水平荷载下套管桩基的非线性响应分析

提出了用新型套管桩基来提高海洋平台桩基水平承载力和减小平台响应幅值。采用p-y曲线法来模拟桩土间的相互作用,对套管桩基进行非线性响应分析,研究了套管的埋深和宽度对桩身变形和土抗力的影响,并与普通桩基进行了对比分析。研究表明,套管桩基能充分发挥桩土间的相互作用,提高桩基的水平承载力,减小桩基的水平响应。     

土参数对桩基水平响应影响的研究

桩基的水平响应由桩土间的相互作用决定,通过采用p-y曲线来表示桩土间的非线性相互作用。通过算例,讨论分析了粘性土参数的变化对p-y曲线中土体的极限强度和刚度、桩基水平位移和弯矩分布及最大弯矩和水平荷载关系的影响。     

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。     

砂土地基中桩顶竖向-水平加载路径下柔性单桩水平承载力分析

砂土地基中桩顶竖向-水平加载路径下单桩水平承载理论研究较少,且鲜有考虑预先施加的竖向荷载对土抗力p与桩身水平位移y曲线的影响。鉴于此,考虑桩顶预先施加的竖向力对桩周土体产生挤密作用,从而对双曲线型p-y曲线的极限土抗力进行修正。采用余弦函数表征被动侧径向土压力分布,构建了被动侧最大径向土压力与总土抗力的关系式,推导了被动侧的侧阻抗力矩解析表达式。考虑被动侧摩阻力与竖直方向存在夹角β对由摩阻力引起的桩身轴力变化量进行修正,给出了修正计算公式。建立了同时考虑修正的p-y曲线、桩身自重和被动侧摩阻力引起的轴力变化量、二阶效应（即P-Δ效应）以及侧阻抗力矩的桩身挠曲微分方程,通过MATLAB编程求得其数值解。将计算结果与已有模拟和试验结果进行比较,验证了该方法的正确性。在此基础上,探讨了预先施加的竖向力大小对单桩水平承载性能的影响。计算结果表明：推导的桩身轴力变化量计算公式能更准确地表征被动侧摩阻力对桩身轴力的影响,且可用于大变形条件;预先施加的竖向力可以增大柔性单桩的水平承载力,随着预先施加的竖向力的增大,增强效果逐渐减弱。     

考虑位移的土压力模型在横向承载桩分析中的应用

桩与地基土之间的相互作用是横向承载桩研究的重要组成部分,相互作用的土反力是挠度和深度的非线性函数,即桩的变形和受力之间呈非线性变化,这种非线性导致了横向承载桩的分析计算十分繁杂。针对问题研究的复杂性,从考虑位移的朗肯土压力理论入手,根据桩出现挠度后引起周边土体的位移量,推导出桩周土反力表达式,在不引入任何地基模型的条件下计算桩身任意深度处基于桩体位移的土反力,简化了问题的分析过程。通过设定算例进行分析,所得出的结果与p-y曲线结果以及实际情况一致,证明了该计算方法的合理性。     

基于Mindlin解分析隧道开挖对近邻桩基的影响

预测隧道开挖对邻近桩基产生的附件内力和变形对隧道建设具有重要意义。传统弹性地基梁法忽略了相邻桩-土界面单元的相互作用和桩-土界面的塑性变形,其预测结果与实际有较大出入。基于Mindlin解考虑桩-土界面单元相互作用,假设桩-土界面为理想弹塑性体,根据摩尔-库仑准则得出桩侧土体的极限剪应力和极限土压力,可由本构方程得出隧道开挖引起的桩基附加内力和变形的塑性解。将该方法得到的塑性解与离心试验结果进行对比,验证了该方法的合理性。新方法考虑了桩身相邻桩-土界面单元的相互作用,得到的附加变形较传统地基梁解大。最后,讨论了桩-土界面塑性变形对桩基附加内力及变形的影响,由于不考虑桩-土界面塑性变形,导致桩基附加内力和变形产生较大偏差,并且随着地层损失率增加,偏差增大。     

倾斜荷载下群桩承载特性理论分析

倾斜荷载是海洋、输变线塔等桩基工程的最主要荷载形式之一。然而现行规范中有关该问题的计算方法相对并不成熟。将桩身划分为自由段和嵌固段,建立桩基单元体的挠曲微分方程;基于群桩p-y曲线法计算水平荷载下群桩承载特性;考虑桩-土相对滑移和竖向力引起的二阶弯矩(P-(35))效应,基于剪切位移法计算竖向荷载下桩-土相互作用;编制相应程序,以迭代法计算获得荷载-位移曲线、桩身弯矩分布规律曲线等。分析验证了所建立的理论计算方法的准确性和可靠性。相关研究成果拓展了工程设计中倾斜荷载作用下桩基承载特性计算方法,为工程设计与计算提供参考依据。     

矩形位移模式下被动桩砂土绕流的模型试验研究

被动桩桩周土体易发生绕桩流动,但绕桩流动土体的位移特征及其影响因素迄今还缺乏深入研究。采用自主研制的模型试验装置,对矩形位移模式下砂土绕圆形被动桩流动过程进行详细测试与分析,研究了桩径、加载速度及土体密度对砂土的特征位移和桩身受力的影响。试验结果表明,砂土绕桩流动过程可分为迎土侧土体隆起、桩周土体绕流和背土侧土体沉陷3个阶段。桩径或土体密度越大,桩周砂土越不易发生绕桩流动;桩周土体移动速度越大,则越易发生绕桩流动。分析结果进一步表明,土体滑动面的位置可根据桩身绕流阻力曲线的拐点来判断,在土体滑动面以上,模型桩绕流阻力沿桩长沿深度大致呈线性增长,其值始终小于沈珠江绕流阻力理论值。     

土体湿化膨胀与桩基相互作用的试验与理论研究

为研究同一湿度场环境下土体湿化膨胀与桩基相互作用的机理，设计了室内物理模拟试验，对土体湿化膨胀与桩基相互作用进行了分析。通过人工降雨入渗的方式模拟变化的湿度场环境，实时监测模型箱中不同入土深度的桩基抬升量以及膨胀土地基的变形和应力数据，研究桩基入土深度与抬升情况的关系，基于非饱和土力学理论、桩–土相互作用剪切位移理论，提出考虑土体刚度和隆起量变化的侧摩阻力计算方法，并将桩侧摩阻力理论计算结果与模型试验结果进行对比分析。结果表明：在土体吸水膨胀过程中，桩体的向上抬升会引起桩底端部的卸载作用；地层隆起量随着深度的增加呈线性递减，随着桩尖入土深度的增加，桩顶隆起量呈对数趋势减小，增加桩长可以在一定程度上抑制桩基抬升；同时，基于剪切位移理论得出的桩侧摩阻力与基于非饱和膨胀土理论得出的桩的侧摩阻力及试验测试数据分布基本一致，表明本文所提出侧摩阻力计算公式是可靠的。     

强震作用下液化场地群桩动力响应及p-y曲线

为研究液化场地中群桩在强震作用下的动力响应特征及桩侧土抗力-桩土相对位移（p-y）曲线规律,依托海文大桥实体工程,基于振动台模型试验,开展了0.15g～0.35g地震动作用饱和粉细砂土层不同埋置深度下的砂土孔压比、桩身弯矩及p-y曲线动力响应研究。结果表明：地震动强度达到0.25g时,不同埋置深度下的饱和粉细砂土层孔压比均大于0.8,产生液化现象,且随埋置深度增加,孔压比增长时刻明显滞后;不同埋置深度下,桩身弯矩最大值均位于液化土层和非液化土层分界面处;同一埋置深度时,随地震动强度的增大,p-y曲线所包围的面积逐渐增大,其整体斜率逐渐变小,说明桩-土相互作用动力耗能逐渐增大,桩周土体刚度逐渐减小;随埋置深度增加,p-y曲线所包围的面积逐渐减小,其整体斜率逐渐增大,说明桩-土相互作用动力耗能逐渐减小,桩周土体刚度逐渐增大。因此,液化场地桥梁群桩抗震设计时,应综合考虑液化土层与桩基础的相互位置关系,确保桩基础在液化土层与非液化土层分界处的抗弯承载能力。