施工对软土隧道的保护措施提供依据。     

黏弹性地基中基坑开挖对邻近桩基变形影响的时域解

目前就软土基坑开挖卸荷对邻近桩基变形影响的研究一般是基于瞬时开挖工况,很少考虑时间效应对桩-土相互作用的影响,但实际工程中软土在开挖情况下具有较为明显的流变效应。从地基黏弹性角度出发,采用两阶段法研究了黏弹性地基中基坑开挖与邻近桩基相互作用的时域问题。第1阶段基于Boltzmann黏弹性模型推导出Mindlin时域解,用于分析黏弹性地基中基坑开挖引起的邻近桩基处的土体附加应力;第2阶段采用Pasternak地基模型分析桩基与黏弹性土体之间的相互作用,并求得考虑流变效应的桩基水平变形的简化时域解。最后,采用大型有限差分软件对相关工况进行数值模拟,并将数值模拟结果与简化时域解进行对比分析,得到了较好的一致性。此外,也针对Boltzmann黏弹性模型参数(体积模量、剪切模量、黏性系数)、桩径、基坑开挖深度、桩与基坑间距和基坑开挖尺寸进行了影响因素分析。分析结果表明,所得出的简化时域解能较好地反映基坑开挖对邻近桩基水平变形的影响,以及桩基变形随时间的发展趋势,可为相关实际工程提供一定理论依据。     

基坑底分层回弹量的实用计算方法

基坑开挖后的卸载会引起基坑的回弹,基坑开挖越深,则回弹量越大,较大回弹量会造成各种工程问题。现有回弹量计算方法需要进行专门的回弹试验或特定应力路径试验以确定回弹计算所需的模量。为了避免进行专门试验,特研究了应用常规试验所得模量与常用Mindlin解和Boussinesq解相结合,得到一种计算回弹量的简便可行方法。通过对Mindlin解和Boussinesq解计算所得应力,与e- 模型和Duncan-Chang模型的变形计算方法进行组合,得到4种计算方法,然后应用分层总和法计算求解基坑的回弹量,通过与实测值对比,比较4种组合计算方法的精度,得出更适合于工程实际应用的、准确性更高的基坑回弹量计算方法。经3个工程实例检验,推荐采用Mindlin解和e- 模型分别计算应力和模量,再应用分层总和法累加变形量,可得到与工程实测值非常相近的坑底总回弹量和坑底分层回弹量。     

粉喷桩复合地基附加应力的Boussinesq-Mindlin联合解法

粉喷桩复合地基常用的沉降计算方法精度较低,主要原因是附加应力计算方法不合理。针对粉喷桩桩身荷载传递规律及其受力特点,提出采用Boussinesq解和Mindlin解联合求解的方法计算附加应力场,推导了相应的计算公式,并进行了多种计算方法对比分析了加固区和下卧层附加应力分布特点。计算结果表明,提出的联合求解法计算精度高,合理可行。     

基于Mindlin解的土压力位移计算模型

以不同土压力状态与静止土压力状态时的压力差值计算分布力,基于Mindlin应变解建立了任意土压力变化下的土体侧向位移计算模型,计算得到土体达到主动极限状态下土体位移和达到被动极限状态下的土体位移。通过编制的程序研究了不同计算参数对土体达到主（被）动极限状态下土体位移的影响规律,包括土的内摩擦角、黏聚力、计算深度、计算宽度等,研究了土体主动极限位移和达到被动极限位移相关性规律。通过模型试验的实测资料验证了土压力位移计算模型的有效性和合理性。利用计算模型可以得到不同位移限值要求下的侧向土压力,从而为不同工程中土压力的合理取值提供了理论依据。     

基坑开挖引起的旁侧盾构隧道横向受力变化研究

为研究运营盾构隧道附近基坑开挖对隧道管片受力的影响,针对基坑开挖引起旁侧盾构隧道围压变化的机制进行了分析,提出了一种能描述隧道受力-位移-再平衡过程的附加围压重分布模型,并推导出附加围压的计算公式。采用修正惯用法计算相应围压作用下的衬砌内力。根据实际工程做算例分析,研究基坑开挖对盾构隧道围压和内力的影响,并进行影响因素分析。分析结果表明：基坑开挖前隧道围压呈“钟形”分布;当基坑开挖后,隧道两侧的围压减小,基坑开挖侧的围压减小量更多;基坑开挖会使旁侧隧道正负弯矩值和正负剪力值增大,拱顶和拱底的轴力减小;随着基坑侧壁应力释放系数的增大,附加围压和附加弯矩的绝对值都会增加,而弯矩对基坑开挖卸载的响应更为明显;埋深较浅的盾构隧道对旁侧基坑开挖的影响更敏感,埋深较大的隧道,尤其是埋深大于基坑开挖深度的隧道,对旁侧基坑开挖影响的敏感度会明显降低;随着基坑与旁侧隧道净距的增加,基坑开挖对隧道的影响也会减小。     

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”。     

深置矩形基础与地基共同作用解析分析

基于集中力作用下的Mindlin解位移公式,推导得到均布荷载作用下的地基柔度系数,对地基上的四周自由板与地基共同作用进行简化计算,得出了考虑埋深时地基基础共同作用的解析公式。在基础板为刚性和弹性、荷载为集中荷载及均布荷载的情况下,对考虑埋深时的Mindlin解与不考虑埋深时的Boussinesq解的计算结果进行比较,表明,埋深比对于基础沉降、地基反力的分布、基础板的弯矩等都有一定的影响。给出了考虑埋深时的沉降修正系数公式,以供工程应用参考。     

刚性桩复合地基的主动土压力分析

桩足够长、桩间距不大于6倍桩径的刚性桩复合地基中,在桩间土内部的剪切力和桩土间摩擦力共同作用下,桩顶段桩间土压力仅在一定深度范围内有所增加,且随深度迅速衰减,而桩顶段桩身轴力随深度增加。基于刚性桩复合地基的这一特点,紧邻刚性桩复合地基开挖基坑且基坑底高于刚性桩桩底时,得出刚性桩复合地基上的附加荷载作用在支护结构上的主动土压力可以简化为倒三角形,最大主动土压力作用在刚性桩桩顶平面与支护结构相交处,随深度增加,主动土压力迅速衰减至0。实践表明该计算方法比较符合工程实际。     

相邻水平平行顶管推进引起的附加荷载分析

利用弹性力学的Mindlin解,推导得到顶管正面附加推力、掘进机和后续管道与土体之间的摩擦力在相邻水平平行管道上引起的附加荷载计算公式。探讨了管道净间距、直径、埋深以及土体泊松比对附加荷载分布的影响。分析结果表明,采取注浆措施时后续管道摩擦力在相邻管道上产生较小的压力,其峰值出现在开挖面后方。在正常施工时,正面附加推力引起的附加荷载非常小,使相邻管道开挖面前方产生压力、后方产生拉力,以开挖面呈反对称分布。掘进机摩擦力引起的附加荷载分布规律与正面附加推力相似,但零点位于掘进机中间部位相对应处,其引起的附加荷载较大,在三者共同作用中占主要地位,应予以重视。