传递矩阵法分析层状地基中桩的扭转变形

研究了扭矩作用下单桩的扭转变形.采用积分变换和传递矩阵方法,求解了成层土在内部环形荷载作用下的基本解;利用此基本解并考虑桩土位移协调条件,提出了层状地基中单桩扭转变形分析的解析方法;并按此理论方法对匀质地基模型进行了数值计算,其结果与已有经典解答相当吻合.     

层状地基中群桩水平振动

在考虑地基土分层的基础上,采用动力Winkler地基模型模拟桩土相互作用并运用传递矩阵,求解层状地基中的单桩和群桩的阻抗函数.在计算动力相互作用因子时考虑了被动桩与土的相互作用.最后将相互作用因子和群桩阻抗的本文解与精确解进行对比,验证了本文方法的有效性.     

层状横观各向同性地基平面应变问题的扩展精细积分解

利用扩展精细积分法求解横观各向同性地基的平面应变问题。扩展精细积分法具有高精度和较高计算效率的特点,是求解微分方程的有效方法,相比于解析法可以节省大量理论推导工作量。从直角坐标下弹性力学控制方程出发,推导出Fourier变换域内地基的常微分矩阵方程;之后对地基微层元进行消元合并,进一步得到荷载作用在地基内部时层状地基的扩展精细积解。与已有文献的对比验证了方法的精确性,并分析了横观各向同性参数、层状性质和荷载作用点对计算结果的影响。结果表明：土体竖向位移随着横观各向同性参数n的增大而减小,而随着横观各向同性参数m的增大而增大;荷载作用点 的变化只对作用点以上的土体有影响,而上层土体的模量对竖向位移计算结果的影响更为显著,土体成层性对沉降的影响要比对竖向应力的影响更为显著。     

层状地基中轴向受荷单桩的边界元法分析

以层状地基内部作用一竖向集中力时的广义Mindlin解作为边界单元法的基本解,对层状地基中的轴向受荷单桩进行了分析,对基本解的奇异性处理方法进行了改进。考虑了桩的可压缩性和长径比对桩-土荷载传递规律和沉降特性的影响,编制了计算程序,并进行了数值分析和计算。结果表明,该方法具有较快的计算速度和良好的计算精度。     

考虑流体可压缩性的多层地基三维Biot固结求解

基于考虑流体可压缩性的三维Biot固结方程出发,通过引入位移函数、中间变量以及Laplace-Fourier变换,得到了6×6阶和2×2阶两组三维Biot固结问题的传递矩阵。运用传递矩阵法,并结合边界条件和连续条件,得到了考虑流体可压缩性的多层地基三维Biot固结问题在变换域内的解答。通过相应的逆变换,可得到该问题的真实解,并分析了流体可压缩性对地基固结的影响。     

考虑加筋与遮帘效应的层状地基群桩沉降计算

桩群在土中的加筋与遮帘效应是客观存在的,但目前的理论与实践均未能或有效地考虑该效应.基于剪切变形法原理,在计算某一根桩沉降时,考虑了其他各相邻基桩的存在对该桩沉降的折减,即加筋与遮帘效应,得到了桩侧桩-土接触等效剪切弹簧刚度,建立了桩身位移微分方程,分别求得桩顶沉降-桩端沉降、桩顶荷载-桩端压力的递推关系,从而得到了各桩在自身荷载作用下引起自身沉降的柔度系数; 同理,也求得了各邻桩在其桩顶荷载下引起它桩沉降的柔度系数,最终建立了群桩沉降计算的柔度矩阵方程.推导过程中,考虑了地基土的成层性及桩端沉降的相互影响,并提出了基于一定深度内的Mindlin位移解且考虑桩径影响的桩端压力-桩端位移关系新模式.算例结果表明,本文方法与实测值较为接近,且按本文方法求得的群桩中基桩相互作用系数明显小于弹性理论计算结果,且与实测值吻合较好.     

多向荷载作用下层状地基刚性桩筏基础分析

提出一种多向荷载作用下层状地基中刚性桩筏基础的计算方法。基于剪切位移法,采用传递矩阵形式分析了竖向荷载下桩顶面-桩顶面相互作用;引入修正桩侧地基模量,采用有限差分法分析了水平荷载下桩顶面-桩顶面相互作用;基于层状弹性半空间理论,分析了多向荷载下桩顶面-土表面、土表面-桩顶面、土表面-土表面的相互作用关系。建立了桩土体系柔度矩阵,得到了多向荷载下层状地基中刚性桩筏基础的受力和变形的关系以及桩的内力和变形沿桩身分布规律。通过与有限元对比,验证了该方法的合理性和修正地基模量的优越性,并对多向荷载作用下的桩筏基础进行了计算分析,计算结果表明,水平力将会引起桩筏基础的倾斜。     

基于虚土桩模型的层状地基群桩沉降研究

群桩中各基桩之间的加筋与遮帘效应和桩端土体变形是群桩沉降计算中的关键部分,极大地影响计算结果的准确性,然而,目前相关的研究仍显不足。采用剪切位移法原理分析了各基桩之间的加筋与遮帘效应,通过荷载传递法原理推导出层状地基土中各基桩桩底、顶之间的沉降与轴力关系式;基于虚土桩模型,探讨了虚土桩长度的影响因素并给出了定量计算公式,得到了层状地基土中各虚土桩顶、底之间的沉降与轴力关系式;利用基桩与虚土桩的边界条件和平衡关系确定柔度系数矩阵,进而根据不同的承台形式求得群桩沉降。工程案例计算表明,理论计算与实测值吻合较好,该方法具有较高的准确性。其研究结果对群桩沉降计算理论的发展具有一定的补充和推动作用。     

大面积填土场地中摩擦型桩负摩阻力分布特性研究

中国大面积场地形成工程日益增多,在缓解土地供求矛盾的同时也带来了诸多工程问题,如场地大面积沉降会造成桩基负摩阻力增加,影响桩基安全性,但针对大面积填土场地中桩基负摩阻力研究成果较少。结合某现场试验,建立了单桩有限元分析模型,与实测数据对比验证模型的合理性。基于验证后的数值分析模型,研究了大面积填土场地工程中填土天然重度及厚度、桩顶和地表荷载及场地形成时间对摩擦型桩下拉荷载和中性点的影响。结果表明,填土厚度和桩顶荷载的变化显著影响中性点的位置;填土的天然重度和厚度越大,下拉荷载越大;场地固结时间越长,下拉荷载越小;减小桩顶荷载和增加地表堆载会增大下拉荷载。敏感度分析表明,相比荷载因素,场地形成因素对下拉荷载及桩顶沉降影响更为显著。最后,结合国内外规范讨论了考虑大面积填土场地中摩擦型桩负摩阻力计算方法的适用性。研究结果对大面积填土场地摩擦型桩设计具有参考价值。     

PCC桩负摩阻力作用机理初探

负摩阻力问题广泛存在于桩基工程中。PCC桩（现浇混凝土薄壁管桩）技术是河海大学自主研发的新型地基加固处理技术,而目前对PCC桩负摩阻力研究成果较少。结合以往研究实心桩的成果和PCC桩自身的特点,基于太沙基固结理论,探讨了PCC桩负摩阻力作用机理。研究表明,在PCC桩内部不产生负摩阻力,可以用原有方法计算外部负摩阻力,推导出其将在今后试验进一步验证。     

桩基负摩阻力沿桩长变化的试验研究

结合中国移动甘肃定西分公司新城区移动通信综合楼项目,在大厚度自重湿陷性黄土场地上进行长时间的桩基浸水载荷试验（试桩直径为800 mm,桩长26 m,试坑深度为2 m）,对不同深度下、不同范围内的桩侧负摩阻力的变化特征以及土体的沉降过程进行分析。试验结果表明,特殊浸水条件下桩侧负摩阻力沿桩身出现多个峰值,并且正、负摩阻力出现交错分布的现象,无法给出建筑桩基技术规范[1]规定的平均负摩阻力值;桩周土体沉降量亦沿桩身出现多个峰值,并且其变化趋势直接影响桩侧正、负摩阻力沿桩身交替变化的走势;中性点位置并未得出建筑桩基技术规范[1]所提供的单一参考值而是沿桩身出现了多个中性点;黄土的实际湿陷情况是分段发生湿陷的,而不是如传统观点所述在单一中性点以上突然出现整段湿陷。     

加载次序引起的负摩阻力桩摩阻力分布的变化

简要分析了加载次序对于负摩阻力桩基桩土相互作用影响的机理。采用有限元方法计算比较了这种差异。计算结果表明,加载次序的变化会引起桩身摩阻力分布、中性点位置和下拉力的变化。桩身摩阻力的分布差异主要是桩身上部负摩阻力的大小,负摩阻力先出现时的负摩阻力值较小,这种状况在各级桩顶荷载下不会改变。负摩阻力先出现时,中性点的位置比较低,两者的差距随着桩顶荷载的增大而变得加大。负摩阻力先出现时下拽力小于桩顶荷载先施加的情况。这对于负摩阻力桩基检测的研究和应用是有益的。     

负摩擦作用下PCC桩沉降计算

从桩-土相互作用的机制出发,建立了均质地基中PCC桩负摩阻力传递的弹性微分方程。提出了基于有限差分法的一种桩身位移的迭代算法,计算结果表明,该计算方法收敛性好,且符合实际情况。根据中性点定义得出其位置在桩身中下部,与以往的研究结果相吻合。结果还表明,PCC桩比等截面的实心桩有较小的沉降。     

堆载条件下单桩负摩阻力模型试验研究

通过对粉土中混凝土单桩竖向静载荷的模型试验,分析了在桩周土堆载条件下,端承桩、摩擦端承桩在桩周土含水率变化时,桩侧摩阻力、桩端阻力的变化规律及不同土层的沉降、“中性点”位置和下拽力的变化。研究发现,摩擦端承桩“中性点”位置随桩周土含水率、堆载等级的变化而变化,在最优含水率附近,土层的下陷量较大,致桩体沉降量也大,故“中性点”的位置会有所上升;随着桩周土堆载的增大,桩周土对桩侧的下拽力也增大,桩体进一步下陷,使桩土相对位移反而减少,“中性点”有所上升。     

Influences of soil consolidation and pile load on the development of negative skin friction of a pile

Negative skin friction (NSF) along a pile caused by soil consolidation is of great concern to engineers. The development of NSF is time-dependent because soil consolidation is also time-dependent. In this paper, a numerical solution is provided for the development of negative skin friction of a pile in nonlinear consolidated soil under different loads on a pile top. A hyperbolic interface model is also developed. This model considers the development of shear strength during soil consolidation and loading–unloading scenarios at the pile–soil interface. One-dimensional nonlinear consolidation theory is invoked to estimate the soil settlement and shear strength. The distributions of NSF and the axial force along the pile are obtained using the differential quadrature method (DQM). The influences of soil consolidation and different pile loads on the negative skin friction of a pile are discussed.     

桩基负摩阻力时间效应试验研究

由于黏土固结缓慢,桩基负摩阻力存在明显的时间效应,然而目前相关研究仍显不足。设计实施了能实现桩顶加载及较大超载值的单桩及双桩负摩阻力模型试验,桩周土采用砂土和软黏土夹层,测定了模型桩身应力、桩顶位移以及土体分层沉降随固结时间的变化。试验结果显示,沉降、负摩阻力具有明显的时间效应。土表超载作用下土体沉降带动桩沉降,桩与土体的沉降均表现出早期快、后期慢的趋势。试验加载初期,黏土夹层处的负摩阻力略小于砂层,但随土体固结而增长,其基本变化规律与沉降相同。因桩端砂土层沉降稳定迅速,中性点随桩身沉降增长略呈上移趋势。此外,相同荷载作用下桩间距较小的双桩,由于下拉力较小,其沉降较小。试验条件下,3D桩间距的负摩阻力群桩效应系数在0.71～0.77之间,6D桩间距时不存在负摩阻力群桩效应。     

填土场地桩基负侧摩阻力设计计算方法试验研究

厚填土场地地基自身固结变形对桩基产生的负侧摩阻力不可忽视。依托实际工程现场监测资料,对厚填土场地的桩基负侧摩阻力的分布规律进行分析,提出了简化的负侧摩阻力沿轴向线性分布理论计算图及负侧摩阻力系数计算方法。通过与监测资料进行的对比分析,得到本工程填土场地基桩的负侧摩阻力系数为0.09～0.15,验证了所提出的计算方法的合理性,为以后类似场地地基桩基的合理设计提供参考依据和工程借鉴。     

桩顶荷载对负摩阻力性状影响的现场试验

负摩阻力是桩周土体沉降产生的桩附加沉降和下拽力的综合效应。为了研究不同的桩顶荷载对负摩阻力基桩性状的影响,在同一个试验场地上,对不同桩顶荷载作用下完全相同的3根桩的负摩阻力性状进行了现场测试。测试结果表明,桩顶荷载对于桩的负摩阻力性状有明显影响。随着桩顶荷载的增加,负摩阻力引起的桩附加沉降越大,桩周土体沉降引起的负摩阻力就越小;负摩阻力引起的下拽力也随着桩顶荷载的增加而减小;中性点位置随着桩顶荷载的增加而上升。这对桩基负摩阻力特性的研究是有益的。