基桩可靠度分析的统计相关性评价方法

为了评估不同失效准则对基桩可靠度的影响,传统的方法是引入失效准则偏差系数。然而目前所定义的失效准则偏差系数使得偏差系数和基本随机变量之间具有一定的相关性,直接将偏差系数的统计参数用于基桩可靠度分析是不尽合理的。为此,基于线性回归理论提出了新的失效准则偏差系数的定义,并采用Spearman秩相关系数方法检验了偏差系数和基本随机变量之间的相关性。采用算例分析了偏差系数和基本随机变量之间的相关性对基桩可靠度的影响。结果表明,传统的失效准则偏差系数的定义使得偏差系数和基本随机变量之间具有一定的相关性,提出的通用的失效准则偏差系数能够有效地消除这种相关性。偏差系数与基本随机变量之间的相关性对偏差系数的均值具有明显的影响,但对变异系数基本没有影响。此外,偏差系数与基本随机变量间的相关性对基桩可靠指标具有明显的影响,基桩可靠度分析中应该消除这种相关性。     

钻孔灌注桩单桩承载力的可靠度研究

采用无量纲随机变量的极限状态方程,结合天津市钻孔灌注桩试桩资料进行可靠度分析。采用了JC法和Monte Carlo法两种方法进行可靠指标的计算,并对影响可靠指标的各种因素进行了分析。还计算了单桩承载力的抗力分项系数。     

地基承载力的可靠度分析

把汉森公式确定地基极限承载力的主要因素视为随机变量 ,结合一工程实例 ,采用Monte Carlo法模拟求解极限承载力。运用可靠度理论 ,采用JC法计算了多种情况下相应于现行定值法设计安全水准的地基承载力的可靠度指标 β ,并对影响地基承载力可靠度指标的主要因素进行了敏感性分析     

钻孔灌注桩单桩承载力的可靠度研究

本文采用无量纲随机变量的极限状态方程，结合天津市钻孔灌注桩试桩资料，进行可靠度分析，采用JC法和Monte Carlo法两种方法进行可靠指标的计算，并对影响可靠指标的各种因素进行了分析，最后还计算了单桩承载力的抗力分项系数。     

按单桩极限承载力设计复合桩基方法的可靠度分析

从按单桩极限承载力设计复合桩基的总安全度方法出发，运用可靠度理论，结合工程实例，建立了用该法确定的承载力极限状态方程，进行了可靠度分析与验证。对抗力及各基本变量的敏感性、设计参数不同组合时的安全系数与可靠度指标的关系进行了全面的分析，研究了天然地基承载力满足率ψ的合理取值范围，证实了天然地基满足率ψ≥0.5的必要性。     

竖向承载桩的模糊随机可靠度计算方法

根据桩顶沉降率 来描述桩基的承载过程,并将沉降率 视作模糊随机变量,同时,考虑了桩基失效具有的模糊性和随机性。通过模糊统计法,确定了 对失效的隶属函数 ,再用概率统计方法求得了 的分布参数。导出了桩基承载可靠度和可靠性指标的计算方法。通过实例计算,证明该方法对分析桩基承载可靠性既合理又实用。     

考虑参数和模型不确定性的基桩正常使用极限状态可靠度分析

考虑承载力计算模型和荷载不确定性,利用可靠度分析方法和概率统计理论,推导出承载能力极限状态（ULS）和正常使用极限状态（SLS）下可靠度指标的计算公式,给出了两种极限状态下可靠度指标间的线性关系式,研究了桩顶容许沉降 随机性对正常使用极限状态可靠度分析结果的影响。研究结果表明,土体类别和桩型对正常使用极限状态模型因子影响很小;正常使用极限状态下基桩可靠度指标随承载力计算模型和荷载不确定性的增大而减小,但减小幅度逐渐降低,且可靠度指标总变化量不大,工程应用中可忽略承载力计算模型和荷载不确定性在可靠度分析中的影响; 随机性对正常使用极限状态可靠性分析结果的影响很大,随 的增加,正常使用极限状态模型因子和可靠度指标逐渐增大,而模型因子变异性逐渐减小,但桩本身性质并没有任何改变,只是所允许的沉降条件不同。研究结果可为规范修订和工程应用提供参考。     

成层地基中单桩竖向承载力鲁棒性设计

城市建设中桩基应用广泛,单桩竖向承载力的计算方法及可靠性越来越受到设计人员重视。针对桩基设计中岩土参数的不确定性及桩基穿越成层地基对桩身承载力的影响问题,提出基于可靠度理论的鲁棒性设计方法。利用岩土参数变异性的平均值及标准差充分考虑岩土参数的不确定性,并通过扩大考虑地基土的不确定因素将单桩竖向承载力鲁棒性设计由砂土推广到黏土等一般性土壤;提出采用分层计算桩侧摩阻力作为不确定因素考虑地基土成层分布问题,按照承载力极限状态与正常使用极限状态作为目标函数进行桩基竖向承载力设计。单桩承载力鲁棒性设计将鲁棒性作为安全性评价标准,来评估桩基设计方案的可行性,以鲁棒性与经济性为优化目标对桩基设计进行多目标优化,设计方案在满足桩基承载力要求的同时,保证了桩基设计方案的鲁棒性与经济性。     

群桩基础竖向承载力的可靠性分析

由CPT和静载试验结果综合确定钻孔灌注桩竖向极限承载力,以沿深度方向的一维平稳高斯随机场作为桩基土层土性参数的数学模型,利用相关函数法和变异函数法计算土层的相关范围,进而对相同场地各试桩的承载力进行折算后检验其概率分布,并估计有关统计参数;考虑群桩效应,由桩基沉降反算其作用效应,计算单桩及群桩的可靠度指标。并与未采用随机场模型的计算结果相比较,对竖向荷载下桩基可靠性进行了较系统的研究。     

考虑桩底沉渣的灌注桩可靠度分析方法

基桩的完整性检测不一定都能够检测到基桩中的缺陷,这些缺陷将会影响到基桩的安全性。为此,提出了考虑基桩可能出现缺陷时的基桩可靠度分析方法。以单桩桩底可能出现的沉渣缺陷为例,采用全概率理论将完整桩的失效概率和桩底含有沉渣的桩的失效概率有机地结合起来,得到了单桩的失效概率。采用基桩承载力折减系数来定量地考虑沉渣对基桩承载力的影响,并进一步推导了桩底含沉渣的基桩承载力偏差系数和变异系数的计算公式。算例分析表明,所提方法能够定量地反映基桩中可能出现的沉渣对基桩可靠度的影响。桩底沉渣对桩的可靠指标具有明显的不利影响。随着沉渣厚度和桩的直径的增加,桩底含有沉渣的桩的可靠指标逐渐减小;桩的可靠指标随着桩长的增加逐渐增大。如果不考虑桩可能出现沉渣的质量问题,基桩的安全性将明显地被高估。基桩的完整性检测可以有效地提高基桩的安全性。     

Probabilistic analysis of load-settlement response from pile load tests

The evaluation of variability in ultimate pile capacity from the load-settlement data is useful in the context of code calibration and reliability based design in pile foundations. This paper examines the applicability of two non-linear analytical methods to calculate the load-settlement response of piles using actual test data in terms of percentage deviation from the measured capacity. The degree of agreement associated with each method with respect to field test data is quantified using two different failure criteria (FHWA and Eurocode) for determination of the ultimate load of pile. The analytical methods are used to quantify the variability associated with the soil-pile interface parameters and ultimate capacity using Monte Carlo simulations, which is useful in load-resistance factored/reliability design of pile foundations. Study reveals that variability depends on the method of analysis, percent deviation of prediction from measured values and failure criteria.     

对现行规范以液性指数IL确定极限端阻力标准值qpk的质疑

通过对某工程单桩极限承载力标准值不满足设计要求的原因进行深入分析,指出持力层土所含的高岭土浸水软化,当受到荷载作用时,在桩端周围形成塑性剪切滑移面,产生局部剪切破坏,大大降低了桩端持力层土的极限端阻力标准值qpk,从而指出现行《建筑桩基技术规范》(JGJ 94-94)[1]仅以液性指数IL,确定极限端阻力标准值qpk值存在不足,宜综合压缩模量Es和孔隙比e而定。     

Offshore pile system model biases and reliability

ABSTRACT

Recent hurricanes between 2004 and 2008 in the Gulf of Mexico provide valuable new information about design model biases and uncertainties because multiple offshore platforms were loaded beyond the predicted capacity of their pile systems and because there was a failure of a pile system. A Bayesian calibration of model bias factors based on predicted versus observed performance of pile systems in hurricanes indicates that the conventional American Petroleum Institute design method for pile capacity is slightly conservative by about 10% for base shear (i.e. lateral) failures of pile systems in clay, unbiased for overturning (i.e. axial) failures of pile systems in clay, and conservative by more than 50% for overturning failures of piles systems in sand. The epistemic uncertainty in the updated bias factors is represented by coefficient of variation values of about 0.25 for base shear and overturning failures of pile systems in clay and 0.35 for overturning failures of pile systems in sand. A reliability assessment with the calibrated model bias factors shows that the current design practice produces lower reliability for a pile system with three piles versus one with eight piles and lower reliability for a pile system failing in overturning versus one failing in base shear. Therefore, the current design practice could potentially be improved by taking into account the mode of failure and the redundancy in the pile system to provide for a more uniform level of reliability.     

不同成桩工艺条件下冻结粉土中基桩承载性状试验研究

桩基础作为冻土工程中最适宜的基础形式,主要采用插入桩、静压桩和灌注桩三种桩型,因其成桩工艺不同对冻土地基及桩基自身造成的差异不一。为研究不同成桩工艺对冻土地基及基桩承载性状的影响,通过开展室内-1.5 ℃条件下单桩静载模型试验,分析在冻结粉土中不同成桩工艺对地温场、桩基极限承载力、桩身轴力以及桩侧摩阻（冻结力）的影响规律。试验结果表明：灌注桩对桩周地温场扰动剧烈,桩侧温度较高,地温变化幅度大。随着桩周土体的回冻,地温逐步降低,其中灌注桩桩侧降温速率最大;在承载力方面,2根灌注桩的极限承载力约为12.8 kN,静压桩为11.6 kN,插入桩极限承载力最小,仅为钻孔灌注桩的2/3。并对比4种不同成桩工艺的基桩在不同荷载条件下对应的沉降量,体现出成桩工艺对基桩沉降造成的差异性;随着桩顶荷载的逐级增加,桩侧摩阻（冻结力）和桩端阻力逐渐发挥作用,桩身上部1/3由于温度较低,致使桩侧摩阻（冻结力）较大,在10 cm深度附近温度最低,使桩侧摩阻（冻结力）达到最大值;并对比4种不同成桩工艺的基桩在荷载5.6 kN下轴力沿桩身的传递情况,发现静压桩更易把荷载传递到冻土区深层地基。     

Updating reliability of single piles and pile groups by load tests

Pile load tests are used to refine designs and for quality assurance. They can also be used to verify the reliability of piles and pile groups. Stochastic methods have previously been developed to verify the reliability of single piles. A general stochastic method to verify the reliability of pile groups is developed in this paper. The method can be used to assess the reliability of groups where pile tests have been conducted to the ultimate capacity, to below the ultimate capacity but exceeding specified capacity, and where pile tests fail to achieve the specified capacity. In the latter case, the method allows decisions to be made as to whether the reliability of the entire pile group is satisfactory or whether additional piles need to be installed.     

软岩地基中大直径布袋桩抗拔试验研究

西北地区深大基础工程日益增多,兼顾基础抗浮和耐久性问题的研究空白,借助西宁火车站综合改造工程,引入大直径布袋桩技术,有效解决了基础抗浮和耐久性问题;选择6根试桩进行了现场单桩抗拔载荷试验,最大加载量为9 060 kN;运用MATLAB软件分别拟合出3种抗拔极限承载力预测函数模型的曲线,同时运用PLAXIS软件对不同等级荷载桩-土位移进行模拟,并与实测的荷载-位移曲线对比分析。研究发现：双曲线和幂函数模型较适合此类抗拔桩极限承载力预测;本地区类似地基预测大直径缓变形抗拔桩极限荷载所需的极限位移标准应由0.030D减小为0.025D;仅根据土层的物理力学特征确定抗拔桩桩周土的极限摩阻力不够完善,至少还要考虑埋深不同对具有相似物理力学特征土层性质的影响。     

基于极限承载力试验的扩底抗拔桩承载特性数值模拟分析

基于天津于家堡南地下车库工程扩底桩抗拔极限承载力试验,结合数值模拟手段对扩底桩抗拔承载特性、破坏模式和受力机制开展了分析研究。计算分析表明,扩底桩（有效桩长19 m）相比等截面桩抗拔极限承载力提高约50%,材料增加仅8.5%,扩底桩扩大头周边土体提供的抗力显著提高了抗拔承载力;荷载较小时抗拔力主要由等截面段侧摩阻力提供,扩头段抗拔力占桩顶加载的比值随加载近似呈线性增加;扩底桩等截面段沿桩土界面先发生剪切破坏,扩头段周边土体后发生受压破坏,抗拔承载力达到极限;扩头段位于同一土层时,不同桩长扩头段提供的极限抗拔力相差不大,桩长越长,扩头段抗拔力贡献率越低;扩头段抗拔力主要由自重、扩头段法向力竖向分力和侧摩阻力组成,其中法向力竖向分量提供了扩头段的主要抗拔力,占扩头段总抗拔力约70%。     

轴向荷载对斜桩水平承载特性影响试验及理论研究

斜群桩受水平荷载作用时,群桩中的基桩受到径向荷载、轴向荷载和弯矩的共同作用。为研究轴向荷载对斜桩水平承载特性的影响,完成了3根单桩以及1组1×2斜桩的大尺寸模型试验。试验结果表明：轴向拉力作用会降低斜桩的水平刚度和极限承载力;而轴向压力作用则会使其水平刚度和极限承载力提高。基于桩侧浅层土体楔形破坏假定,推导了考虑轴向荷载影响的斜桩水平极限土抗力计算公式,提出了桩侧土抗力的p-y曲线方法,并通过模型试验及现场试验验证其合理性。