砂土中桩土侧向相互作用的应变楔模型修正

提出了砂土中水平受荷单桩的修正应变楔方法。从3个方面对应变楔模型进行了修正,首先假设三维被动土楔后桩身的水平位移呈非线性变化,从而使得楔形体内的水平应变不再是一常量,而是沿深度变化。其次引入了两个双曲线型的模型分别用以模拟楔形体中土体的水平应力增量-应变关系和桩-土界面处桩侧剪应力-位移关系。然后通过算例验证了修正方法的有效性,模拟结果与实测结果吻合较好。最后分析了各个修正因素对计算结果影响,结果显示,非线性位移假设的引入对原应变楔模型计算的水平承载力偏高有明显地改善,新的水平应力增量-应变关系和桩侧剪应力-位移关系的引入使得应变楔方法更加简便有效。     

考虑坡度效应的水平受荷桩应变楔计算方法

由于坡度效应的存在,常规方法并不适用于斜坡上水平受荷桩的计算,首先开展了斜坡上基桩的横向加载破坏试验,以确定斜坡上基桩的破坏模式。在此基础上,沿坡体方向对破坏土楔体进行斜向单元划分,提出了考虑坡度效应的土体应变楔模型,对于其中的关键参数应变楔深度与应变楔土体应变采用迭代求解。迭代过程中,建立基桩横向受荷的桩-土相互作用方程并用有限杆单元法求解,当求解得到的桩身地面处位移与应变楔模型中地面处土体位移之差小于某一允许值时,得到的基桩的水平位移及内力即为最终解答。通过与试验测试数据的对比,验证了该方法的合理性。最后,将土体破坏深度与边坡斜率的比值定义为陡坡效应影响范围,并对其影响因素进行了对比分析。结果表明,陡坡效应的影响范围受土体强度参数及基桩尺寸等多因素影响,其随着桩径的增加而减小,且随土体强度的增强而减小。     

砂土中水平受荷桩非线性分析

对水平受荷桩的非线性分析,多采用p-y曲线法。现行p-y曲线模型很多,曲线形式和选用的参数各不相同。分析各桩土参数对现有p-y曲线的影响,并选择合理的标准化参数将各p-y曲线归一化,采用双曲线模型拟合归一化曲线。总结目前对地基反力模量和土体极限抗力的研究,并考虑桩径、施工等因素的影响,选择合理的双曲线模型参数。通过实例对比分析,证明了双曲线模型以及参数选取的有效性和适用性。双曲线模型形式简洁,符合理想土体的应力-应变关系,并能近似拟合现有的砂土p-y曲线,可广泛用于工程中砂土水平受荷桩基的非线性分析     

基于拉格朗日乘数法的大弯矩水平受荷桩研究

水平受荷单桩常用于海上风机基础,该条件下单桩受到巨大的倾覆力矩。通过引入力和弯矩平衡的拉格朗日乘子,将桩身挠曲线泛函极值问题转化为非线性方程组。方程组求解采用牛顿法,以Matlab矩阵运算实现。所提方法适用于任意非线性或分段形式的p-y(水平抗力-水平位移)曲线,计算迅速,可模拟荷载和桩身参数的变化。与试桩资料的对比表明,所提方法计算准确。算例研究表明,加载高度与桩长相仿时,绝大部分桩基变形是由桩顶弯矩导致,水平承载力校核失去意义。通过计算不同设计参数下的桩基变形曲线,研究了海上风机单桩基础的设计问题。研究表明,单桩基础存在明显的有效桩长。设计桩径是由水平位移限值决定的,更小的桩径就能满足规范中的转角限值。     

砂土中边坡附近单桩水平抗力的模型试验研究

针对平地p-y曲线对临近边坡桩基的不适用性,开展了砂土中边坡存在对单桩水平抗力影响的室内物理模型试验。依据边坡坡角及边坡到单桩距离的不同,共进行了11次3组试验。采用分段3次多项式对实测桩身应变分布进行拟合,以推算桩身变形和桩侧抗力,有效克服了数据拟合点的奇异。对比无边坡时的试验p-y曲线、美国API规范曲线和双曲线模型,确认了平地p-y曲线的计算表达式。其次获得了边坡条件下的单桩荷载-位移曲线,揭示了边坡坡角和边坡到桩的距离对水平受荷单桩桩身弯矩分布的影响规律。根据试验结果采用折减系数修正浅层桩侧极限抗力,并引入边坡对桩侧初始刚度的削弱表达式,得到边坡条件下水平受荷单桩浅层区域双曲线p-y曲线表达式。最后通过与离心试验结果对比,验证了给出的p-y曲线考虑边坡影响时的合理性。     

水平偏心受荷群桩p乘子计算

水平偏心受荷群桩同时发生水平移动和绕承台中心的转动,使基桩的运动方向各不相同,因此基桩的运动方向成为影响群桩效应的一个关键因素。研究发现：水平偏心受荷的两根桩,前桩运动方向与两桩连线夹角0o≤η≤90o,后桩夹角?90o≤θ≤90o;量化两桩间桩?土?桩相互作用的折减系数与η和θ密切相关,η和θ组合存在一个范围,在该范围内两桩不存在相互作用;当两桩存在相互作用时,相互作用对后桩的影响往往大于对前桩的影响。通过将定量描述水平受荷群桩群桩效应的p乘子概念拓展到水平偏心受荷群桩,综合运用理论分析、试验和数值计算成果,提出了折减系数计算公式,进而给出了广义p乘子经验计算公式。通过试验案例验证了该计算公式的合理性。     

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。     

双层地基水平受荷桩受力变形分析

基于双层地基中的水平受荷桩的特性,对其受力变形进行了分析。将水平受荷桩视为竖直放置的弹性地基梁,基于Winkler弹性地基梁理论,考虑桩土共同工作得到水平受荷桩位移控制微分方程及其幂级数解答,进而根据内力与位移的连续条件得到了由桩顶受力及变形条件表示任一深度处桩身的水平位移、转角、弯矩及剪力的计算矩阵表达式。通过一具体算例将幂级数解计算结果与《公路桥涵地基与基础设计规范》推荐的简化计算公式计算结果进行了比较。结果表明：当第1层地基土的厚度在某一定值时,《规范》简化计算方法所得结果与幂级数解接近;但当层厚不在该值附近时,两个方法计算结果存在差异。     

大位移条件下水平受荷单桩的简明弹塑性计算方法

软土地层中当桩顶水平荷载较大时,采用传统m法计算容易低估桩身弯矩与挠曲变形,有必要针对该问题提出相关计算方法。将地基土体简化为理想弹塑性体,假定桩身某一深度处存在土体的弹塑性变形临界点,临界点以上的土体进入塑性变形状态,而临界点以下的土体仍处于弹性变形状态,分段建立桩身挠曲微分控制方程,得到水平受荷单桩简明弹塑性计算方法。现场单桩实测和参数敏感性分析结果表明:采用简明弹塑性计算方法得到的桩身最大弯矩较传统m法计算精度提高38.1%;桩身最大水平位移计算精度提高22.3%;桩顶边界条件对桩身水平位移与弯矩沿桩身的分布规律影响显著;桩身最大弯矩和水平位移对土体的极限抗力系数及其形状参数较敏感,设计中宜按下限值选取。     

均质砂土中水平简谐荷载与扭矩联合受荷单桩内力、位移分析

为探讨均质砂土地基中桩顶水平简谐荷载H(t)与扭矩T联合作用下的单桩承载特性,基于改进的有限杆单元法,考虑桩周土的刚度贡献及H(t)-T的耦合作用,建立出桩身综合刚度矩阵,再利用MATLAB求解桩身的内力、位移,进而通过参数分析获得桩身长径比(L/D)、桩土刚度比(E_p/E_s)、H(t)的无量纲频率a₀与幅值Q₀以及桩底边界条件等对H(t)-T联合受荷桩内力、位移的影响曲线,研究表明:随入土深度增加,桩身弯矩先增大后急剧减小,而扭矩和变形急剧减小直至为0,即存在一有效桩长l_d,l_d与桩身内力、位移受E_p/E_s的影响较大。当E_p/E_s从1500增至3 500时,l_d从27.3D增至44.1D,且桩身弯矩最大值相对增大23.5%,而地面处桩身水平位移与扭转角分别减小19.0%及26.0%;减小H(t)的无量纲频率a₀或增大幅值Q<...     

Modification of strain wedge method for lateral soil-pile interaction in sandEI北大核心CSCD

A modified strain wedge (SW) method for analyzing the behavior of laterally loaded single piles in sand is proposed. The modified model assumes that the lateral displacements of a pile behind the three-dimensional passive soil wedge are nonlinear, which makes the horizontal soil strain variable with depths instead of a constant value in the original strain wedge model, and also employs two different hyperbolic models, one for describing horizontal stress increment-strain behavior of soil in the wedge, and the other for describing the shear stress-displacement property at the interface between soil and pile shafts. An example is analyzed to demonstrate the effectiveness of the modified method, and a good agreement is obtained. Finally, the effects of modifications on the lateral bearing capacity of pile shafts are discussed. The results show that the problem of overestimating the lateral bearing capacity of piles with strain wedge method can be ameliorated by introducing the assumption of nonlinear lateral displacements of piles. It makes the SW method more convenient and effective in analyzing the behavior of laterally loaded piles by introducing the new relationships of horizontal stress increment-strain and shear stress-displacement.     

A multidirectional semi‐analytical method for analysis of laterally loaded pile groups in multi‐layered elastic strata

A semi‐analytical method for calculating the response of single piles and pile groups subjected to lateral loading is developed in this paper. Displacements anywhere in the soil domain are tied to the displacements of the piles through decay functions. The principle of virtual work and the calculus of variations are used to derive the governing differential equations that describe the response of the piles and soil. The eigenvalue method and the finite difference technique are used to solve the system of coupled differential equations for the piles and soil, respectively. The proposed method takes into account the soil surface displacement along and perpendicular to the loading direction and produces displacement fields that are very close to those produced by the finite element method but at lower computational effort. Compared with the previous method that considered only the soil displacement along the loading direction, accounting for the multi‐directional soil displacement field produces responses for the piles and soil that are closer to those approximated by the finite element method. Copyright © 2016 John Wiley & Sons, Ltd.     

水平荷载作用下长桩的合理截面形式优化研究

利用计算推力桩的综合刚度原理和双参数法,选择合理参数,计算出钢筋混凝土空心桩、实心桩和矩形桩以及钢管混凝土桩这4种不同截面形式的推力桩在砂土、黏土和风化岩3种不同地质条件中相同水平推力作用下地面处的转角、位移及其最大弯矩,并验算混凝土桩的裂缝宽度以及钢管混凝土桩的强度,分析比较不同土质中的不同截面类型长桩在相同水平荷载作用下的承载力。为大型建筑结构的桩基础的合理截面形式的优化设计提供参考。研究认为,砂土和黏土中使用空心桩较好,风化岩使用钢管混凝土桩较好。     

Load-displacement and upper-bound solutions of a loaded laterally pile in clay based on a total-displacement-loading EMSD method

A total-displacement-loading approach based on the extended mobilisable strength design (EMSD) method is developed for predicting nonlinear foundation responses and upper-bound capacities with continuous velocity fields. Different from EMSD, the new approach turns optimizing a minimum energy solution into solving an elastic problem with strain-dependent equivalent elastic modulus. The strain-dependent modulus is determined by a nonlinear iterative method. This transform guarantees that the reaction force is consistent with the elastic solution in early stages of loading and gradually approaches an upper-bound solution at a large value of displacement. The approach is demonstrated on a problem of the laterally loaded pile.     

分布荷载推力桩计算的p-y曲线法研究

为提高现有水平梯形分布荷载推力桩设计计算水平,提出了地基系数按非线性土抗力.水平位移(p-y)曲线抗力模式表达的水平梯形分布荷载推力桩位移和内力计算的有限差分数值分析方法,并详细推导了桩身位移的差分格式.基于这些公式,编制了全桩位移、内力及侧土抗力的计算和图形处理程序,可适用于滑坡抗滑桩和深基坑悬臂支护桩的设计计算.结合新型桩型现浇混凝土薄壁管桩(PCC桩)作为滑坡抗滑桩进行对比分析,算例表明:该方法方便可靠.当有限差分段划分得足够小时,可使数值解接近于真实解.