基于桩基静载试验的地基附加应力分布规律研究

在桩基静载试验中,荷载通过压重平台支墩支撑于地基,由千斤顶分级转移至试桩,堆置的荷载引起基准桩下地基内部产生附加应力,附加应力的增减引发地基土层的压缩、回弹变形,造成基准桩相对于试桩产生升降位移,对桩基静载试验产生影响。为研究地基变形对静载试验结果的影响程度,本文对压重平台下地基不同位置、不同深度的附加应力量值进行计算,对其分布规律进行分析研究。     

条形均布荷载下横观各向同性弹性地基中附加应力的分布规律

本文评述了条形均布荷载下横观各向同性弹性地基中附加应力的诸户［２］解析解和近似解，并提出了笔者的近似简化公式，该公式简明地显示出附加应力在分布规律上与各向同性地基之异同点，可供工程界方便地加以利用。     

斜坡应力分布的系统测试与反演分析

采用简易、快速、经济的洞壁应力恢复法对某工程边坡勘探平硐洞壁应力场作了系统测试, 并采用FLAC2D软件对测试成果作了斜坡初始应力的反演分析。结果表明, 斜坡应力场随深度变化具有明显分带性, 应力量值随硐深曲线具有典型的驼峰式特征, 与理论分析结果相符, 表明该方法能较好地应用于斜坡应力场的系统测试和研究。成果对认识斜坡岩体的变形破裂及卸荷特征等具有重要意义。     

桥台地基附加竖向压应力通用计算公式

台后路堤及锥体将在桥台地基中产生附加竖向压应力,它是桥台设计中计算桥台不均匀沉降、桥台前移、桥台桩基侧压力和挠度的关键参数。根据有关力学原理,推导了任一宽度台后路基及锥体引起桥台地基附加竖向压应力的计算公式,解决了现有规范中计算桥台基底附加竖向压力方法只适用于单线铁路路基和查表内插易产生误差的缺点,并易于利用计算机编制程序进行计算。     

结构物附加应力对砂土地基液化影响分析

阐述了砂土地基的液化机理,分析了在工程结构物附加应力作用下砂土地基的影响区域与压缩再密实过程,给出了附加应力作用下砂土地基液化的进一步判别方法。指出在基础周围和过渡应力区Ⅱ存在液化薄弱区,是工程抗液化处理的重点防范区域。     

新型预应力路基水平附加应力计算的图表法

水平预应力自坡面向路堤内的传播特征与扩散规律是预应力路基加固法需要解决的关键问题。基于弹性理论,推导了预应力路基内的水平附加应力计算公式,通过大量布点计算获得了6种典型坡率下预应力路基内的水平附加应力扩散系数图表,并分析了不同坡率和侧压板边长比下路基内水平附加应力扩散规律。研究表明：（1）可通过边坡坡率1:m、侧压板边长比l/b和计算点水平深度与板宽之比h/b三个无量纲参数,结合图表法快速、准确地获得预应力路基内任一点处的水平附加应力扩散系数KH;（2）不同路堤坡率下,板下（上）角点处水平附加应力扩散系数KHD(KHU)-h/b关系曲线基本趋同,板下角点处KHD随h/b的变化规律以临界板尺寸比(l/b)c为界,可分为先增后减和逐渐减小两种,而板上角点处KHU则随h/b的增加而逐渐减小;同一路堤坡率下,KH随l/b的增加而增大,但增加速率逐渐减小;（3）当侧压板距路肩线净距大于2.0倍板宽时,图表法插值所得附加应力与理论公式结果及数值仿真结果吻合良好,论证了图表法及理论公式的可靠性和适用条件。研究成果可为预应力路基设计提供一种快速且简便的设计参考蓝本,系一种高效集成法。     

斜坡基桩水平极限承载力及影响因素模型试验和数值模拟

斜坡上的基桩具有承重和阻滑的双重功能,其受力变形性状远比平地上的情形复杂。采用模型试验和数值模拟相结合的方法研究了其水平承载特性及影响因素。模型试验结果表明：临坡距对基桩的水平承载变形性能有较大影响。同一级荷载下,临坡距较大的桩身水平位移小于临坡距较小的基桩;临坡距较大基桩的临界荷载和极限承载力也大于临坡距小的基桩。数值模拟研究结果表明：基桩水平极限承载力随着斜坡坡比的增大而减小,随着临坡距的增大而增大,与模型试验的结果基本一致。对比分析了斜坡和平地基桩水平承载变形性能的差别,得出了可考虑坡比和临坡距的斜坡基桩水平极限承载力简便计算方法,可为有关规范的修订以及工程设计提供参考。     

均布矩形荷载作用下土体各向异性对附加应力分布的影响

简要地介绍了均布矩形荷载作用下考虑土体各向异性的附加应力计算公式,编制了相关程序计算了各种不同情况下的附加应力系数,并与各向同性情况下的附加应力系数进行了对比。在此基础上,详细地分析了均布矩形荷载作用下土体的各向异性对附加应力分布的影响。     

刚性承台下刚性桩复合地基附加应力研究

复合地基内任一点的附加应力都是由桩间土所承担上部荷载和桩侧摩阻力及桩端阻力分别引起的附加应力叠加组成。根据荷载传递规律和现场试验,假定桩侧摩阻力沿深度半梯形分布,考虑到桩径的尺寸效应,采用Mindlin解对桩侧摩阻力和桩端阻力进行二次积分计算,求得桩上部荷载引起地基内任一点附加应力,桩间土上部荷载引起的附加应力采用Boussinesq解直接求得,最终叠加求得总附加应力。经工程实例验证,方法合理可行。     

抗滑桩加固斜坡软弱地基路堤的数值模拟

在路堤荷载作用下,斜坡软弱地基易产生侧向变形过大、滑塌失稳等病害。路堤下坡脚处采用钢筋混凝土抗滑桩,以有效限制地基侧向变形,是斜坡软弱地基路堤的核心设计原则。采用三维快速拉格朗日有限差分法,经与室内土工离心模型试验成果对比、校核,建立抗滑桩加固斜坡软弱地基路堤的精细化数值分析模型,研究抗滑桩桩距、桩长、桩身弹性模量、桩身横截面尺寸及桩位等设计参数对其内力、变位的影响。研究表明：下坡脚处实施抗滑桩可显著约束斜坡软弱地基侧向变形;需综合考虑桩身受力、经济性、施工等因素确定合理的桩距;桩长应深入滑移面以下,但随着桩长的增长,加固效果增长不明显;随着桩身弹性模量、桩身横截面尺寸的增加,抗滑桩的加固效果得到一定提高;抗滑桩宜设置在下坡侧路堤边坡的中部。     

Y型桩桩端阻力产生附加应力的分析计算

Y型沉管灌注桩截面形式复杂,截面几何特性存在4个独立控制变量、8个积分区间。Y型桩桩端均布荷载在地基内部任意点产生附加应力系数的解析表达式求解困难,目前尚无得出简单的解析表达式。借助数学分析软件Mathematica的NIntegrate数值积分功能,以及Geddes推导应力解的思想,得出了Y型桩桩端均布荷载作用在地基内部任意点竖向附加应力系数的数值计算方法,经校核有很高精度。分析了Y型截面4个独立变量外包圆半径R、模板弧度?、开弧间距s、夹角度数? 对附加应力系数的影响及采用Geddes应力解计算产生的误差。分析了随荷载作用面积变化、计算深度变化Y型、三角形、矩形、方形、圆形、圆环、H形、T形截面桩端均布荷载作用在地基内部时截面中心点下附加应力系数的差异及变化规律。将考虑Y型桩截面形状的附加应力计算方法应用于Y型桩单桩的沉降计算,计算结果与静载荷试验数据吻合较好。     

刚性桩复合地基应力场分布的试验研究

刚性桩复合地基沉降计算问题目前尚未得到较好的解决,主要原因之一:是不甚了解复合地基中应力场的分布规律。为此,在两种土质中各进行了1组9桩复合地基试验。在桩间土及桩身分别埋设压力盒和钢筋计,对刚性桩复合地基桩间土不同深度的竖向应力、桩身轴力、侧摩阻力进行了仔细地观测。所得结果揭示了桩间土竖向应力σ_z、桩侧阻的分布规律以及荷载传递的全过程。试验结果可以为复合地基沉降计算的假定提供合理依据,同时,能够为荷载传递机理的研究带来帮助。     

局域地应力场获取的插值平衡方法

针对由整体地应场插值计算局域地应力场的问题计算量大、受地质结构的影响大、不过分追求高精度等特点,改进了反距离加权插值法,考虑了单元体积的影响,提高了该方法在此问题中的适用性。基于此,提出了平面问题、三维地面和地下工程局域地应力场的求取策略,建议了边界全平动约束和法向约束两种边界条件,并验证了其合理性和适用场合。最后,在大型水电工程深切河谷坝肩边坡分析中进行了应用分析。结果表明：该插值方法简单实用,能够满足工程分析的精度要求;局域地应力场的求取策略计算效率高,计算精度能够满足工程分析的要求。     

双圆盾构施工引起邻近桩基附加荷载的分析

应用“源汇法”理论,推导了双圆盾构隧道土体损失产生的三维附加应力计算公式。研究了双圆盾构机正面附加推力、盾壳与土体之间的摩擦力以及土体损失在邻近桩基上引起的总的附加荷载的分布规律。研究结果表明：在双圆盾构开挖面前方地下桩基受到挤压力作用,在开挖面后方负值附加荷载逐渐增大产生拉力,同时双圆盾构机轴线深度附近的桩基部位处产生较大的拉应力和压应力;双圆盾构机与土体之间的摩擦力在附加荷载中特别是y方向的附加荷载起主导作用;垂直于管片方向的附加荷载值较推进方向大,但影响范围小;竖直方向的附加荷载较小,靠近隧道轴线附近的桩基部位受到的附加荷载方向与两端相反,曲线呈“弓”形分布。经与数值模拟、离心试验、现场实测结果对比分析,验证了应用解析解研究双圆盾构隧道开挖对邻近桩基影响是可靠的。     

加筋土计算中等效附加应力法的改进

等效附加应力法的基本思路是把加筋土中筋的作用等效成外力加在土骨架上,取加筋土中的土体进行计算。这种方法能够适用于纤维加筋、分层加筋和土钉墙等不同情况,且能够克服一般复合材料方法中复合材料本构模型难以建立,和把筋土分开考虑的方法中接触面单元过多的弊病。但以前的等效附加应力法需要迭代计算,这给有限元编程带来困难,而且不利于已有程序的改编。对等效附加应力法进行改进,只要在原有土的弹性矩阵或弹塑性矩阵中加上一个附加矩阵就可以直接求解。这就使得不需要迭代就可以直接应用等效附加应力法进行加筋土计算,大大简化了编程难度,改进方法的提出有助于等效附加应力法的推广应用。     

新型预应力路基坡面法向附加应力扩散规律分析

以新型预应力路基为研究对象,基于弹性理论推导预应力加固结构（侧压板和预应力筋）作用下路堤内沿坡面法向的附加应力扩散系数计算公式,并获得侧压板正下方及其2个外延方向的预应力扩散规律。研究表明：（1）理论公式适用的边界条件为侧压板（边长为0.9 m）离路肩距离不小于1倍板宽;（2）法向分解力产生的扩散作用显著大于切向分解力;（3）由于切向荷载作用,侧压板正下方土体的总扩散应力随深度由“腹鼓形”差异分布逐渐过渡呈“腹平状”较均匀分布;（4）各深度平面上最大扩散系数位置随深度发展在作用区中轴线上不断变动;（5）不同区域的扩散效果为板体正下方>上边界外侧>左右边界外侧>下边界外侧,板体两外延方向的平均有效扩散深度达1.6 m。基于ABAQUS有限元软件建立三维精细化路堤模型对理论解进行验证,发现二者结果（包括路肩处）吻合良好,论证了扩散系数理论公式的正确性及适用条件。最后,基于多块侧压板作用下附加应力的分布情况,探寻侧压板的合理布置间距,保障路堤内一定深度处形成一道连续、有效且较为均匀的预压区,改善路堤土的受力状态,并对路堤边坡提供侧向强制约束,利于路基长期稳定。     

基于数值应力场的边坡临界滑动场

数值分析方法（有限元、有限差分等）可计算边坡应力、变形和破坏,但直接计算边坡安全系数比较困难;而极限平衡法需对边坡体内力作出假设,计算精度受到限制。利用数值分析方法计算得到的应力场,重新定义推力最大原理中推力的含义,将常规边坡临界滑动场数值模拟方法作进一步的改进,提出基于数值应力场的边坡临界滑动场方法。该方法可充分发挥两大方法的优势,能够准确、方便地搜索出边坡临界滑动面位置,并给出更合理的边坡安全系数。通过两个算例的稳定性分析,并与其他方法进行比较,验证了该方法的准确性和合理性。     

基于实时更新数值模型的高陡边坡动态仿真分析方法及应用

在水电工程中,河谷两遍的工程边坡具有尺度大、高而陡的特点。同时这些边坡服务年限长,稳定性要求高。对于耦合考虑施工进度和工程安全的动态分析还较少涉及。由于地质参数、边坡结构和开挖支护的实时变化,对边坡工程安全的实时评价已成为制约水利水电工程建设安全的关键技术问题。考虑边坡施工过程中开挖进度的调整、新地质信息的揭露、支护方案的修改及计算参数的修正等信息实时变化的客观实际,重点针对目前较少涉及的施工期高边坡工程安全的实时分析和控制问题,提出了基于数值模拟技术的边坡实时安全仿真方法;基于数据库技术和ABAQUS二次开发技术实现施工进度信息、地质信息及支护信息到数值计算模型的动态映射,开发了边坡安全实时分析系统,最终实现了与施工进程相适应的边坡安全状态实时仿真分析和预测。