刚性桩复合地基抗震性能的有限元分析

近年来刚性桩复合地基在工程中的应用日益广泛,但是,对该种复合地基在动力荷载下,尤其在是地震作用下的动力响应性状却研究很少。考虑地震作用下土-桩-上部结构之间的相互作用,采用三维有限元方法,对刚性桩单桩复合地基的地震响应进行时域内的模拟计算与分析研究,分析了这种复合地基与桩基础地震响应的差异,并对影响刚性桩复合地基抗震性能的一些因素进行了研究,得出了一些对刚性桩复合地基的抗震设计有参考价值的结论。     

刚性桩复合地基抗震性能的振动台试验研究

为研究刚性桩复合地基的抗震性能,设计并完成了刚性桩复合地基1:10比尺的振动台试验。试验采用柔性容器这一较新的技术较好地模拟了地基在地震作用下的振动变形。此外,为解决模型与原型难以较好相似的问题,模型中尝试采用了在基础底板施加竖向力、在结构上附加阻尼器等措施。通过大量激振试验,对刚性桩复合地基的地震反应性态、柔性容器的效果等问题进行了研究。结果表明,柔性容器能够较好地解决模型试验的边界问题,刚性桩复合地基具有良好的抗震性能,桩身应变在地震作用下均未达到极限值,上部结构特性对桩身变形有一定影响,振动使土体对基础的约束减弱,但对桩的约束增强。     

刚性桩复合地基地震响应的简化分析方法

面对越来越大量的工程应用,刚性桩复合地基的抗震性能成为亟待研究的课题。基于动力文克尔地基理论,提出了单桩复合地基的地震响应分析模型,推导了其地震响应的动力微分方程组,并构造了有限差分的求解方法,研究并探讨了不同影响因素变化下的地震响应性状,得到了一些有益于工程设计的规律性结论。     

刚性桩复合地基地震反应机理分析

为研究刚性桩复合地基的抗震性能,用刚性桩复合地基振动台试验验证了所采用的等效线性方法及其参数取值,在此基础上针对实际问题进行了三维有限元分析,对地基分层、土体模量、桩径、桩长、垫层厚度和垫层模量等因素对复合地基地震反应的影响进行了分析讨论,对刚性桩复合地基在地震荷载作用下的工作机理进行了较详细的分析。结果表明,等效线性方法能较好地模拟结构-复合地基相互作用的特性;上部结构惯性力和自由场变形对复合地基桩身内力影响都较大;地基明显软硬分层的存在,会使桩身内力显著增大。     

刚性桩复合地基应力场分布的试验研究

刚性桩复合地基沉降计算问题目前尚未得到较好的解决,主要原因之一:是不甚了解复合地基中应力场的分布规律。为此,在两种土质中各进行了1组9桩复合地基试验。在桩间土及桩身分别埋设压力盒和钢筋计,对刚性桩复合地基桩间土不同深度的竖向应力、桩身轴力、侧摩阻力进行了仔细地观测。所得结果揭示了桩间土竖向应力σ_z、桩侧阻的分布规律以及荷载传递的全过程。试验结果可以为复合地基沉降计算的假定提供合理依据,同时,能够为荷载传递机理的研究带来帮助。     

复合基桩与刚性桩复合地基的对比

刚性桩复合地基在天津地区广泛应用,而复合基桩在天津地区应用较少.通过两个工程实例对复合基桩与刚性桩复合地基在设计及布桩上的差异进行了探讨.     

刚性桩复合地基工作特性分析

通过分析桩－土－垫层的共同作用,讨论了刚桩复合地基的工程特性,推导出在荷载作用下,当桩端土层为文克勒地基时的桩顶荷载、土体表面荷载、桩体沉降、土体沉降、受荷后垫层厚度等的计算公式,并根据出的应力比公式对应力比的多种影响因素进行了探讨。     

碎石桩复合地基桩体减震作用研究

地震引起的土体液化和地基失效对岩土工程师而言仍是一个热点问题。地震液化及地基变形可以采用多种地基加固方法防治,碎石桩技术是常用方法之一。碎石桩复合地基抗液化效用主要是增加桩周土体的密度、桩体的排水以及桩体分担地震水平剪应力作用(桩体减震作用)。目前,以抗液化为主的碎石桩复合地基的设计以及效果评价方法仍只考虑加密作用。首先通过3个模型(1个饱和砂土地基模型、2个碎石桩复合地基模型)的振动台试验研究抗液化碎石桩的减震作用。然后以试验记录的模型动力反应以及建立的理论模型为基础,分析碎石桩复合地基的桩体减震作用。试验及理论分析结果表明,复合地基中的碎石桩可以明显地降低作用在桩间可液化土上的地震剪应力。     

水泥土搅拌桩复合地基震动性能时程分析

采用大型通用有限元程序ADINA,针对一例水泥土搅拌桩复合地基-基础-上部结构典型算例,建立了数学模型,并进行了有限元动力时程分析。计算模型中将水泥土搅拌桩和桩间土作为整体参与计算,复合土体和土体采用线性黏弹性动力本构模型,上部结构和基础采用线弹性本构模型,通过在边界设置阻尼器来模拟无限域中的动力人工边界。通过数值计算研究了复合土体模量、土体模量和加固深度对加固区和非加固区位移峰值、速度峰值和加速度峰值的影响,从而为水泥土搅拌桩复合地基抗震加固设计提供参考依据。     

薄层褥垫刚性桩复合地基的研究

根据边界条件的影响程度,将刚性桩复合地基中的褥垫分为两种类型,推导出薄垫层情况下桩-土应力比的表达式,分析了复合地基中桩、土、褥垫层的几何、力学参数及荷载水平对桩-土应力比的影响。     

岩溶塌陷区刚性桩复合地基技术应用

在覆盖型岩溶地区,地面塌陷是一种常见的地质灾害,人类工程活动特别是大量抽排地下水或深基础施工的扰动都将引发或加剧地面塌陷。在塌陷范围内不允许采用天然地基,对于重要建筑物常采用桩基础;近年来,刚性桩复合地基已开始逐渐推广使用。深圳龙岗中心医院门急诊综合大楼即是一个典型的工程实例,为避免深基坑开挖大量降排岩溶地下水而造成严重的地面塌陷,对地下室的设计做了调整,并针对复杂的岩溶地质条件及发育特征,采用特殊的刚性桩复合地基;文中重点介绍了素混凝土桩复合地基的设计思路、以及成桩过程中的岩溶塌陷的治理措施。     

用换填法及刚性桩复合地基处理桩基质量事故

通过对某一工程桩基质量事故的分析,提出了一种经济合理有效地处理方案。该方案在充分利用原有桩基的同时,用人工级配的砂石料对原设计基底土进行换填,组合成刚性桩复合地基,有效地提高了地基承载力,使建筑物的沉降控制在允许范围内。     

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。     

刚性桩复合地基水平承载力特性

利用三维非线性弹性有限元方法,研究了刚性桩复合地基在不同垂直荷载作用下的水平承载力特性,分析了不同褥垫层厚度及其地基土的性质对复合地基水平受力特性的影响,得出了水平荷载作用下桩身弯矩和挠度的分布规律。研究表 明,垂直荷载的大小改变了复合地基水平荷载作用下的破坏模式,直接影响着其水平承载力;适当的垫层厚度可降低桩所分担的水平荷载,有利于桩身的安全。     

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。     

刚性桩复合地基侧向土压力试验研究

通过室内模型试验,实测得到试验条件下,天然地基和刚性桩复合地基作用在不允许有位移的刚性挡土墙上的侧向土压力;通过与天然地基对比分析,获得了刚性桩复合地基的侧向土压力特性及分布规律。结果表明,刚性桩复合地基中桩的参与（包括桩的荷载深层传递作用、桩负摩擦区的影响和桩体对桩间土水平附加应力的“遮拦”作用等）使复合地基侧向土压力大小和分布规律明显区别于天然地基;在给定荷载水平下,刚性桩复合地基的侧向土压力值低于天然地基,侧向土压力影响范围较天然地基作用位置更深;在试验条件下,刚性挡土墙距离建筑物0.35～1.4 m范围内,当荷载水平达到地基承载力特征值时,刚性桩复合地基作用在刚性挡土墙上的总土压力和附加土压力约为天然地基的43.3%～80.1%和15.9%～59.8%。