盾构法开挖隧道对桩基础影响的有限元分析

利用有限元软件ABAQUS,采用对隧道洞室周边及开挖面的土体施加由盾构机引起的各种荷载的方法模拟天津市地铁1号线盾构施工。计算结果表明,有限元模型能够很好地模拟盾构施工过程。利用此模型研究隧道开挖对桩基础的影响。隧道开挖引起的桩顶沉降、桩身侧移主要发生在盾构机推进面逐渐接近桩的过程中,当盾构机推进面通过桩所在的位置后桩顶沉降、桩身侧移增加不明显;与隧道水平距离相同时,由于长桩能够充分发挥桩身下部的侧摩阻力,隧道开挖引起的长桩的桩顶沉降小于短桩的桩顶沉降;隧道开挖过程中12 m长桩的桩身发生了整体倾斜,16、19 m长桩的桩身出现了弯曲变形,16、19 m长桩的桩身最大弯矩发生在地面下12～13 m之间,即在隧道轴线附近;开挖过程中桩顶出现沿隧道推进方向的往复位移;桩顶作用的竖向荷载越大,由隧道开挖引起的桩顶沉降越大     

大口径钢管斜桩竖向承载特性数值模拟与现场试验研究

目前对倾斜桩现场试验的研究比较少。结合东海大桥风电场二期项目,对40#和41#风机桩位处的4根(2根直桩,2根倾斜桩)试桩用自平衡法进行了竖向承载力现场试验。在试验之前运用有限元软件ABAQUS在合理建模及选取土体参数的条件下对直桩及倾斜桩进行了前期分析,计算结果与后期试验结果接近,将计算及试桩结果进行了分析对比得到:(1)在该工程场地条件下,有限元计算及试验结果均表明斜桩(倾角12°)的竖向极限承载力小于直桩的竖向极限承载力;(2)有限元结果表明,倾斜桩在轴向荷载的作用下,背斜侧土体的沉降值及沉降范围要明显大于向斜侧;(3)试验表明,有限元分析及土体参数的取值是比较合理的,可以为类似工程前期分析提供参考;(4)试验结果表明,2根直桩的极限承载力小于设计值,2根斜桩的极限承载力大于设计值,2根斜桩的桩端阻力所占比例高于2根直桩,桩侧阻力所占比例低于2根直桩。     

成层土中倾斜荷载作用下桩承载力有限元分析

利用有限元方法对现场单桩水平载荷试验进行模拟,在此基础上,分析了成层土中桩在倾斜荷载作用下其竖向分量的有利作用和横向土抗力分布特点。计算结果表明,在地面下一定范围内,倾斜荷载作用下的桩侧摩阻力比水平荷载作用下的桩侧摩阻力大。在土层分界处土抗力分布有明显的跳跃。达到一定深度后,横向土抗力主要是静止土压力,而由荷载引起的横向土抗力很小。承台能有效减小土体及桩的水平位移。模拟的灌注桩和钢管桩桩顶在地面以上的自由长度较小,竖向分量由于桩身挠曲变形而产生的P-Δ效应较小,所以就算例中的灌注桩和钢管桩而言,荷载倾斜度不大时,荷载竖向分量提高了桩的侧阻并由此增大桩侧土竖向应力,对桩水平承载力总体上起到了有利的作用。     

非均匀地基中倾斜桩基竖向承载特性模拟试验研究

群桩基础中设计的倾斜桩基以其横向阻抗能力强等优势在港口、码头以及桥梁基础中得到了较为广泛应用。随着山区及不均匀地基土地区高速公路等基础设施的建设,在滑坡、斜坡变形体和不均匀地基上设计倾斜群桩桥梁基础的情况将会越来越多。由于倾斜桩基受力状态的复杂性,目前倾斜桩基础设计仍参考竖向桩基承载力计算理论,凭借经验进行设计。对此人们虽然做了许多探索,但仍未形成完善的设计计算理论和标准。为此,结合厦深客运专线某特大桥桩基选型研究项目,利用相似材料物理模拟试验,就倾角为0°～12°周边斜桩的群桩基础竖向承载力进行了试验研究。结果表明,竖直桩基的荷载-沉降曲线呈缓变型,倾斜桩基则呈陡降型;就倾斜群桩基础竖向承载力而言,倾斜基桩的合理倾角为8°左右;竖直桩基中角桩轴力最大,边桩轴力次之,中桩轴力最小,倾斜桩基中的中桩轴力最大,角桩轴力次之,边桩轴力最小;倾斜桩基桩身弯矩分布形式与基桩的倾角有关,当倾角达到12°时,桩身将出现反向弯曲段。基桩倾角的不同是导致倾斜桩基和竖直桩基竖向承载特性显著不同的主要原因之一。     

不同竖向荷载作用下桩基水平载荷试验研究

石油化工装置具有高、大、重及对地基承载力和沉降变形要求严格等特点,宁波镇海某石油化工项目位于沿海软土地基,工程地质条件差,风荷载大,对桩基的水平承载力要求较高。为了取得符合工程实际情况的桩基水平承载力参数,在工作区内开展了不同桩径、桩长、桩顶竖向荷载作用下的预制方桩桩基的水平静载荷试验。试验结果表明,在桩顶自由条件下,单桩水平承载力随着桩径和桩长的增加而增大,但并非是线性增长,而是呈幂函数增长关系;单桩水平承载力随着桩顶竖向荷载的增加同样呈幂函数增长关系;群桩水平承载力大于单桩水平承载力之和。     

现浇X形混凝土桩竖向承载性状模型试验研究

为研究现浇X形混凝土桩的荷载沉降特性及其荷载传递机制,利用河海大学的大型试验模型槽开展X形桩的足尺模型静载荷试验。通过在桩身设置的钢筋测力计及在桩底埋设的土压力盒,实测了在竖向荷载作用下X形桩与土相互作用时的工作性状。试验结果表明：X形桩的荷载沉降曲线为缓变型;桩侧摩阻力与桩端阻力随桩顶沉降的增加均呈递增性;但随着桩顶荷载的增加,桩侧摩阻力分担桩顶荷载比例却呈递减性,其分担桩顶荷载比例由初期的约90%下降到极限状态时的70%左右,而桩端阻力分担桩顶荷载的比例呈递增性,其分担桩顶荷载比例由初期的约10%上升到极限状态时30%左右。研究成果可为今后竖向受荷X形桩的设计与研究提供重要参考。     

陆上风轮机梁板基础受力特性简化分析

提出一种多向荷载同时作用下的刚性桩筏基础简化计算方法,基于Mindlin解,分析桩顶面-桩顶面、桩顶面-土表面、土表面-土表面的相互作用关系。推导多向荷载下桩土体系柔度矩阵,得到刚性桩筏基础的受力和变形的关系,通过与有限元对比证明了文中方法的正确性,在此基础上对耦合荷载作用下的风机基础的受力和变形特性进行分析。研究表明,耦合荷载作用下风机基础将会产生竖向不均匀沉降,并会引起桩顶轴力的的巨大的差异。     

高速铁路超长桥桩承载特性试验研究

超长桩广泛已应用于土木工程各个领域,但黄土地区超长桩的承载性状和变形特性尚不十分清楚,需要进一步研究。通过对郑西铁路客运专线某特大桥的4根超长桩现场测试项目的资料分析,得出了超长桩桩身轴力及侧阻力的变化规律,对超长桩的承载特性有了更为清晰的了解。试验结果表明,在桩顶竖向荷载作用下,桩身轴力随荷载的增加发生了局部调整,砂性土层的桩侧摩阻力具有增强效应,黏性土层的桩侧摩阻力具有退化效应;单桩竖向刚度随桩顶荷载的增加而减小,单桩竖向刚度降低40 %～70 %。     

素混凝土桩复合地基支承路堤变形破坏模式

为了分析素混凝土桩复合地基支承路堤沉降变形特征和失稳破坏机制,建立了3组不同桩间距的素混凝土桩复合地基支承路堤离心试验模型及其数值模型。结果表明：在路堤填土自重、轨道和车辆荷载作用下,改变桩间距对素混凝土桩复合地基支承路堤沉降变形、桩体应变、加筋垫层和桩体破坏模式具有显著的影响;当桩间距不大于4倍桩径时,加筋垫层整体基本保持完好,路堤下素混凝土桩复合地基沉降能逐渐趋于稳定,而桩间距达到6倍桩径后,桩顶刺穿加筋垫层,加筋垫层对桩土变形协调和传递荷载作用失效,素混凝土桩复合地基支承路堤沉降持续增大;当桩间距达到4倍桩径时,素混凝土桩最大应变值发生随上部荷载的增大反而减小的突变现象,最靠近坡脚的素混凝土桩最先产生弯曲破坏而不是剪切破坏,当桩间距增大至6倍桩径时,桩体弯曲破坏逐渐往路堤中心方向发展。     

桩-土-承台共同作用的简化分析方法

从桩与承台下地基土共同分担荷载的基本条件出发,提出了一种从单桩荷载沉降曲线入手的桩-土-承台共同作用简化分析方法。在给定单桩荷载水平下,假定承台下桩间土的变形量等于此时单桩沉降量,求解相应的板底应力,从而可以得到任意桩荷载水平下的承台荷载分担量,而不必将桩的受荷水平限制在极限荷载。将基础沉降分为桩间土变形量及桩端下卧土层的整体压缩量两部分进行分析。桩间土变形量等于单桩在给定荷载水平下的沉降量,而桩端下卧土层的整体压缩量则由承台与桩两部分荷载引起,可以相对准确地预测基础沉降量。工程实例分析与实测结果的比较表明该方法是可行的。     

竖向荷载作用下斜桩荷载传递性状试验研究

通过模型试验研究了竖向荷载作用下砂土中斜桩的荷载传递性状,分析了桩身倾角及长径比对斜桩桩身轴力、弯矩、剪力、桩侧摩阻力及端阻比的影响。试验结果表明：在桩顶竖向荷载作用下,斜桩桩身轴力均小于相应直桩桩身轴力,桩身倾角越大,轴力沿深度衰减得越快,桩长径比越大,轴力沿深度衰减得也越快;斜桩桩身最大弯矩随桩身倾角及长径比的增加而增加,最大弯矩出现的深度与桩身倾角无关,只与长径比相关;不论桩身倾角及长径比的大小,斜桩桩身最大剪力均出现在桩顶截面处,桩身最大剪力随着桩身倾角的增加而增大;桩身倾角越大,斜桩最大摩阻力越大,长径比越大,斜桩最大摩阻力越小,斜桩最大摩阻力出现在桩顶下1/4～1/5桩长处;斜桩端阻比随着桩顶竖向荷载的增加而增大,随着桩身倾角及长径比的增加而减小。     

斜向上拔螺旋桩基础极限荷载计算

斜向荷载作用下抗拔螺旋桩基础的研究选用螺旋桩为研究对象,引入了随动坐标系,并将桩-土相互作用形成的地基反力以载荷的形式施加于桩体和叶片,解决了大变形材料使用小变形弹性材料叠加原理问题,分析了斜向荷载抗拔螺旋桩基础的破坏模式,建立了斜向荷载作用下抗拔螺旋单桩和群桩基础的极限荷载估算公式,通过与螺旋群桩原型试验的极限荷载判定值的对比,斜向极限荷载估算值约为判定值的93.3 %。表明所使用的研究方法,提出的破坏模式和极限荷载计算方法比较符合实际情况,对斜向荷载抗拔螺旋桩基础工程的设计与分析有一定的指导意义。     

用单桩沉降估算群桩沉降的计算方法

由于群桩沉降计算时参数的选取不易把握,而单桩沉降较易得到,找到一种用单桩沉降来代替群桩沉降的方法无疑会使得问题变得简单。单桩沉降由桩身压缩和桩端沉降组成。采用桩身线弹性的假定计算单桩桩身压缩,利用分层总和法计算单桩桩端沉降。同时在群桩沉降计算时考虑桩身压缩对沉降的贡献,并用承台下的平均附加应力乘以桩端荷载传递系数后作为桩端的附加应力。根据单桩和群桩沉降计算时的异同,提出了一种用单桩的沉降估算群桩沉降的方法,使得在群桩沉降计算时,参数选取较为容易,且计算较为简单。最后介绍了该方法在桥梁工程桩基础沉降计算中的应用。     

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。     

Displacement and stress distributions under a uniform inclined rectangular load on a cross‐anisotropic geomaterial

In practical engineering, an applied rectangular area load is not often horizontally or vertically distributed but is frequently inclined at a certain angle with respect to the horizontal and vertical axes. Thus, the solutions of displacements and stresses due to such a load are essential to the design of foundations. This article yields the analytical solutions of displacements and stresses subjected to a uniform rectangular load that inclines with respect to the horizontal and vertical axes, resting on the surface of a cross‐anisotropic geomaterial. The planes of cross‐anisotropy are assumed to be parallel to the horizontal ground surface. The procedures to derive the solutions can be integrated the modified point load solutions, which are represented by several displacement and stresses elementary functions. Then, upon integrations, the displacement and stress integral functions resulting from a uniform inclined rectangular load for (1) the displacements at any depth, (2) the surface displacements, (3) the average displacements in a given layer, (4) the stresses at any depth, and (5) the average stresses in a given layer are yielded. The proposed solutions are clear and concise, and they can be employed to construct a series of calculation charts. In addition, the present solutions clarify the load inclinations, the dimensions of a loaded rectangle, and the analyzed depths, and the type and degree of geomaterial anisotropy profoundly affect the displacements and stresses in a cross‐anisotropic medium. Parametric results show that the load inclination factor should be considered when an inclined rectangular load uniformly distributed on the cross‐anisotropic material. Copyright © 2008 John Wiley & Sons, Ltd.     

加载次序对湿陷性黄土中基桩承载力检测的影响

湿陷性黄土地区基桩承载力检测中桩顶荷载是在土体沉降后施加的,桩基使用条件下是桩顶荷载施加之后再出现土体沉降。简要分析了这两种加载次序之间桩土相互作用差异的机制。采用有限元方法分析了这种差异。计算结果表明,在这两种加载次序中,桩顶荷载的增加都会引起沉降增加,中性点下降,下拉力减小。结果还表明,与桩顶荷载先施加的相比,桩顶荷载后施加得到的中性点的位置比较低,桩基沉降比较小,下拽力也较小,这些差异随着桩顶荷载的增大而更加明显。在两种加载次序的各个加载阶段,桩周摩阻力的分布与发挥也会出现细微的变化。这会使湿陷性黄土地区桩的承载力检测结果略微偏于不安全     

大直径嵌岩斜桩冲击成孔速度的影响因素分析

随着工程建设向外海、深水区域不断发展,大直径嵌岩灌注斜桩因其具有更好的承受水平载荷能力,在港口、码头等构筑物基础施工中得到了广泛应用。受工程场地和桩孔设计参数等的影响,该类嵌岩桩多采用冲击成孔的施工方式,且其成孔速度相对其他灌注桩施工方法仍然非常低（约为0.1 m/h）。基于此,本文建立了大直径嵌岩斜桩冲击成孔过程中的冲锤下落受力模型,并通过单因素分析和双因素耦合分析的方式研究了冲锤质量、冲击行程、桩孔斜度,以及冲锤与钢护筒之间的摩擦系数等因素对冲击成孔速度的影响规律。分析认为,在桩孔斜度确定的情况下,冲锤质量和冲击行程是影响冲击成孔效率的主要因素,而摩擦系数的影响可以不作具体要求。