静力压桩数值模拟的位移贯入法

在通用软件ANSYS平台上对静力压桩进行数值分析。提出了位移贯入法,巧妙地利用边界位移条件使桩体贯入,可以考虑弹塑性本构关系、大变形和桩-土滑动摩擦等复杂问题,更符合静力压桩实际情况,具有仿真效果。     

饱和成层地基中静压单桩挤土效应的有限元模拟

针对实际工程中成层土情况中静压桩存在的问题,在ANSYS平台上,应用位移贯入法对静力压桩的连续贯入的全过程进行有限元模拟,详细对比了在均质土和成层土中静力压桩产生的位移场和应力场。指出软硬土层交界处土体位移加 大,土中挤压应力剧变,出现应力间断。实际工程中,挤压应力间断使已压入桩的侧向受力剧变,导致桩体易开裂、弯折。这里提出相应的解决方法。     

静力压桩挤土效应的防治措施探析

静压压桩具有低噪声、无振动、工期短、单桩承载力质量可靠等特点,但在施工过程中易产生挤土效应,对周围的工程地质环境造成不良影响：诸如使桩周围土体产生相当大的竖直隆起和水平位移,使邻近已压入的桩产生上浮,桩位偏移等。通过分析河（海）相、土台阶地及冲洪阶地的地基特点,对静力压桩时挤土效应及其施工时对周围环境的影响规律进行了总结,指出河（海）相沉积的阶地和土台阶的挤土效应影响量较小,冲洪阶地的静力压桩的挤土效应影响程度较严重,并根据不同情况,提出了相应的预防措施,为今后该地区静力压桩的施工提供参考依据。     

沉桩挤土效应的模型试验研究

通过在软粘土中静力压入单桩和双桩的模型试验, 研究了沉桩挤土效应, 获得了沉桩过程中土体位移随水平和深度方向变化的规律, 并对压入单桩与双桩的试验结果进行了比较分析。     

饱和软黏土中足尺静压桩挤土效应试验研究

饱和软黏土地基中静压桩挤土效应是岩土工程中常见的问题。监测土体侧向位移、孔隙压力、地面隆起随压桩过程变化的规律是很多研究者希望实施的计划。在饱和软黏土地基中进行了3根足尺静压桩的压入试验,重点监测了沉桩时的侧向位移随深度和距桩轴不同距离、地面隆起量随桩的贯入深度和距桩轴不同距离、孔隙压力随桩的贯入深度和时间的变化规律,并分析了超静孔隙水压力最大值沿径向和深度的变化特性。由测试结果可知,最大的侧向位移发生在距地表0.75L附近,地面隆起从桩贯入开始迅速发展,并在桩压入到6 m左右时达到最大值,测点处超静孔压增量的最大值发生在桩端到达该点所在水平面时,而超孔压的最大值沿径向有滞后性。     

预钻孔对邻近斜坡沉桩挤土影响分析

在沉桩位置处设置预钻孔是工程中减小扩孔挤土效应的常用有效措施。针对邻近斜坡的沉桩挤土问题,假定土体为线弹性模型,采用镜像方法,将桩体的贯入模拟为一系列球形孔连续扩张过程,在已有文献的基础上进一步推导出邻近斜坡设有预钻孔时的沉桩挤土位移表达式。结果表明,受斜边非轴对称位移边界的影响,远离斜边自由边界一侧的挤土位移不如靠近斜边自由边界一侧明显;斜边自由倾斜边界越陡（即参数 越小）,斜坡挤土位移越大;随着边界角度 的增大,斜边倾斜边界对沉桩挤土位移的影响逐渐减弱;预钻孔的孔深和孔径对减小邻近斜坡沉桩挤土位移有较大的影响,二者的结合能更有效地减少挤土位移的范围和深度。     

开口管桩高频振动贯入过程的ALE有限元分析

任意拉格朗日-欧拉(ALE)方法吸取了拉格朗日和欧拉法的优点,避免了常规有限元中拉格朗日方法的网格畸变问题,适用于开口管桩高频振动贯入过程的计算分析。采用ALE有限元方法,建立开口管桩高频振动贯入过程的数值模型,对沉桩过程中挤土效应、桩侧阻力和土塞效应的变化规律进行了详细研究。研究结果表明:挤土应力主要沿径向传播,且深层土体受到的挤土应力比浅层土体大;水平挤土位移随管桩贯入深度的增加而增大,而最大水平挤土位移与管桩贯入深度存在累积效应;挤土效应的影响范围约为10倍管径,因此在施工过程中要给以足够重视;桩外侧摩阻力随贯入深度增加呈近似线性增长,桩内侧摩阻力随贯入深度增加而呈非线性增长,增长速率随贯入深度增加而逐渐增大;管内土塞处于不完全闭塞状态,土塞程度由完全非闭塞向部分闭塞过渡。此外,研究了土体模量、桩土界面摩擦系数、振动频率和桩径对土体位移的影响。     

基于模型试验的静压群桩引起的土体变形分析

以往对沉桩挤土效应的研究主要集中于单桩或双桩,对群桩挤土效应分析较少。基于室内模型试验,分析了群桩压入软土后土体的变形情况,得到了沉桩过程中及压桩后土体侧向位移、竖向变形和土层表面隆起变化的规律。认识到单桩侧向挤土位移随着距桩边距离的增加而以近似对数规律衰减,群桩压入后土体水平侧移和地表隆起是不断累积的,存在着已压入桩的遮帘作用,而且桩施工顺序对土体位移起到了关键作用,应该在实际工程中得到重视。     

夹硬层土中单桩贯入挤土效应的数值模拟

桩贯入土体产生的挤土效应问题较为复杂。利用ABAQUS软件建立了单桩贯入夹硬层土和均质土的二维轴对称有限元模型,经过分析比较,得出了单桩贯入夹硬层土体所特有的位移场及应力场的变化规律。分析表明：桩贯入夹硬层土过程中,软硬土层交界处土体水平位移变化剧烈;硬土层的存在,会使土体水平及竖向位移受到约束;夹硬层土的水平挤压应力要远大于均质土情况;与水平应力相比,竖向挤压应力在硬土层处明显偏小。     

斜边非轴对称位移边界下球孔扩张挤土分析

针对斜边非轴对称位移边界条件下的沉桩球孔扩张,将桩体贯入模拟为球孔扩张过程,在线弹性土体模型的基础上,通过对地表边界以及倾斜边界上应力修正的镜像法,改进现有直边非轴对称球孔扩张理论,得到了斜边非轴对称位移边界下的球孔扩张挤土位移解答,并分析边界倾角及球孔边界距离等因素的挤土位移规律。研究结果表明,边界倾角越小,倾斜边界对球孔挤土位移的影响也越小;球孔边界距离越大,其对挤土位移的影响反而越小。文中解答可为类似斜边工程挤土位移的控制及参数设置提供参考。     

Analysis of rectangular piles subjected to lateral loads in nonhomogeneous soil using a Winkler model approach

An analytical approach using a Winkler model based on two lateral soil displacement components in a three‐dimensional soil is investigated to provide analytical solutions of horizontal response of a rectangular pile subjected to lateral loads in nonhomogeneous soil. The two lateral displacement components of a soil surrounding the rectangular pile are represented by the Fourier series of displacement potential functions in the elastic three‐dimensional analysis. The lateral stiffness coefficient of the rectangular pile shaft in nonhomogeneous soil is derived from the rocking stiffness coefficient taking into account rocking rotation of a rigid pile shaft. The relationship between horizontal displacement, rotation, moment, and shear force for the rectangular pile subjected to horizontal loads in nonhomogeneous soil is obtainable in the form of the recurrence equation. The formulation of lateral displacement and rotation for a rectangular pile subjected to lateral loads on the pile base in nonhomogeneous soil is proposed by taking into account Mindlin's equation and the equivalent thickness for soil layers in the equivalent elastic method. The difference of lateral behavior between square and circular piles subjected to lateral loads is insignificant. The effect of aspect ratio of the rectangular pile on the lateral behavior is great for the lower stiffness ratio between pile and soil and the larger length–equivalent diameter ratio. The effect of the value of Poisson's ratio of soil on lateral stiffness coefficient is relatively small except Poisson's ratio close to 0.5. The comparison of the results calculated by the current method for a rectangular pile subjected to lateral loads in nonhomogeneous soil has shown good agreement with those obtained from the analytical methods and the finite element method. Copyright © 2015 John Wiley & Sons, Ltd.     

预应力混凝土管桩桩土相互作用的有限元分析

以软土地区某桥梁基桩动载试验为背景,采用有限单元法对桩土动力相互作用进行了分析。采用等效线性模型模拟了土体材料的非线性,并考虑桩的材料阻尼以及桩土接触界面处状态非线性对动力响应的影响,并分析了桩的材料参数和土的参数对桩顶动位移的影响。分析表明,基桩弹性模量和材料阻尼对桩顶动位移有一定的影响,但基桩材料阻尼的影响很小,桩顶位移随桩侧土压缩模量和阻尼的增大而减小。     

黏土中自升式钻井船插桩对邻近桩基影响的分析方法

自升式钻井船是广泛用于浅、中水域油气资源开发的重要设施,经常紧邻固定式导管架平台进行作业。钻井船插桩就位过程中大量土体被排开,挤土效应会导致邻近导管架平台桩基承受很大的附加荷载,影响平台的正常设计性能,该效应在黏土中尤为显著。针对黏土中钻井船插桩对邻近桩基的影响这一实际问题,现有规范和分析方法存在明显不足。为此,建立了一套数值分析方法,把这一复杂问题分解成相对独立、简单的两个方面进行分析：一是采用任意拉格朗日-欧拉（ALE）数值方法,计算自由场地插桩周围土体产生的位移场;二是利用桩基水平力与位移关系曲线,即P-Y曲线,采用杆系-土弹簧的传统方法计算土体位移产生的桩体加载。通过与已有离心试验数据的比较,验证了该方法的可靠性和适用性。研究揭示了自由场地土体的变形模式和流动机制,阐明了由于插桩邻近桩基产生的附加荷载变化规律,特别是发现了黏土变形参数 对插桩引起的自由场地土体位移场有显著影响,但对插桩引起的桩基加载影响较小。最后,针对导管架对桩基的桩头约束条件和插桩及导管架自身对桩基的线性叠加加载适用性问题给出了详细说明。     

矩形桩沉桩挤土效应透明土模型试验研究

矩形桩沉桩挤土效应与传统圆形截面桩不同,传统的理论模型和试验技术不适用于研究矩形截面桩沉桩挤土效应。基于透明土变形可视化技术,研究了矩形截面桩沉桩挤土的位移场变化规律。试验结果表明,矩形桩沉桩后,桩周可以分为两块区域：靠近矩形桩身的过渡区域,在此区域内挤土位移模式呈现非柱对称特征,过渡区半径约为4deq～5deq,远离桩身的圆孔扩张区域,该区域内挤土位移呈现柱对称特征。根据矩形截面桩的沉桩挤土试验,推导出了矩形桩截面的修正扩孔理论,并将理论计算的位移值与模型试验测量值进行对比,验证修正扩孔理论的合理性。     

混合法在深基坑排桩锚杆支护计算中的应用研究

深基坑排桩预应力锚杆支护工程中,作用于桩身的土压力与桩身位移呈非线性变化。对于这种非线性变化问题,基于位移土压力模型,考虑支护结构位移的影响,推导了混合法计算公式。混合法可以有效跟踪支护结构的变形过程,反映土体与桩之间的非线性作用关系。结合工程实例,编制了MATLAB计算程序,计算结果较好地反映了土压力与桩身位移之间的非线性变化关系,并与理正软件计算结果进行对比分析,结果表明两者吻合较好,从而证明该计算方法具有较好的适用性,对深基坑支护结构设计有较好的参考价值。     

考虑土拱效应的疏排桩支护基坑内力和变形分析

采用同济大学中型岩土离心机进行了2组疏排桩支护基坑的离心机模型试验,结合三维有限元数值分析探讨了采用规范方法计算疏排桩支护基坑桩身内力与变形的适宜性,并提出了考虑土拱效应的疏排桩支护基坑桩侧土压力的理论计算方法,最后建立了考虑土拱效应的疏排桩支护基坑桩身内力和变形的计算模型。研究结果表明：对于桩间距与桩径之比为2、3和8的疏排桩支护基坑,桩间土体无法形成土拱效应;对于桩间距与桩径之比为4～7的疏排桩支护基坑,桩间土拱效应明显;规范法计算得到桩身内力与变形结果要比离心机试验结果偏大,与规范方法相比,采用文中提出的计算方法计算疏排桩支护基坑桩身内力与变形更为合理。     

竖向荷载下桩基础弹性分析的改进计算方法

将Randolph剪切位移方法中桩身位移与桩端位移的函数关系简化为一多项式,并与Poulos积分方程中土体柔度系数矩阵相结合,提出了一种竖向受荷单桩弹性分析的改进计算方法,从而避免了Poulos积分方程法中的差分运算以及由此带来的其他矩阵运算,同时比Randolph方法更能准确模拟桩身剪切应力的分布,并将单桩的改进计算方法应用于群桩分析。将改进的计算方法与Poulos、Randolph方法以及Chow混合方法的单桩和群桩计算结果进行了比较,结果表明：改进计算方法是可行的,可满足精度要求。