工作荷载下温度循环对桩基变形与应力的影响分析

目前针对工作荷载下温度循环对桩基承载力特性的研究相对较少,基于室内模型试验方法,对饱和砂土中工作荷载下桩体在多次冷热循环作用时的承载特性和传热特性进行研究,测得温度循环作用下桩体和桩周土体温度、桩周水平土压力、桩体应变以及桩顶位移随时间的变化规律。试验结果表明,施加温度循环作用后桩体及桩周土体温度变化不大,桩周水平土压力也能基本恢复到初值,但在桩体内部则会产生较少残余应变,桩顶下沉并随着循环次数的增加不断累积,从而影响结构的整体承载能力。     

矩形壁板桩群桩竖直承载特性的理论分析

矩形壁板桩不具有圆形桩的轴对称性,因此壁板桩群桩的承载特性及群桩效应不仅受桩间距的影响,而且受桩身截面形状以及群桩布置方式的影响。为分析这些因素,利用Mindlin方程和静力平衡条件建立了求解有无刚性承台时壁板桩群桩的荷载沉降计算方法。分析结果表明,在设计群桩时壁板桩应尽可能沿其纵向布置（即沿壁板桩的长边方向布置）;对于具有常规截面尺寸的壁板桩,桩的对边距应超过2 m,以减小群桩效应。     

均质土中竖向受荷X形混凝土桩的三维弹性变分解

现浇X形混凝土桩(简称XCC桩)是一种典型的横截面异形桩,其受力特性不同于常规圆形桩,即存在所谓的"异形效应",目前仍缺乏考虑XCC桩-土相互作用更严格的理论分析方法。为研究均质土中竖向受荷XCC单桩异形效应对桩基沉降的影响,基于变分原理导出考虑土体竖向和水平位移的桩-土体系控制方程,并对复杂边界平面内的控制方程进行了保角变换,借助Matlab编写差分程序,获得桩身位移函数、土体竖向和水平位移函数的半解析解。以桩身位移函数为例对差分程序的进行了收敛性验证,将所求桩位移函数与现有理论解对比,结果吻合较好;与ABAQUS有限元结果比较,也具有合理的一致性。最后,对影响桩沉降的主要因素进行了参数分析,同时将XCC桩与等截面圆桩以及等周长圆桩对比,探讨了其异形效应对无量纲化桩体刚度的影响,而后,给出了XCC桩相对于等横截面圆桩无量纲化桩顶刚度增加百分比的拟合公式。     

多支盘水泥土桩的非线性有限元分析

本文用Ansys分析了多支盘水泥土桩复合地基中的桩体应力、桩间土应力和位移,总结了多支盘水泥土桩的承载特性:设置多支盘,承载力增加约40%,桩侧受力约占90%,第一个支盘受力最大,承载力随盘数、盘径、盘距、桩体弹性模量等产生变化。并分析了多支盘桩的弹性模量、盘数、盘径对复合地基变形的影响。     

水平受荷壁板桩群桩的变分法分析

将壁板桩桩身水平位移用有限级数函数表示,地基土体的荷载位移关系用Mindlin点对点的位移解表示,同时考虑桩前水平土阻抗力和桩侧水平摩阻力沿桩周分布的不均匀性,采用双重高斯数值积分法将基于变分原理建立的壁板桩群桩体系的总势能展开为简单的矩阵形式方程,并根据最小势能原理得到水平受荷壁板桩群桩荷载位移关系的显式解答。与三维有限元方法计算结果的对比验证了所提出解答的合理性。     

U型、W型和螺旋型埋管形式能量桩热力学特性对比模型试验

能量桩是一种可以节省地下空间和施工埋管费用的新技术,目前针对其在供暖和制冷过程中土体和桩基之间的相互作用机制研究却相对较少。基于模型试验方法,系统地研究了饱和砂土中单U型（绑扎和预埋形式）、W型和螺旋型等4种不同埋管形式情况下的能量桩热力学效应、传热和承载特性,测得桩体和桩周土体温度、桩端阻力、水平土压力、桩顶位移以及桩体应变随时间的变化规律。试验结果表明,在相同输入功率情况下W型埋管形式桩体的温度、土体压力、应力和桩顶位移均较螺旋型和U型埋管形式的情况大。     

多次温度循环对能量桩桩顶位移影响分析

能量桩是一种在承载上部建筑荷载的同时获取地热能源的新技术。但目前对于能量桩在冷、热循环过程中尤其多次冷、热循环情况下的热力学效应研究较少。基于模型试验方法,针对预埋钢管单U型新型能量桩,开展工作荷载作用下多次冷、热循环时的传热特性和承载特性,尤其是桩顶位移变化规律的研究;并开展无荷载作用下单次冷、热循环试验进行分析。试验结果表明,冷、热循环引起的桩体热应变,在加热时桩体内部产生压应力,而在制冷时桩体内部产生拉应力,同时温度引起桩侧不同部位分别产生正摩阻力和负摩阻力。相较于工作荷载,无荷载作用下加热会使桩体位移上升约41%,而一次加热与制冷循环作用后,无荷载作用下桩顶残余位移约为工作荷载作用下的10%。多次冷、热温度循环会导致桩体沉降不断积累。     

壁板桩群桩竖直荷载沉降关系的变分法分析

将壁板桩桩身竖向位移用有限级数函数表示,地基土体的荷载位移关系用Mindlin点对点的位移解表示,同时考虑壁板桩桩身剪应力沿其周边以及桩底法向应力沿桩底面分布的不均匀性,采用双重高斯数值积分法将基于变分原理建立的壁板桩群桩体系的总势能展开为简单的矩阵形式方程,并根据最小势能原理得到壁板桩群桩竖直荷载沉降关系的显式解答。与近似三维分析方法计算结果的对比验证了所提出解答的合理性,也展示了其计算速度更快,计算存储量要求更低的优点。     

CFS桩处理软弱地基的试验研究

介绍了一种新兴的地基处理技术--水泥粉煤灰钢渣桩（CFS）。采用现场大面积堆放钢坯的方式,模拟研究了CFS桩复合地基工作期间的承载特性,得出了堆载条件下基底的最终沉降量、桩间土体深层水平位移及竖向附加应力分布、临近的人工挖孔桩水平位移及其桩体前（后）附加应力变化等规律,探讨了堆载作用下CFS桩复合地基-临近桩体的共同作用机理。此外,研究了CFS桩施工所引起的环境效应,得出了CFS桩成桩过程中地基土侧向附加应力在水平、垂直方向上的变化规律及A,B试验区受桩体施工影响的地面隆起量。     

珊瑚砂地基中膨胀混凝土桩竖向受压承载性能研究

为研究珊瑚砂地基下膨胀混凝土桩竖向承载特性,开展了室内单桩竖向静载模型试验,分析了膨胀混凝土桩的单桩荷载-位移曲线以及轴力、桩侧摩阻力等沿桩长分布特性,与PLAXIS 3D软件数值模拟结果进行对比并探究了线膨胀率对承载特性的影响。结果表明：珊瑚砂中膨胀混凝土桩的荷载位移曲线呈现缓变型,在加载过程中,荷载主要由桩侧摩阻力承担,轴力随着深度的增加而减小,桩侧摩阻力随深度先增加后逐渐减小,随荷载的增加逐渐发挥作用。随着膨胀剂用量的增加,桩身线膨胀量逐渐增加,桩-土相互作用更加明显。添加25% HCSA型膨胀剂可提高近20%的极限承载力和56%的极限侧阻力,提高桩体线膨胀率可以有效提高桩的极限承载力和侧摩阻力。该研究可为珊瑚砂桩基工程设计提供参考。     

软土地区超长抗拔桩成桩选型研究

对软土地区长抗拔桩中常用的常规直桩、扩底桩、注浆直桩的承载力性状进行了比较分析,研究了不同桩型的荷载传递规律和承载力提高机理,并引出其荷载一位移的理论计算公式,认为抗拔桩存在“有效桩长”。通过对某沿海城市不同超长抗拔桩的现场抗拔试验,分析比较了各种桩型在30mm上拔位移控制值下的单桩承载力和桩侧摩阻力分布规律,认为超过“有效桩长”的设计是不经济的,注浆直桩可以提高安全系数,宜优先选用注浆直桩。     

加载速度对断层-围岩系统变形及快速回跳的影响

在平面应变状态下,采用拉格朗日元法模拟了加载速度对断层-围岩系统形成时的应力水平、塑性区尺寸及剪切带图案、系统的最大承载能力以及快速回跳发生时的应力水平的影响。在数值计算中,采用了莫尔-库仑与拉破坏复合的破坏准则。峰后岩石的本构关系为线性应变软化。通常断层带-围岩系统形成之后系统的承载能力达到最大,之后系统的承载能力开始下降处于应变软化状态。当位于试样加载端上的单元的压缩应力-压缩位移曲线的峰后刚度足够大时,系统就会发生弹性回跳现象,即失稳破坏。随着加载速度的增加,断层带-围岩系统形成时的应力水平、断层带-围岩系统的最大承载能力、快速回跳发生时的应力水平及上述三者所对应的加载端部位移都增加,屈服单元数目增多,塑性区域不再保持平直,这都将大大增加系统的变形阻力。当加载速度较大时,较高的剪切应变率集中在断层带位置及断层带之外的弹性体的某些区域都是可能的。     

软土地基电渗固结理论分析与数值模拟

电渗固结是加速软土固结、提高地基承载力的有效技术。传统的电渗固结理论假设土体的物理力学、水力学和电学特性均匀稳定,其理论解答与试验结果差别较大。针对电渗固结处理过程,对土体位移场、渗流场和电场的耦合特征进行了理论分析,根据电荷守恒原理、水流连续原理和Biot固结理论,建立了电渗固结过程的多场耦合控制方程;考虑土体相关特性参数的非线性关系,开发了有限元软件用于分析电渗过程中电场强度、土体位移以及超静孔隙水压力的变化特征。计算结果与理论数据吻合较好,能够反映土体相关特性参数非线性关系对结果的影响。软件能够为电渗固结系统设计提供参考依据。     

正交各向异性岩体孔径变形法的二维地应力分析方法改进

根据正交各项异性材料的弹性理论,推导出偏轴坐标系下的三维、二维本构方程;利用应力变分法对钻孔周围的应力分布作出修正,进一步得出孔壁径向位移的计算公式。结合孔径变形法测量地应力的特点,建立正交各向异性岩体地应力的分析理论,通过一典型工程与传统的各向同性理论进行了对比。     

Wave propagation in a general anisotropic poroelastic medium: Biot’s theories and homogenisation theory

Anisotropic wave propagation is studied in a fluid-saturated porous medium, using two different approaches. One is the dynamic approach of Biot’s theories. The other approach known as homogenisation theory, is based on the averaging process to derive macroscopic equations from the microscopic equations of motion. The medium considered is a general anisotropic poroelastic (APE) solid with a viscous fluid saturating its pores of anisotropic permeability. The wave propagation phenomenon in a saturated porous medium is explained through two relations. One defines modified Christoffel equations for the propagation of plane harmonic waves in the medium. The other defines a matrix to relate the relative displacement of fluid particles to the displacement of solid particles. The modified Christoffel equations are solved further to get a quartic equation whose roots represent complex velocities of the four attenuating quasi-waves in the medium. These complex velocities define the phase velocities of propagation and quality factors for attenuation of all the quasi-waves propagating along a given phase direction in three-dimensional space. The derivations in the mathematical models from different theories are compared in order to work out the equivalence between them. The variations of phase velocities and attenuation factors with the direction of phase propagation are computed, for a realistic numerical model. Differences between the velocities and attenuations of quasi-waves from the two approaches are exhibited numerically.     

二阶声波方程频域PML边界条件及频域变网格步长并行计算

研究了二阶声波方程频域PML边界条件和频域变网格并行计算技术。PML边界是一种较为理想的吸收边界方法,多用在求解时域应力速度方程中,但对于频域声波正演,二阶位移方程更常用。从一阶声波方程PML吸收边界条件导出频域二阶位移方程PML边界条件,模拟算例得到的频率切片、时间切片和地震记录对比都说明该边界条件吸收效果很好。频域单炮正演不同频率间是独立的,据此低频部分采用大网格计算,高频采用小网格,实现变网格步长计算技术,这是较时间域正演的一个优势,在保证模拟质量的同时,减少计算量和内存消耗。     

路基荷载下PCC刚性桩复合地基沉降简化计算

将路堤荷载作用下的刚性桩复合地基变形,简化为只有竖向变形,水平变形可以忽略,然后,应用土体的平衡、几何、物理方程,建立沉降计算的控制方程。桩土界面的接触条件按位移协调或产生滑移变形两种情况分别建立,采用有限差分法离散求解,可得桩、桩周土各自的沉降变形、桩土界面的摩擦力分布。与有限元分析和现场实测结果的对比表明,该简化方法具有较高的准确性,可以方便地应用到工程实际。