积分方程法研究均质地基中单桩的工程性状

采用积分变换方法求解弹性半空间中圆形荷载的基本解,按照虚拟桩法建立分析模型,基于圆形荷载的基本解推导出单桩分析的第二类Fredholm积分方程,对其进行数值计算求得桩身各点处的轴力、剪力和位移等,与经典的弹性解答相比,本文的理论更为严密.通过对单桩的荷载传递、沉降特性以及临界桩长等问题的参数分析,得出一些具有工程应用价值的结论.     

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。     

单桩与带承台单桩荷载传递特性的比较试验

对单桩和带承台单桩进行静载试验比较,桩身与承台下传感器得到了如下荷载传递特性：桩顶荷载分担比随总荷载增加而减小,承台使上部桩身轴力分布平缓,桩侧摩阻力受到削弱,摩阻力传递函数出现软化现象,但同时下部摩阻力发挥得到增强,而桩顶刚度变化不大。这些成果对于桩与承台共同作用特性研究具有重要参考价值。     

饱和土中单桩水平瞬态响应研究

基于Biot动力固结方程,应用Novak薄层方法研究了饱和土中单桩在水平冲击荷载作用下的动力响应问题。首先引入势函数对方程解耦,再通过算子分解和分离变量法,结合初始边界条件,并联立桩基振动微分方程,推导了Laplace变换域内桩身位移函数及内力表达式。采用Laplace逆变换的优化模型求得了时域内瞬态响应的封闭解。将该解退化到单相介质条件下的桩顶位移-时间曲线与已有的边界元方法的结果基本吻合,验证了解答的正确性。参数分析结果表明：桩-土模量比、长径比、渗透系数对桩身位移均影响显著,而同条件下长径比超过一特定值后则影响较小,且桩土模量比是影响桩身弯矩大小及其分布的重要参数。     

竖向力与水平向力同时作用下管桩的性状研究

用解析方法研究了管桩在轴向力和水平向力（倾斜力）联合作用下的受力及变形性状。在高层建筑、桥梁工程、海洋工程、新型海堤护岸等工程中桩基自由长度上作用土压力、风荷载、波浪荷载等荷载型式,基桩经常在竖向、水平向荷载同时作用下工作。国内外学者通过大量试验和理论研究得出了计算竖向、水平向荷载下基桩内力和挠度的半经验公式以及张氏法公式。为了分析竖向、水平向荷载同时作用下自由荷载的作用,在现行m法假设的基础上,从弹性桩的挠曲微分方程出发,导出了任意自由荷载作用下桩任意截面的水平变位、倾角、弯矩、剪力和地基反力计算表达式。桩的挠曲微分方程是分段函数,包括地上部分和地下部分桩,相应的内力和变位求解也分为两段。最后通过一个算例分析了桩顶竖向荷载、桩顶水平力和自由荷载对桩身的受力性状各参数的影响。计算结果表明, 桩顶水平力对桩身最大弯矩和桩顶水平变位的影响最大,而桩周内外摩阻力及桩身自重对桩身受力性状影响较小。     

水平荷载作用下单桩非线性m法试验研究

通过对大量模型试验结果的分析，提出了简便合理的水平荷载作用下单桩的计算方法。该方法将常用m法中单一m值与位移建立指数关系，并由bm有k两参数来描述。将这一关系引和常用单桩m法计算中，则计算结果可考虑单桩非线性响应影响。     

基于荷载传递法的单桩非线性受力性状分析软件开发及其应用

基于荷载传递法的单桩非线性受力性状分析软件,可灵活选用不同的荷载传递函数如双曲线模型和软化模型等分析单位侧阻与桩土相对位移间的关系及桩端位移和桩端阻力间的关系,并将桩分成若干桩段以考虑地基土的成层性,且在分析单桩的非线性受力性状的过程中可考虑地下水的影响。该软件得出的单桩受力性状与实际情况吻合较好,提出的基于荷载传递法的单桩非线性受力性状的分析软件是合理可行的,在单桩非线性受力性状的分析上具有一定的实用价值。     

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。     

考虑桩顶附加质量时的单桩水平动力响应分析

基于动力Winkler模型,采用与频率相关的刚度系数和阻尼系数来模拟土对桩的动反力,得到了黏弹性地基中考虑桩顶附加质量时的单桩水平动力响应解析解。研究了桩土模量比、桩体长径比以及激振频率对桩基动力响应的影响。分析表明,当考虑桩顶附加质量时,桩体位移总体上有减小的趋势;无量纲频率对桩体水平位移的影响程度要远远大于不考虑桩顶附加质量时的情况。     

水平荷载下纵截面异形桩承载特性试验

针对纵截面异形桩（扩底桩和楔形桩）、等混凝土用量常规等直径桩的水平向承载特性进行对比模型试验研究,测得不同水平荷载等级下扩底桩和楔形桩的内力、变形、极限承载力和桩侧土压力分布等变化规律特性;初步探讨3种桩型的水平极限承载特性和桩侧土压力分布规律。考虑纵向截面异形效应,基于水平土抗力与水平位移（p-y）曲线法建立纵截面异形桩水平向承载特性理论计算方法,进一步分析弯矩分布规律,并开展影响因素分析。研究结果表明,在当前试验条件下,等混凝土用量楔形桩的水平向承载力比等直径桩的高,砂性土和黏性土中楔形桩水平向极限承载力约分别为等直径桩的1.25倍和1.33倍。相关研究成果可为今后类似土层下水平受荷纵截面异形桩的设计与计算提供参考依据。     

均质弹性地基中单桩的扭转振动特性研究

利用积分方程的方法研究了均质弹性地基中单桩的扭转振动问题。在分析过程中,首先利用积分变换的方法得出均质弹性地基内作用一埋置扭矩时的基本解。基于基本解,根据变形协调条件建立了控制单桩扭转振动特性的第2类Fredholm积分方程。对所得积分方程进行数值求解得到单桩扭转振动时的扭矩和扭转角及动力柔度系数,并对其进行了参数分析。所得结论对桩基础设计与计算以及桩基低应变扭转波动测技术有一定的指导意义。     

海上风电桩基础竖向承载力循环弱化简化分析

提出了一个考虑循环衰减作用的软黏土弹塑性损伤弱化模型,在此模型基础上建立了一个基于剪切位移法的单桩竖向承载力简化计算方法,并利用大型有限元软件进行了不同循环荷载水平下单桩竖向承载力的计算。为了证明简化方法的准确性与有效性,将计算结果与有限元计算结果进行对比,二者的吻合度较高。先期循环荷载能引起单桩竖向承载力弱化,并且弱化程度随先期循环荷载水平的增加而增加。最后将简化方法应用于某海上风电场桩基础承载力的计算中,结果表明,提出的简化方法可应用于实际工程问题的分析。     

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。     

单桩侧向承载力的试验研究

通过对单桩进行一系列在侧向力作用下的试验,研究桩-土体系内的应力、位移分布情况和桩水平承载力的计算方法,并对提高单桩在侧向力作用下的承载力提出了一些建议。     

上海地区单桩水平承载力的若干影响因素研究

结合上海软土地区12个场地57根单桩水平静载荷试验,研究建筑桩基单桩在水平荷载作用下的受力特点。根据试验实测数据,探讨不同桩径、不同试验加载方法及灌芯对预应力空心桩受力性状影响等因素,认为建筑工程中,可选择桩径较大或者采用在桩顶一定范围内扩大桩径的做法进行单桩水平承载力优化设计,试验加载方式建议可采用单向单循环恒速水平加载法,预应力空心桩顶部灌芯可作为水平承载力的安全储备,为软土地区类似工程的单桩水平承载力的设计和理论研究提供参考。     

考虑砂土密实度影响的单桩竖向循环加载模型试验

采用自主设计的长期循环加载装置,进行了不同密实度砂土中单桩竖向循环加载模型试验,考虑砂土密实度的影响,建立了循环累积位移预测模型,并对其适用范围进行了探讨。试验结果回归分析表明,第1次循环累积位移与循环荷载比呈指数函数模型变化,模型参数与砂土密实度有关。在一定循环累积位移速率范围内,桩顶循环累积位移与循环次数幂函数模型的预测值与实测值吻合较好,但循环累积位移速率受砂土密实度的影响,因此,应对桩顶循环累积位移的发展规律进行分区,以考虑砂土密实度的影响。     

考虑应力扩散时桩端土性对单桩沉降影响分析方法

基于虚土桩模型,分析了层状地基中桩端土性对单桩沉降特性的影响。首先,以虚土桩扩散角反映桩端土层应力扩散效应,将桩端一定锥角范围内由桩端至基岩面的土体视为虚土桩,并根据其变截面特性,将虚土桩沿纵向划分为有限个微元段。然后,对桩及虚土桩桩侧土体采用理想弹塑性荷载传递模型,利用荷载传递法,推导了层状地基中以桩侧土塑性发展深度为变量的单桩荷载-沉降递推计算方法,并进一步得到了桩身轴力及桩侧摩阻力递推计算式。在此基础上,给出了荷载传递模型参数选取方法,并分析了虚土桩临界深度的影响因素及由实测荷载-沉降曲线反演虚土桩扩散角的可行性。最后,利用该方法分析了桩端沉渣和软弱下卧层对荷载-沉降曲线的影响。结果表明,考虑桩端土层应力扩散效应时,通过计算得到的桩顶及桩端荷载-沉降曲线与实测曲线吻合较好;当桩端存在沉渣或软弱下卧层时,采用虚土桩模型的单桩沉降计算方法可以在一定程度上反映沉渣特性及软弱下卧层埋深等因素对桩顶荷载-沉降曲线的影响。     

A new model for the vibration isolation via pile rows consisting of infinite number of piles

In this study, on the basis of the Floquet transform method, a numerical model for the simulation of the vibration isolation via multiple periodic pile rows with infinite number of piles is established. By means of the fictitious pile method due to Muki and Sternberg, the second kind of Fredholm integral equations for the pile rows are developed by using the fundamental solutions for the half‐space and the compatibility conditions between the piles and half‐space. Employing the Floquet transform method, integral equations for the pile rows in the wavenumber domain are then derived. Solution of the integral equations yields the wavenumber domain solution for the pile rows. The space domain solution can then be retrieved by inversion of the Floquet transform. Numerical results show that the proposed model with the Floquet transform method is in a good agreement with those of the conventional direct superposition method. On the basis of the new model, influences of the spacing between neighboring piles, the Young's modulus of the piles, and the pile length on the vibration isolation effect of the pile rows are investigated. Numerical simulations conducted in this study show that compared with the direct superposition method, the efficiency of the proposed model for simulation of the vibration isolation via pile rows is very high. Copyright © 2012 John Wiley & Sons, Ltd.     

基于荷载传递法的CFG桩复合地基沉降计算

深入分析了CFG桩复合地基的荷载传递机制,针对CFG桩复合地基中桩、土、垫层相互作用特点,基于荷载传递法,通过简化桩土单元体竖向相对位移分布模式,引入弹塑性荷载传递模型,并考虑桩体的上刺与下刺变形,建立出CFG桩复合地基沉降计算的基本微分方程,进而提出了一种新的能考虑桩-土-垫层体系共同作用的复合地基沉降计算方法。采用该沉降计算方法对某试验进行分析,其结果表明,沉降计算值与实测值吻合较好,且该方法计算工作量小,便于工程应用。     

基于积分方程法的大地电磁三维反演

采用积分方程法计算均匀半空间中三维异常体的大地电磁响应,然后利用阻尼最小二乘法反演得到地下三维异常体电阻率分布。在计算灵敏度矩阵时,将灵敏度矩阵分为线性项和体现反演过程非线性的偏微分项进行求解,提高了计算精度。理论模型反演结果表明,反演较准确,对初值依赖性小,且只针对异常体剖分单元进行反演,反演效率较高。