加芯水泥土桩复合地基桩土应力比计算方法研究

桩土应力比是研究复合地基的一项重要参数,目前的研究对象主要为常规复合地基,如搅拌桩、碎石桩等,而针对加芯水泥土桩的计算方法研究鲜有报道。从土体、水泥土及复合桩体单元变形模式出发,综合考虑桩体负摩阻力、桩顶和桩端刺入持力层的情况,分析了桩周土体、水泥土桩及复合桩体的压缩变形,导出了刚性基础下加芯水泥土桩复合地基芯桩、水泥土桩与土体3者之间的应力比的计算公式。并分析了加芯水泥土桩芯桩直径、芯桩桩长及水泥土桩桩长对桩土应力比的影响,其主要影响表现在随着加芯水泥土桩芯桩直径和桩长及水泥土桩桩长的增加,桩土应力比np亦逐渐提高。工程实例表明,计算结果与实测值具有较好的一致性,说明该方法具有一定的工程实用性,可为工程实践提供指导。     

长短桩高强复合地基在高层建筑中的应用

长短桩高强复合地基能充分调动桩间土体参与工作,并在竖向方向上的刚度梯度变化与附加荷载的应力扩散变化趋势相同。以考虑不同桩体长度、桩体刚度和考虑周围多层土体分布的长短桩相互作用计算模型为依据,对某高层建筑进行长短桩高强复合地基的分析设计计算,通过与实测数据对比,表明长短桩高强复合地基应用于高层建筑可以满足承载力和沉降的要求。长短桩高强复合地基因其高承载力、经济性优越和施工灵活并工期短的特点,将会成为高层建筑桩基础的巨大挑战。     

带帽刚性桩复合地基荷载传递机理研究

为了研究带帽刚性桩复合地基荷载传递机理,基于弹性理论和合理假定,采用荷载传递函数法,建立了带帽刚性桩复合地基中桩体沉降及其轴向应力、桩帽下土体竖向位移及其竖向应力、桩帽间土体竖向位移及其竖向应力、桩身侧摩阻力、桩帽边缘土体之间的侧摩阻力与荷载水平、深度之间的控制微分方程。采用微分方程的近似解法,推导出相应地解析表达式。利用桩体荷载沉降关系作为已知条件进行求解,计算结果能够反映带帽刚性桩复合地基荷载传递的一般力学性状规律。     

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。     

沉桩过程中钙质砂颗粒破碎特性模拟研究

基于二维离散单元法,对沉桩过程中钙质砂颗粒破碎情况进行了模拟。采用簇粒来模拟易破碎的钙质砂颗粒,并用形状与变形特性相同的聚粒单元来模拟不可破碎颗粒,对这两种单元特性进行对比,分析不同桩型的沉桩过程、桩周土体的力学响应、沉桩过程中钙质砂的颗粒破碎现象。结果表明：破碎颗粒将引起桩侧土体级配的重新调整,与桩体接触好于不可破碎土体;桩处于颗粒破碎的钙质砂中,其沉桩速度较快,对地基土扰动小于未发生颗粒破碎的情况;对于不同桩型、不同土层,桩体压入过程中,桩周土体应力场分布具有相似性;靠近桩端附近,土中水平应力和竖向应力急剧增大,形成应力核;同等条件下发生颗粒破碎的钙质砂地基土中,桩端应力峰值高于不可破碎土体。     

CFS桩处理软弱地基的试验研究

介绍了一种新兴的地基处理技术--水泥粉煤灰钢渣桩（CFS）。采用现场大面积堆放钢坯的方式,模拟研究了CFS桩复合地基工作期间的承载特性,得出了堆载条件下基底的最终沉降量、桩间土体深层水平位移及竖向附加应力分布、临近的人工挖孔桩水平位移及其桩体前（后）附加应力变化等规律,探讨了堆载作用下CFS桩复合地基-临近桩体的共同作用机理。此外,研究了CFS桩施工所引起的环境效应,得出了CFS桩成桩过程中地基土侧向附加应力在水平、垂直方向上的变化规律及A,B试验区受桩体施工影响的地面隆起量。     

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。     

未打穿散体材料桩复合地基固结简化解研究

利用平均固结度普遍解,将未打穿散体材料桩复合地基转化为等效双层地基,推导出未打穿散体材料桩复合地基固结简化解,给出其平均固结度计算简化公式。根据简化解、现有解和有限单元法编制程序,绘制考虑贯入比、桩体渗透系数、土体扰动区渗透系数和土体扰动区影响因子等因素对固结的影响曲线图,分析了各因素对未打穿散体材料桩复合地基固结性状的影响,并对3种计算方法所求出的平均固结度进行了比较研究,进而探讨了简化解的适用性。研究结果表明,无论是在单面排水还是在双面排水条件下,简化解求出的平均固结度总体上是介于现有解和有限单元法二者之间,尤其在固结过程的“中后期”（即固结度≥50%时）。从实用角度来看,简化解的计算结果具有足够精度,且简便、实用;在各种影响因素中,散体材料桩长度和桩体渗透系数对固结过程的影响最大。     

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。     

夯实水泥土桩复合地基共同作用的试验研究

为研究夯实水泥土桩复合地基中桩体、垫层、地基土的共同作用及其工作性状,进行了不同桩长、不同配比单桩载荷试验,不同桩长的单桩及四桩复合地基载荷试验,不同面积置换率的9桩复合地基载荷试验。通过专门的测试元件对复合地基中的地基土反力分布、桩侧摩阻力等进行测定。根据试验结果分析了复合地基破坏模式,探讨了桩体、垫层、地基土的相互作用特性。对地基土反力分布特征、桩土荷载分担比、桩土应力比、单桩及复合地基中桩侧摩阻力分布特征等进行了研究。     

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。     

Finite Element Calculation of Creep Effects on Pile Foundation

The axisymmetric finite element technique is used in this paper to analyze the creep effects on pole foundation. Generalized Kelvin model and Bingham model are proposed to simulate the viscoelastic and viscoelastic behavior of soil respectively. Viscoelastic and viscoelastic strain incremental formulas are derived for interface elements and soil elements around piles and the axisymmetric elastic-viscoelastc-viscoplastic finite element program is compiled. Creep effects on the settlement of poles, the building load carried by raft and the distribution of stresses along piles are analyzed. In addition, the behavior of interface between pile and soil are investigated through experiment.     

桩承式路堤土拱效应有限元研究

路堤下设置的带承台桩,除了承担承台上方的填土重量外,通过土拱效应还承担桩间土上方的部分重量。将填土重量的大部分传递到地基深部,既增加了路基的稳定性,又减小了路基的沉降。上海国际赛车场建造在软土地基上,为了满足工程需要,除使用了EPS轻质填筑材料外,还在填筑高度较高的地段采用了桩承式路堤作为地基加固方式。为了深入研究土拱效应的工作机制,对上海国际赛车场路堤桩的承台与承台间土压力分布进行了原位测试,并结合实际工况进行有限元分析。结果表明：除了承台上方的土压力相对承台间土有应力集中现象外,承台边缘相对承台中部也有应力集中现象。对EPS的加入和桩体性质的各项参数对于土拱效应产生的影响进行了分析。     

被动桩中土拱效应问题的数值分析

被动桩对侧向位移的土层起到遮拦作用的机理主要是土拱效应。采用有限元软件Plaxis 8.1,详细地研究了被动桩中土拱效应的产生机理,分析了导致侧向位移的荷载大小、土体性质、群桩以及桩土接触面性质等影响因素对土拱效应性态和桩土应力分担比的影响,分析表明,桩间距是影响土拱效应的最主要因素。     

考虑桩土侧移的被动桩中土拱效应数值分析

被动桩对侧向位移的土层起到遮拦作用的机制主要是土拱效应。采用土工有限元软件Plaxis Tunnel 3D 1.2,对堆载荷载作用下邻近桩基中的土拱效应产生机制和性状进行三维数值分析,指出目前被动桩中土拱效应二维有限元分析存在的问题。考虑桩土侧移与相对位移,再利用土工有限元软件Plaxis2D 8.2详细地研究了侧向土体位移大小、桩身水平位移大小、土体性质以及桩土接触面性质等影响因素对土拱效应性态和桩土荷载分担比的影响。     

基坑开挖与支护模拟的位移迭代法

将基坑支护体系分解为彼此独立又相互作用的3个模型,即支护结构外侧主动土体、支护结构本身和支护结构内侧被动土体。按平面问题进行有限元分析时,土体采用面单元,支护桩采用梁单元,若桩上有内支撑或锚杆,则将梁单元与杆单元结合。各模型可分别求解,但共享边界条件。以开挖后桩体侧向位移为零、两侧都为静止土压力作为初始条件,然后按位移迭代求解,前后两次计算位移值基本相等时迭代结束,此时的位移和相应荷载就是基坑支护结构稳定后的变形与受力。该方法能客观反映土与结构相互作用的动态过程,实例计算结果与实测结果很吻合。     

排桩对柱面SH波散射问题研究：解析求解

采用波函数展开法结合Graf加法定理,利用桩体与土体之间的位移和应力连续边界条件,给出了全空间单排桩对柱面SH波散射解析解,并采用傅里叶逆变换,求得时域结果。该方法考虑了入射波曲率的影响,在频域内分析了柱面SH波入射时排桩散射的频谱规律,给出了时域排桩柱面SH波散射位移云图,讨论了桩数与桩间距对柱面SH波入射时排桩散射的影响。研究表明：在振源距排桩较近（d/a=10）时,低频段（η=0~1.0）排桩对柱面SH波的隔离作用显著;振源距排桩较远时,各频段排桩对柱面SH波的隔离作用均较为显著。桩间距固定时,增加桩数,排桩后方首次出现的最大位移响应相应减小,排桩散射的影响范围随之增大;对柱面SH波进行阻隔时,为提高阻隔效率的同时节约成本,不仅需要考虑桩数,还应考虑波源与桩体、桩间空隙相对位置的影响;排桩分布宽度固定时,由于入射波曲率对排桩散射的影响,减小桩间距,排桩后方首次出现的最大位移响应有可能会出现放大的情况,故应采用合理的桩间距对柱面SH波进行阻隔。     

PHC管桩荷载传递的试验研究和数值分析

通过在预应力高强混凝土管桩(PHC桩)的桩顶、桩端及桩周各主要土层的分界面埋设应变计的静荷载试验，研究了PHC管桩的荷载传递机理，分析了轴力和桩侧摩阻力的变化规律。并以工程中PHC管桩的竖向抗压静载试验为基础，运用有限单元法对软土地区的PHC管桩桩-土相互作用进行模拟，在分析中采用弹塑性模型，引入了非线性接触面单元，并且考虑了土体的材料非线性。分析结果表明，计算值和实测值有一定的差别，但是变化趋势基本一致。     

沉桩挤土效应的模型试验研究

通过在软粘土中静力压入单桩和双桩的模型试验, 研究了沉桩挤土效应, 获得了沉桩过程中土体位移随水平和深度方向变化的规律, 并对压入单桩与双桩的试验结果进行了比较分析。     

Studies on the behaviour of axially loaded tapered piles by the finite element method

Tapered piles represent a more equitable distribution of the pile material in several respects. In order to study their efficiency over piles of uniform section with the same material input, a three-dimensional finite element analysis is developed. The numerical procedure accounts for the non-linear elastic behaviour of both the soil and the pile-soil interface. In order to include the latter, which involves relative slip and debonding, zero/non-zero thickness interface elements are used. Three shapes of cross-section, viz. circular, square and triangular, have been attempted for the piles. The load-settlement behaviour under axial load predicted by the analysis is compared with laboratory test results obtained on instrumented model piles, installed as ‘replacement’ piles, and the fit obtained is found to be reasonably good. Also examined are interface shear and axial force in the pile, displacement and stress fields in the medium and the progression of failure in the latter.