粉喷桩复合地基的数值计算分析

结合粉喷桩复合地基的特点，提出采用过渡层模拟桩接触面的思路，进行了轴对称Biot固结有限元计算分析。与实测资料对比表明，可较好地揭示粉喷桩复合地基的荷载传递规律和沉降变形特性。通过对加固区和下卧层的应力计算分析，揭示了粉喷桩复合地基的附加应力场的分布特性，说明所采用的计算方法是合理可行的。     

用双曲线切线模量方程计算地基非线性沉降

提出了一种利用原位试验成果求解非均质非线弹性地基最终沉降的新方法。对分层原状土载荷试验或螺旋板试验成果进行双曲线拟合,建立分层原状土切线模量与竖向附加应力的关系方程;在沉降计算公式中引入附加应力修正系数,以考虑基础埋深、地基非均质非线性特征等因素对应力分布的影响;利用双曲线切线模量方程及附加应力弹性解,可准确求解地基的总沉降。通过对几个压板载荷试验成果的拟合分析,得出了各土类的双曲线切线模量方程,用于求解地基在各级荷载下的沉降。计算结果表明,计算值与实测值吻合得很好。该方法原理简单、参数可靠、结果准确,为地基沉降计算开辟了一条新途径。     

邻近开挖对既有软土隧道的影响

采用两阶段分析方法,提出了邻近开挖对既有软土隧道纵向受力变形影响的简化计算方法。针对软土隧道开挖情况,第1阶段采用Loganathan和Poulos提出的解析解计算开挖引起的土体自由位移场;针对基坑开挖情况,第1阶段根据Mindlin理论解计算邻近荷载作用引起隧道的附加应力;第2阶段基于Winkler地基模型将既有隧道视为弹性地基无限长梁,将土体自由位移或附加应力施加于隧道,并建立求解该问题的纵向变形方程,从而得到隧道纵向位移和内力的计算表达式。结合离心模型试验结果和工程实例进行分析,验证了方法的有效性。研究成果可为合理制定邻近施工对软土隧道的保护措施提供依据。     

柔性承台下复合地基应力和沉降计算研究

柔性承台下复合地基的受力性状与刚性承台下复合地基有很大差别,常用的复合地基应力和沉降计算理论均基于刚性承台下复合地基,使计算值与实际值相差较大。利用Mindlin解与Boussinesq解联合求解柔性承台下复合地基的附加应力,可以得到与实际较符合的应力分布。利用Vesic小孔扩张理论计算桩体刺入柔性承台的量,并对分层总和法求得的沉降进行修正,可以得到与实测接近的沉降计算值。     

Y型桩桩端阻力产生附加应力的分析计算

Y型沉管灌注桩截面形式复杂,截面几何特性存在4个独立控制变量、8个积分区间。Y型桩桩端均布荷载在地基内部任意点产生附加应力系数的解析表达式求解困难,目前尚无得出简单的解析表达式。借助数学分析软件Mathematica的NIntegrate数值积分功能,以及Geddes推导应力解的思想,得出了Y型桩桩端均布荷载作用在地基内部任意点竖向附加应力系数的数值计算方法,经校核有很高精度。分析了Y型截面4个独立变量外包圆半径R、模板弧度?、开弧间距s、夹角度数? 对附加应力系数的影响及采用Geddes应力解计算产生的误差。分析了随荷载作用面积变化、计算深度变化Y型、三角形、矩形、方形、圆形、圆环、H形、T形截面桩端均布荷载作用在地基内部时截面中心点下附加应力系数的差异及变化规律。将考虑Y型桩截面形状的附加应力计算方法应用于Y型桩单桩的沉降计算,计算结果与静载荷试验数据吻合较好。     

加筋土计算中等效附加应力法的改进

等效附加应力法的基本思路是把加筋土中筋的作用等效成外力加在土骨架上,取加筋土中的土体进行计算。这种方法能够适用于纤维加筋、分层加筋和土钉墙等不同情况,且能够克服一般复合材料方法中复合材料本构模型难以建立,和把筋土分开考虑的方法中接触面单元过多的弊病。但以前的等效附加应力法需要迭代计算,这给有限元编程带来困难,而且不利于已有程序的改编。对等效附加应力法进行改进,只要在原有土的弹性矩阵或弹塑性矩阵中加上一个附加矩阵就可以直接求解。这就使得不需要迭代就可以直接应用等效附加应力法进行加筋土计算,大大简化了编程难度,改进方法的提出有助于等效附加应力法的推广应用。     

基于Mindlin解的基坑分层卸荷附加应力计算及回弹变形的多因素影响分析

基于Mindlin应力解提出分层开挖条件下深大基坑底部土体卸荷附加应力计算方法,并在分层总和法计算回弹变形时考虑了基坑开挖过程中土体回弹模量与附加应力的非线性关系。计算结果表明:受分层卸荷作用深度的影响,大部分深度范围内分层开挖下土体卸荷附加应力小于一次性开挖,且在坑底以下3倍基坑深度范围内两者差值较为明显;基坑面积相同时,长条形基坑坑底卸荷附加应力小于正方形基坑;该方法结合当层法后可用于分析坑底加固对土体卸荷附加应力及回弹变形的影响,即随着加固体回弹模量或厚度增大,卸荷附加应力与回弹变形均减小,且回弹变形减小的幅度也相应递减。通过对杭州火车东站西广场项目的分析,验证了该方法的合理性,并基于参数分析提出了加固体回弹模量与厚度的等效设计方法,对实际工程具有指导意义。     

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。     

粉喷桩-石灰桩联合加固软弱地基试验研究

某工程软土地基由淤泥和淤泥质粘土组成,需对其进行处理,使复合地基承载力达到180 kPa,以满足上部荷载要求。采用粉喷桩、粉喷桩-石灰桩联合加固方法对该地基进行现场加固试验研究,结果证明,粉喷桩-石灰桩联合加固法比单纯采用粉喷桩加固法更节省费用,效果更好。在联合加固法中,先施打粉喷桩,后施打石灰桩的工序比先施打石灰桩后施打粉喷桩的工序能获得更高的复合地基承载力。并对联合加固法的复合地基承载力的计算方法提出了建议。     

Y型桩桩侧摩阻力产生附加应力的分析计算

Geddes的应力解求解过程中将桩侧摩阻力简化为集中力,导致无法考虑桩径、桩长变化对桩侧摩阻力在地基内产生附加应力的影响,通过分析得出,对于长径比较小的短桩,由Geddes应力解计算的竖向应力系数与实际考虑桩径影响的结果相差甚远。通过首先在Y型截面上沿周边的9个积分区间线积分,然后再沿桩长进行积分的方式,借助数学分析软件Mathematica的NIntegrate数值积分功能,得出了Y型沉管灌注桩沿桩身矩形分布、沿桩周均匀分布侧摩阻力及沿桩身三角形分布、沿桩周均匀分布侧摩阻力作用在地基内部时任意点土中竖向应力分量的数值计算方法。分析了Y型截面4个独立变量外包圆半径 、模板弧度 、开弧间距 、夹角度数 对Y型桩侧摩阻力产生附加应力系数的影响及采用Geddes应力解计算产生的误差,并对桩长及计算深度对产生误差的影响也进行了分析,得到了一些有益结论。     

偏心受压厚壁圆筒支护结构的应力分析

厚壁圆筒由于能充分发挥材料的抗压特性而越来越多地应用到基坑支护结构工程之中,传统的设计计算主要是在均布压力作用下厚壁圆筒的拉梅解。为了解决实际工程中经常遇到的偏心受压问题,给出了一个偏心荷载作用下厚壁圆筒的应力解析解,并结合工程实例对圆筒支护结构受力进行简化处理后,将解析解应用于计算偏心受压厚壁圆筒支护结构中的拉应力,特别是讨论了地下水位不均匀变化、地面不均匀堆载和土层不均衡开挖等可能会引起较大的圆筒环向拉应力和在圆筒内、外表面产生竖向裂缝,从而对圆筒支护结构产生不利影响。有利于指导对圆筒截面的配筋和控制基坑的开挖施工。     

既有路基下浅埋隧道开挖引起地层的位移及应力解析解

在既有公路下进行浅埋隧道开挖会引起地层产生位移,导致地表沉降。为了保证施工安全,快速精确地计算地层位移及应力,有效地控制地表沉降,对浅埋隧道的设计与施工均十分重要。在镜像法原理的基础上,引入等效模量当层法,推导出了在有上覆不同材料下浅埋圆形隧道开挖引起地层位移、应力及地表沉降的解析分布规律。计算结果表明,既有路基下开挖隧道引起地层产生的位移和应力解析解能够很好地体现上层高弹性模量路基对沉降及应力的扩散作用,可以求得隧道开挖后洞周地层包括上覆路基及下卧层中任意位置处的位移、应力以及地表沉降,为在双层地基材料中开挖浅埋隧道引起地层位移及地表沉降的计算提供了一种新的解析方法。     

水泥土搅拌桩复合地基载荷试验数值分析

水泥土搅拌桩在高速公路的软基处理中得到了广泛应用,但是对水泥土搅拌桩地基深层桩土应力比和变形未能有深入的认识.笔者应用弹性层状体系和Mindlin附加应力联合求解的方法,对水泥土搅拌桩复合地基载荷试验进行数值分析计算,总结了水泥土搅拌桩复合地基深层桩土应力比的变化规律,讨论了水泥土搅拌桩复合地基深层桩土变形协调问题.     

水泥粉喷桩荷载传递规律的试验研究

通过水泥粉喷桩的现场足尺试验,测试了极体的应力-应变关系,推算出极侧摩阻力、轴力变化曲线。结果表明,荷载沿桩身的传递有一定范围,桩体的变形、应力、侧摩阻力主要集中在临界桩长范围内,而各量变化梯度在浅部较大。桩侧摩阻力的发挥与极土相对位移有关。桩体破坏也发生在浅层,破坏形式为环向拉裂和桩体横向压碎。     

基于Poulos弹性理论的被动桩改进算法

传统的Poulos弹性理论仅适合于均质土中土体侧向位移时桩的性状分析,无法考虑土的层状特性。通过引入层状地基中作用一水平集中力的广义Mindlin解和地面作用有竖向荷载时的应力和位移通解,对Poulos方法进行了改进,使之扩展到多层土中,还用于研究堆载条件下的被动桩变形和受力响应。算例分析表明,改进弹性理论要比Poulos方法更为严密、合理,提高了计算精度,应用范围也更广。     

群桩沉降计算理论分析

基于Geddes应力解,并根据叠加原理计算群桩内任意点处的三向应力,采用基于Duncen-Chang本构模型的修正分层总和法计算群桩内任意点处的沉降量,最后,根据基点法[1]和群桩基础荷载、变形协调关系建立方程,从而,最终获得群桩的沉降计算。该理论较常规弹性理论方法计算群桩沉降有较大地改进,具体体现在以下几个方面：（1）考虑了群桩中地基土的三向应力分布对群桩沉降计算的影响;（2）考虑了土体本构模型（Duncen-Chang弹性非线性本构模型）,因而,能计及土体非线性特性对群桩沉降的影响;（3）采用修正分层总和法理论,能考虑土体成层分布特性以及侧向变形对单桩沉降计算的影响。     

一维向上渗流作用下多层地基有效应力性状研究

研究了一维向上渗流作用下多层地基有效应力的计算问题,推导了有效应力的计算公式,讨论了有效应力性状。定义了渗流有效应力的概念。渗流作用下土层有效应力由两部分组成：一部分是自重有效应力,它由重力引起,体现了静水压力的影响;另一部分是渗透有效应力,由土层水头差产生,体现超静水压力的影响。一维向上渗流作用使土层的有效应力减小。一维向上渗流作用下多层地基有效应力沿土层厚度呈线性分布,在土层层面处发生转折。多层地基有效应力计算的关键是确定土层层面处的有效应力,而确定土层层面处的有效应力的关键是计算各土层的水头差。文后给出了实例计算。     

基坑底分层回弹量的实用计算方法

基坑开挖后的卸载会引起基坑的回弹,基坑开挖越深,则回弹量越大,较大回弹量会造成各种工程问题。现有回弹量计算方法需要进行专门的回弹试验或特定应力路径试验以确定回弹计算所需的模量。为了避免进行专门试验,特研究了应用常规试验所得模量与常用Mindlin解和Boussinesq解相结合,得到一种计算回弹量的简便可行方法。通过对Mindlin解和Boussinesq解计算所得应力,与e- 模型和Duncan-Chang模型的变形计算方法进行组合,得到4种计算方法,然后应用分层总和法计算求解基坑的回弹量,通过与实测值对比,比较4种组合计算方法的精度,得出更适合于工程实际应用的、准确性更高的基坑回弹量计算方法。经3个工程实例检验,推荐采用Mindlin解和e- 模型分别计算应力和模量,再应用分层总和法累加变形量,可得到与工程实测值非常相近的坑底总回弹量和坑底分层回弹量。