基于Winkler模型的有效桩长研究

有效桩长的定义有基于承载力角度和沉降角度两种方法,由于影响因素的多样性,有效桩长的研究比较复杂。运用桩顶刚度控制法确定有效桩长。基于Winkler地基模型,以荷载传递法为工具,推导出双层土的桩顶刚度计算公式,并对有效桩长影响因素进行了分析。结果表明,桩径的增大有效桩长增加;土层刚度比(第二层土刚度与第一层土刚度之比)增大有效桩长减小;桩端刚度的增大对有效桩长的影响都不明显,第一土层厚度的增加在一定范围内对提高有效桩长是有用的     

悬浮桩水平振动的动力刚度

通过将悬浮桩截面下土体等效为土桩,利用桩的水平振动土阻抗结果,分析了桩、土桩构成的组合桩在频率域内的动力响应,给出了黏弹性土层中黏弹性悬浮桩水平振动动力刚度的半解析解,得到了动力刚度随各种物性参数的变化曲线。在此基础上,研究了物性参数对刚度的影响,对比了细长桩和短粗桩的响应差异。结果表明,悬浮桩水平振动的动态刚度受桩长、土的软硬程度、水平激振频率等的影响,这些结果可以为工程设计提供参考依据。     

大直径钢管桩承载力的非线性分析

推导了砂土地基中闭口管桩的沉桩影响半径以及刚性桩的横向承载力（矩）。通过使用MATLAB程序对单桩轴向刚度的分析,得出了其与桩周单位深度土的等效刚度系数、桩端土的等效刚度系数、钢管桩的壁厚、桩径、桩长、桩身弹性模量等参数之间的一些关系,从而为此类桩的优化设计提供了理论依据。在此基础上通过桩身荷载传递的双曲线函数模型以及相关参数,在已知（假定）桩身压缩量的情况下求出相应的桩顶轴力。     

轴力作用下液化土中端承桩的水平振动特性

将地震液化场地土层分为非液化表层土、中部的液化土层和底部的基层,基于饱和多孔介质理论和Novak薄层法,研究轴向压力作用下液化黏弹性土层中端承桩的水平动力特性。利用Helmholtz分解和变量分离法,得到液化土层对桩水平振动的阻抗。利用矩阵传递法,在频率域得到轴力作用下液化土层中端承桩简谐振动的解析解和桩头复刚度的表达式,并进行参数研究,分析轴力、桩-土模量比、桩长径比、液-固耦合系数等对桩头动力刚度和阻尼的影响。结果表明,在轴力作用下,不同长径比、桩-土模量比、液-固耦合系数时的动力刚度绝对值均比无轴力作用时减小,但随频率的变化趋势相同;轴力对桩水平振动的动力阻抗影响显著,随着轴力的增加,桩的水平振动动力刚度因子的绝对值减小,若轴力继续增大,其绝对值趋近于0,桩发生失稳破坏;桩长径比和桩土模量比对桩的水平振动动力阻抗有显著的影响,而液-固耦合系数的影响较小。     

成层饱和土中考虑横向惯性的单桩纵向振动

基于饱和多孔介质理论,研究了成层饱和黏弹性土层中端承桩的纵向振动特性。首先利用Novak薄层法,得到了土层对纵向振动桩的动力阻抗。其次,将桩等效为Rayleigh-Love杆,给出了成层饱和黏弹性土中端承桩纵向振动的一般分析方法和桩头动力复刚度的解析表达式。具体分析了两层饱和黏弹性土中端承桩的纵向振动特性,得到了桩头动刚度因子和等效阻尼随频率的响应特征,讨论了物理和几何等参数对动刚度因子和等效阻尼的影响。结果表明：桩长径比、土层模量比以及桩土模量比等对桩头动刚度因子和等效阻尼有显著的影响。相比于均质土层中的桩,上层土越硬或下层为软弱土层,桩的动刚度因子和等效阻尼振动幅值增大,其周期随长径比显著变化,且对于大直径桩,动刚度因子和等效阻尼随频率呈振动变化。同时,土体与孔隙水相互作用系数和桩泊松比等的影响相对较小。其结果可作为桩基动力基础设计和动力检测等基础数据。     

水泥土搅拌桩复合地基的优化设计

运用双层地基模型的线弹性有限元程序对不同类型水泥土搅拌桩复合地基的沉降进行计算,分析了水泥土搅拌桩的桩长、置换率、桩身刚度对地基沉降的影响,同此确定了搅拌桩的有效桩长、最优置换率、最优桩身刚度。     

刚性桩复合地基桩土应力比计算及承载特性分析

分析了刚性桩复合地基中垫层、桩及桩间土的共同作用机理,考虑复合地基中桩、土变形协调,提供一种计算复合地基桩土应力比的方法;在此基础上研究复合地基中垫层模量、桩端持力层模量、桩土相对刚度比、桩长径比、面积置换率等因素对复合地基桩土应力比的影响,分析刚性桩复合地基的承载特性。     

黏弹性地基中PCC桩扭转振动响应解析方法研究

考虑土体材料的黏性阻尼和桩-土扭转耦合振动,把桩看作一维杆,将土体视作三维轴对称黏弹性介质,对黏弹性地基中现浇混凝土大直径管桩（简称PCC桩）扭转振动频域特性进行了理论研究,采用Laplace变换和分离变量的方法求得了桩顶扭转频域响应解析解。将所得解完全退化到实心桩的解,并与经典平面应变解进行对比,验证了解析解的合理性。分析了桩长以及土体黏性阻尼系数对桩顶速度导纳和复动刚度的影响,得到了各参数对桩扭转振动特性影响的规律。分析表明：桩周土黏性阻尼系数增大可以显著提高桩顶扭转复动刚度和减小速度导纳振荡幅值,而桩芯土黏性阻尼系数的影响不明显;桩长越长,桩顶复动刚度越大,速度导纳振荡幅值越小,但当桩长增大到一定程度时,再继续增加桩长,桩顶复动刚度基本没有改变。     

考虑横向效应饱和黏弹性土层中桩的纵向振动

由于饱和土中土体颗粒与孔隙水的相互作用以及桩与土体的不同渗透率,饱和土体中桩基的力学行为与单相土中桩基力学行为有很大的差别。基于饱和多孔介质理论,考虑桩纵向振动时的横向变形及惯性效应,将桩等效为Rayleigh-Love杆,在频率域中研究了饱和黏弹性土层中端承桩纵向振动的动力特性,给出了饱和黏弹性土层和桩纵向振动时动力响应的解析解及桩头复刚度的解析表达式。通过数值计算,给出了桩头动刚度因子和阻尼随激励频率的响应,考察了饱和土物性参数、桩土模量比、桩长径比、泊松比等参数对桩头刚度因子和阻尼的影响。研究表明,对于大直径桩,当外载荷激励频率较大时桩横向效应对桩头刚度因子和阻尼有显著的影响     

现浇混凝土薄壁管桩复合地基桩土应力比影响因素分析

桩土应力比是复合地基设计计算中一个重要参数。基于盐―通高速公路单桩复合地基静载试验,通过有限元模拟,研究了褥垫层模量和厚度、桩体模量、桩长、基础刚度等影响因素对现浇混凝土薄壁管桩复合地基桩土应力比的影响。结果表明所建立的模型是合理的。褥垫层模量增大或厚度减小导致桩土应力比增大,桩体模量、桩长和基础刚度的增加可使桩土应力比增加。     

刚性基础下现浇X形桩复合地基桩-土应力比分析

桩土应力比是反映复合地基承载特性的重要参数之一,可反映复合地基的荷载传递和变形机制。做为一种新型桩,目前尚未得出统一的计算X形桩复合地基桩土应力比的公式。沉淀池、滤池等构筑物是典型的具有混凝土底板（刚性基础）的结构,刚性基础下桩复合地基的承载性能有别于柔性基础。故结合南京桥北污水处理厂地基处理工程做现场静载荷试验,应用有限元软件ABAQUS建立刚性荷载板下现浇X形混凝土桩复合地基的模型,模拟不同桩身弹性模量、桩周土压缩模量、桩长、褥垫层厚度和压缩模量等参数下现浇X形混凝土桩复合地基的桩土应力比,结果表明,桩身或褥垫层模量增大、桩周土体模量减小、褥垫层厚度减小、桩长等增加都能使桩土应力比增大;现浇X形桩复合地基桩土应力比理想值为20～25,此时桩身模量取10～20 GPa,碎石褥垫层的厚度为20～40 cm,模量为30～45 MPa。     

刚性荷载下现浇X形桩复合地基极限承载力特性研究

现浇X形桩是通过等截面周边扩大原理,将圆形截面的正拱变为反拱而成的。作为一种新型的异型截面桩,目前对其极限承载力的计算仍采用规范中建议的经验公式。结合南京桥北污水处理厂地基处理工程的现场静载荷试验,应用有限元软件ABAQUS,建立刚性荷载下现浇X形混凝土桩复合地基的模型,模拟不同桩身模量、桩周土模量、桩长、褥垫层厚度和模量等参数下现浇X形混凝土桩复合地基的荷载-沉降关系,从而得出复合地基的极限承载力。结果表明,现浇X形桩单桩复合地基极限承载力比等截面面积的圆形桩单桩复合地基增大20%以上,X形桩4桩梅花形复合地基极限承载力比等截面面积的圆形桩大12.35%。极限承载力随桩身模量、褥垫层模量、桩周土体模量或者桩长的增大而增大,而且在众多影响因素中桩周土体模量对复合地基极限承载力的影响最为明显。     

现浇薄壁管桩水平受力特性三维弹塑性有限元分析

利用三维弹塑性有限元模型,对水平荷载作用下现浇薄壁管桩(简称PCC桩)受力特性进行数值模拟和分析,并与试验结果进行比较,验证了模型的合理性。利用该模型对桩长、桩径以及桩身相对刚度等影响桩受力特性的主要因素进行分析,结果表明：桩径一定的情况下,桩长对桩的破坏形式有很大的影响,弹性桩与刚性桩临界点的长径比为8左右,且弹性桩的受力主要集中在桩的上部,约为0.3倍桩长;桩径对侧向位移和弯矩都有很大影响,桩径越大,桩侧向位移越小,而最大弯矩值越大,且最大弯矩点下移;在一定程度上,提高桩体强度,有利于提高桩的抗水平变形能力,但当增加到一定程度时,效果并不十分明显。     

修正等应变假定下刚性桩复合地基固结特性分析

刚性桩复合地基固结特性是影响工程进度的重要因素。为研究外荷载作用下刚性桩复合地基固结特性，结合刚性桩和桩间土应力?应变特点对等应变假定进行修正。在此基础之上，考虑涂抹效应、桩间土和下卧层土体固结特性的影响，推导得到桩间土和下卧层土体固结微分方程。基于双层地基固结理论，考虑单级匀速施加荷载和附加应力沿深度变化等边界条件，推导得到其固结度解析解。最后，利用数值模拟方法对解析解进行验证，并对影响刚性桩复合地基固结特性的因素进行分析。结果表明：理论计算与数值模拟结果较为吻合；刚性桩复合地基固结速率受到贯入比影响较大，当贯入比较小时，与天然地基相比，其固结速率较小，贯入比较大且桩端阻力系数较小时，复合地基固结速率大于天然地基；随着贯入比、桩?土相对刚度和垫层?土体相对刚度的增大，复合地基整体固结速率加快；随着置换率的增大，复合地基整体固结速率降低。     

水泥土桩复合地基桩土应力比的解析算法

选取常用的双折线荷载传递函数,推导出一组轴向荷载-沉降曲线的解析算式,从而用其来表征桩的荷载-沉降曲线;选取双曲线函数来表征地基土的荷载-沉降曲线,推导出了水泥土桩复合地基中考虑桩-土相互作用的桩土应力比的解析算式,并讨论相关参数对桩土应力比的影响。研究结果表明,水泥土桩复合地基桩土应力比不仅与桩周土的特性有关,而且还受到桩体尺寸、弹性模量和复合地基所受的总荷载的影响。其结果为复合地基桩土应力比的计算提供了一种新思路。     

夯实水泥土桩复合地基有效桩长与桩身强度关系试验研究

通过室内模型试验,实测得到水泥土材料的破坏形式、夯实水泥土桩复合地基桩土荷载分担比、桩土应力比、桩间土深层变形等承载及变形性状。给出了文中试验条件下,给定桩身强度的夯实水泥土桩复合地基的有效桩长或有效复合土层厚度,认为设计夯实水泥土桩复合地基时,应考虑桩身强度对承载力的影响桩体,设计应以桩身强度控制,使由桩身强度确定的单桩承载力大于（或等于）由桩周土和桩端土的抗力所提供的单桩承载力。     

基于能量法的轴横向荷载作用下单桩受力变形分析

轴向和横向荷载作用下单桩的受力变形分析是桩基研究的重点内容之一。单桩在水平荷载作用下会产生一定的水平位移与弯矩,而此时作用轴向荷载会使得桩体出现一定的压曲与附加弯矩,以致轴横向荷载作用下的单桩受力变形与单独作用水平荷载或轴向荷载的单桩存在较大的区别。故本文基于能量法,首先分别建立轴横向荷载作用下单桩的受力变形能量方程以及桩周土体能量方程,然后考虑桩土变形协调与一定的桩土相互作用,基于最小势能原理得到单桩变形控制微分方程,并采用幂级数法进行求解,最终得到轴横向荷载作用下单桩受力变形分析的幂级数解答。通过编程计算,将本文方法计算结果与试验结果、数值分析结果、规范法计算结果进行对比分析,验证了本文方法的合理性和可行性。在此基础上,基于本文解答进行了影响参数分析,结果表明:桩体长径比、桩土弹性模量比、桩周土模量深度变化系数均对轴横向受荷单桩的桩身水平位移与最大弯矩值有一定的影响,其中桩周土模量深度变化系数以不小于0.6为宜。     

利用载荷试验研究水泥土搅拌桩的有效桩长

本文根据某高速公路软基处理中不同桩长的水泥土搅拌桩单桩载荷试验结果,探讨了复合地基中水泥土搅拌桩的有效桩长。研究结果表明:水泥土搅拌桩的有效桩长与地基条件和桩身强度直接相关,在设计中考虑有效桩长有其必要性。最后,作者对有效桩长的确定方法提出了建议。