动态施工条件下竖向立柱的承载力和稳定性研究EI北大核心CSCD

竖向立柱是基坑逆作法设计的关键环节之一,而动态施工下侧向约束则是决定立柱稳定承载力的主要因素。针对逆作施工中立柱的轴压稳定问题,采用有限元方法获得立柱轴压屈曲荷载,进而通过杆件欧拉公式反推获得立柱计算长度系数。采用线性特征值屈曲分析研究地基土分步开挖、侧向约束动态变化下竖向立柱的承载力和稳定性,提出了竖向立柱稳定承载力分析时计算长度系数的拟合公式。非线性屈曲分析考虑了几何大位移的影响,通过施加初始几何缺陷获得立柱屈曲后的平衡路径。结果表明,含初始缺陷的立柱实际承载力一般要比特征值屈曲荷载小,且初始缺陷幅值越大,立柱的稳定承载力越小。     

PHC管桩动测及桩身倾斜缺陷对竖向承载力的影响

本文结合工程实践介绍低应变动测法检测发现PHC管桩的缺陷波形特征,并结合静载荷试验情况分析缺陷对竖向承载力的影响。     

深基坑竖向支承系统的侧向刚度研究

在逆作法深基坑围护结构体系支撑刚度计算中,通常认为结构自重及施工荷载均由竖向支承体系承担,而忽略了其横向承载能力,造成了工程上的浪费。本文对竖向支承体系所具有的侧向刚度进行研究,提供一种基于数值分析结果的侧向刚度的计算方法,可用于快速计算工程中各类立柱结构形式的侧向刚度。文章通过工程实例对不同形式下的钢管柱和格构柱结构体系的侧向刚度进行数值计算,给出相应的侧向刚度拟合计算式。分析表明拟合算式所得侧向刚度略大于数值计算所得,误差在2.50%~9.26%之间,根据拟合算式计算排架结构的侧向刚度能够满足围护结构分析的要求。本文提出的侧向刚度计算方法可靠,能够用于类似工程,可供深基坑工程设计、施工人员参考。     

局部倾斜桩竖向承载力的有限元研究

桩基会由于隧道或基坑开挖、打桩顺序不当等原因而倾斜。实际工程中经常遇到桩局部倾斜的情况,例如上段桩发生弯曲与倾斜,下段桩则仍然保持竖直。在已经完成的整体倾斜桩现场试验及有限元分析基础上,建立了桩身局部倾斜的有限元模型,对局部倾斜桩的承载力进行有限元分析。分析结果表明：算例条件下相同竖向荷载作用时,垂直度在5 %以内的局部倾斜桩的桩顶沉降均小于竖直桩的桩顶沉降;垂直度超过5 %时局部倾斜桩的桩顶沉降大于竖直桩的桩顶沉降。相同竖向荷载作用下垂直度为7 %以内局部倾斜桩的桩顶沉降均小于相同垂直度整体倾斜桩的桩顶沉降,超过7 %后局部倾斜桩的桩顶沉降大于整体倾斜桩的桩顶沉降。对于局部倾斜桩,由上段倾斜桩传递到垂直度转折点处的轴力将对下段竖直桩产生水平向推力。当垂直度转折点深度在反弯点以下时,水平向推力将导致下段竖直桩产生更大的反向挠曲变形和弯矩,使竖向荷载作用下桩顶水平位移增加,使桩更易于因为水平弯曲变形过大而破坏。     

粉质黏土中单桩竖向承载力的离心模型试验研究

桩基础研究的核心问题是桩承载力和桩-土相互作用,包括桩周土的变形和饱和土中孔隙水压力的变化。通过离心模型试验的方法,利用竖向压桩设备把桩压入土体,研究饱和及非饱和粉质黏土中单桩的竖向承载力,以及加载过程中桩周土体的变形和孔隙水压力的变化。粉质黏土饱和后,桩基的承载特性表现出软化的特点,且桩基的承载能力比非饱和粉质黏土中的桩基小,非饱和粉质黏土的压桩试验中桩基没有出现明显的极限承载力。桩基的加载特性与桩周土的变形响应具有显著的相关性,桩的加载过程对桩周土体变形的影响有一定范围,超过这个范围,土体的变形可以忽略不计。饱和粉质黏土中桩基的加载对桩周土体孔压的变化也有一定的影响范围,与桩周土体的变形范围体现出类似的规律。距离桩较近时,桩周土的变形较大;距离桩越远,土体的变形受到桩的影响越小。     

基于遗传-神经网络的单桩竖向极限承载力预测方法研究

分析了BP神经网络的缺陷和遗传算法的特点,建立了基于遗传-BP神经网络的单桩竖向极限承载力预测模型。实例研究表明,预测模型性能良好、预测精度提高、简便易行、行之有效,该方法具有广泛的应用前景。     

几种缺陷单桩竖向承载性状的现场模型试验研究

为评价灌注桩在施工过程中因形成缩径、扩径、断桩、泥皮等缺陷导致单桩竖向极限承载力变化的程度,针对缺陷桩单桩开展了现场模型试验研究。进行正常桩和缺陷桩的竖向静载模型试验,测试单桩竖向极限承载力,对比缺陷桩和正常桩的单桩承载特性,分析了缩径、扩径、断桩、泥皮等缺陷对单桩承载性状的影响。对比正常桩和缺陷桩的荷载-沉降关系曲线,得出了基于文中缺陷桩设计方案的结论,缩径缺陷和泥皮缺陷均使单桩竖向极限承载力降低,降幅在正常桩极限承载力的15%范围内;扩径缺陷桩的荷载-沉降关系曲线无明显陡降点,桩顶沉降较正常桩递增缓慢;断桩缺陷影响荷载-沉降关系曲线中反弯点的出现位置,即反弯点出现时的桩顶位移与断桩缺陷距地表的距离有关。     

盾构机下穿桩基施工对单桩承载力影响的数值研究

在大型有限差分软件FLAC3D平台上进行二次开发,利用内嵌FISH语言编程,对盾构隧道动态施工过程中上部基桩承载力的影响进行数值仿真模拟,模型考虑盾构前方土仓压力、盾尾同步注浆、注浆凝结和未凝结两种状态以及衬砌管片施加等施工参数。从桩侧摩阻力、桩端阻力等方面对盾构开挖过程中上部桩基承载力进行分析,以及土仓压力变化对承载力影响。研究结果表明：随着隧道开挖,桩侧摩阻力、桩端阻力发生复杂变化,桩底部出现负摩擦力,桩端轴力为拉力,对基桩竖向极限承载力有一定的影响;并且开挖面距桩轴线不同位置,土仓压力对基桩竖向极限承载力影响不同。     

提速条件下粉土铁路路基动态稳定性研究

路基的动态响应及稳定直接决定了提速列车运行的舒适度和安全性。通过室内循环三轴试验,模拟了路基在湿度变化与提速列车动荷载作用下的动态特性。根据试验结果,结合既有线提速路基的动应力变化规律发现：在最优含水率附近,当压实系数为0.90,提速情况下路基可保持稳定状态;若压实系数为0.85,在动应力不超过70 kPa时,路基稳定性较好,但随着动应力水平增加和加载频率增大,路基的累积变形加剧并产生动强度破坏。列车提速使路基的弹性变形增大,但对路基的回弹模量影响较小。路基湿度增加导致临界动应力、回弹模量显著降低,而回弹应变、循环累积应变迅速增加,有可能导致路基产生动强度破坏,因此,雨季时应限速行车。     

大直径后压浆灌注桩承载力和沉降的实用计算方法研究

基于收集的139个工程中的716根试桩静载试验数据,对大直径后压浆桩承载力和沉降的实用计算方法进行研究,在统计分析的基础上给出了以土层为分类的侧摩阻力及端阻力增强系数,建立了适用于不同压浆类型的大直径后压浆桩承载力实用计算方法,并且通过大量的实测数据验证了该方法的可靠性。为了考虑后压浆对大直径桩基础沉降控制的影响,在未经压浆的大直径桩基础沉降计算方法的基础上引入了后压浆沉降影响系数,基于统计分析给出了后压浆沉降影响系数的建议取值范围,提出了一种适用于不同土层的大直径后压浆桩沉降计算经验预估方法,最后通过工程实例验证了该方法的适用性。该研究成果纳入了中华人民共和国行业标准《公路桥涵地基与基础设计规范》(JTJ3363-2019)及工程建设行业标准《公路桥梁灌注桩后压浆技术规程》(T/CECS G:D67-01-2018),可为后压浆技术的广泛应用起到推动作用。     

动载下土工格栅加筋桥台挡墙承载性能分析

为研究加筋土桥台结构在顶部条基动载作用下的动力响应问题,通过MTS伺服加载系统施加循环动载,开展室内加筋桥台挡墙动载破坏试验,对比分析3种格栅长度和3类格栅型式的加筋土挡墙沉降及面板水平位移、土压力、筋材应变等参数的分布规律,揭示加筋桥台挡墙的动力承载性能。试验结果表明：在循环动载下不同格栅长度及型式的加筋桥台挡墙破坏模式存在差异,M、A、B型格栅加筋长度 1.0H（H为挡墙高）的挡墙破坏模式均为冲切剪切破坏,A、B型格栅 0.7H和 0.4H的挡墙破坏模式为局部剪切破坏。加筋桥台挡墙面板侧移随筋材长度增加依次减小,A型格栅加筋土挡墙侧移系数总体上相比B型小。桥台挡墙因加筋格栅长度及型式不同导致动土压力衰减规律差异明显,当 1.0H时M型及A型筋材竖向动土压力衰减系数沿墙高呈抛物线函数模型,当 0.7H时,A型和B型筋材竖向动土压力衰减系数沿墙高皆呈指数函数模型。     

竖向高荷载作用下大直径超长钻孔灌注桩承载性能试验

通过机场—西华高速大直径超长钻孔灌注桩大吨位竖向单桩静载试验,分析了该地区大直径超长钻孔灌注桩的承载性状以及荷载传递机理。试验结果表明:试桩的Q-S曲线呈缓变型,桩端承载力占总荷载的比例均<10%,即均表现为摩擦桩特性;试桩的侧摩阻力自上而下逐步发挥,侧摩阻力和桩端阻力异步发挥且互相耦合;大直径超长钻孔灌注桩桩侧摩阻力的发挥与土层性质、土层埋深及桩顶荷载水平有关;在高荷载作用下桩侧上部土层摩阻力具有不同程度的软化现象,而中下部土层侧摩阻力具有不同程度的强化现象,甚至即使在最大加载情况下,桩身下部土层的侧摩阻力也并未完全发挥,因此在根据规范计算超长桩承载力时,不同深度土层的侧摩阻力应乘以相应不同的修正系数。     

洛阳地区旋扩珠盘桩竖向承载力计算公式探讨

旋扩珠盘桩是在DX桩、挤扩支盘桩等基础上开发的一种新桩型,两者在外形和承载机制上存在一定的相似性。由于前者的珠盘由旋扩形成,对土体的挤压作用明显小于后者,因此,两者的承载性状存在差别。如果简单套用后者的公式计算前者的承载力,误差偏大,安全度难以保证,实践表明不可行。通过对洛阳一批工程50根旋扩珠盘桩试桩资料的分析,提出了洛阳地区旋扩珠盘桩承载力计算公式,可供工程应用时参考。     

强夯加固地基的土体竖向位移计算方法研究

根据动力分析中应力边界与速度边界之间的关系,将应力边界时程转化为速度边界时程,提出计算土体竖向位移的新方法,并进行了简化和多角度对比性研究。在钱家欢加卸载模型应力和竖向位移计算的基础上,提出将正弦荷载形式和三角形荷载形式分别引入,推导出竖向位移的两种简化计算方法。两种方法概念清楚、物理意义明确,形式简单且相同,区别仅在于系数不同。工程实例表明,两种方法计算出的竖向位移均接近于实测位移,但正弦荷载形式下的位移计算方法更能反映实际情况。     

大直径深长钻孔灌注桩竖向承载力特性试验研究

在唐山LNG罐区对9根大直径钢筋混凝土灌注桩进行了竖向荷载现场试验,其中桩端后注浆工艺试桩3根,三岔双向挤扩工艺试桩3根,挤扩支盘工艺试桩3根。基于现场静荷载和桩身应力测试结果,分析了3种不同施工工艺钻孔灌注桩竖向荷载传递规律。试验结果表明：3种不同施工工艺的大直径深长钻孔灌注桩试桩荷载-沉降曲线没有明显拐点,后注浆工艺试桩荷载传递过程表现为摩擦桩的特性,桩侧阻力几乎承担全部荷载,而三岔双向挤扩支盘工艺和挤扩支盘工艺试桩荷载传递过程表现为端承摩擦桩的特性,桩端阻力占总荷载的20%～30%;3种不同施工工艺试桩的轴力及桩-土相对位移变化规律基本相似,桩侧桩端阻力非同步发挥且相互影响,桩侧摩阻力均表现出强化现象。对整个罐区要求单桩承载力特征值不小于8 100 kN。3种施工工艺的钻孔灌注桩承载力均能满足要求。     

钉形搅拌桩单桩承载力及荷载传递特性的数值模拟研究

在现场试验的基础上,对钉形桩单桩承载力及荷载传递特性进行了三维数值模拟。模拟结果表明：在其他条件相同的情况下,钉形桩的单桩极限承载力在一定范围内随扩大头高度增加而增大,随扩大头直径增加而增大,但单位水泥用量的单桩极限承载力随H/L和D/d均先增大后减小,存在最优值。从单桩承载力角度看,钉形桩存在有效桩长。钉形桩的桩身荷载主要集中在扩大头部分,是主要承载部位。由于扩大头的作用,钉形桩的桩身轴力在变截面附近有较大的衰减,其他条件相等,在各自的极限荷载下,钉形桩下部桩体的轴力大于常规桩,桩身侧摩阻力比常规桩发挥更加充分。     

沉管挤密抗拔防浮碎石桩的抗拔承载力计算分析

基于现场试验检测结果,分析了沉管干振挤密抗拔防浮碎石桩在砂土中的抗拔破坏模式和应力传递机理,运用极限平衡原理研究了抗拔承载力,得到了极限抗拔承载力计算公式,并利用公式对工程实测结果进行了分析比较,表明两者较为一致。现场试验表明,未达破坏荷载前,抗拔碎石桩的抗拔承载力与变形有较明显的线性关系;抗拔碎石桩破坏性状明显,能明确得到抗拔碎石桩的破坏荷载。     

基于ANFIS的单桩竖向极限承载力预测模型

人工神经网络已应用在岩土工程的各个方面。针对常用的BP网络的不足之处,建立了基于自适应神经模糊推理系统（ANFIS）的单桩竖向极限承载力预测模型。利用文献中桩的载荷试验数据来训练ANFIS网络,确定了网络参数。研究结果表明,同常用的BP网络相比,ANFIS预测模型具有学习速度快,拟合能力较好,训练结果唯一等优点,该方法是一种有效地预测单桩极限承载力的方法。     

黄土斜坡桩基竖向荷载传递规律现场试验研究

结合某黄土斜坡桥梁桩基工程,对同一坡度相近位置的两根桩基开展现场试验,研究其在不同竖向荷载工况下的桩身上、下坡面两侧的轴力、桩侧摩阻力及桩侧土压力的传递规律与分布特征。试验表明：桩基荷载传递具有明显的区域性,第1区域是从桩顶至约3倍桩径深度处,此区域上坡面桩侧轴力较下坡面相应位置小,且其轴力随深度递减幅度及侧摩阻力发挥程度均较下坡面桩侧大;第2区域是从约3倍桩径至10倍桩径深度处,桩身上坡面一侧竖向受力减小幅度小于桩基下坡面一侧,但此时下坡面桩侧摩阻力发挥幅度大于桩基上坡面一侧;第3区域是从约10倍桩径直至桩端,该区桩身两侧轴力差异不大,摩阻力发挥幅度相近,荷载平衡协调且向下传递稳定。针对斜坡桥梁桩基上、下坡面两侧所受土压力的不均匀性,对设计桩基竖向承载力进行了一定程度地折减,并对计算公式作了相应修正,研究结论可供类似工程参考、借鉴。