衡重式桩板挡墙上墙土压力模型试验研究

简要介绍了几何相似系数为7的衡重式桩板挡墙模型和多工况模型试验,着重分析了上墙在不同卸荷板尺寸和设置位置及有外荷载工况下对上墙土压力的分布问题。试验结果表明：①板埋深超过某一深度时,并不能有效改善上墙主动土压力的分布情况,反过来说明存在最佳埋深位置。②板宽对卸荷板上表面处的土压力影响较大,但对上墙土压力总体分布趋势没有影响。③填土荷载下,当卸荷板宽度和上墙高比值小于0.4时,上墙土压力接近于朗肯土压力分布;当宽高比大于1.3时,上墙土压力分布更接近于静止土压力。④工程设计时,上墙土压上墙土压力可按公式 计算     

基于水平土拱效应的桩间挡土板土压力计算研究

为了研究桩间存在土拱效应的挡土板土压力,本文根据桩间土拱的静力平衡条件和拱脚处土体强度条件,建立计算模型,得出了桩间土拱形状的空间函数。在分析桩间土拱形状的基础上,确定了桩间土体的滑裂面,从理论上推导出了桩间挡土板土压力计算公式。对影响土压力大小的各种参数进行了分析得出：在不同参数条件下,将其与朗肯土压力进行比较。结果表明在其他因素不变的情况下,挡土板土压力大小受桩间距影响最大,它随着桩间距的增大而增大。土压力明显小于朗肯土压力,说明考虑土拱效应的土压力计算方法使挡土板设计更加经济准确。     

一种新型板桩码头结构的离心模拟

卸荷式地连墙板桩结构码头是国内自主创新的深水码头结构,为了深入认识这一板桩码头结构在设计荷载下的工作性状和土与结构共同作用机制,结合某一拟建码头泊位的卸荷式地连墙板桩码头结构设计方案验证需要,进行了3组大型土工离心模型试验研究。其中2组为重复性的模型试验,以验证设计方案的可行性;第3组则模拟了无卸荷平台结构的地连墙板桩码头结构设计方案,以比较有无卸荷平台的板桩码头来揭示全直桩卸荷平台结构的卸荷效果。并且介绍了码头结构离心模拟技术,包括模型设计、模型制作和模型测量及试验步骤等关键内容。     

高桩码头抗震简化分析方法

国际贸易的迅速发展,加快了港口工程建设的速度,同时对港口工程的抗震性能提出了更高的要求。高桩码头作为港口工程中最常用的结构型式之一,在我国港口工程建设方面得到了广泛应用。目前对高桩码头的抗震简化分析方法以及桩基特性对高桩码头地震响应的影响方面研究较少。基于此,本文利用开源有限元数值计算平台OpenSees,介绍了高桩码头简化分析方法模型的建立途径,并分析了桩基特性参数对高桩码头关键地震响应量的影响。研究结果表明：钢筋弹性模量对码头桩基的地震响应影响较小,可减少考虑;钢筋的强化阶段对截面达到屈服曲率后的弯矩承载力起主要作用;混凝土抗压强度的增加可降低结构的位移响应峰值;过大或过小的混凝土抗压强度和钢筋屈服强度,都不利于码头结构对地震能量的耗散。     

考虑土拱效应的抗滑桩桩间挡土板压力计算方法

为合理计算抗滑桩桩间挡土板的内力与变形,采用弹性力学理论分析了桩间土拱效应,计算确定出土拱的平面形态呈中间凸起而两侧略微凹陷的曲线特征,在此基础上,引入Drucker-Prager强度准则以考虑中间主应力影响分析三维土拱效应,通过桩间土体的屈服函数分析确定了沿竖向变化的水平土拱矢高,进而计算出因桩间局部塌落拱的产生而作用于挡土板上的土压力,并按空间土压力分布模式与矩形简支板模型计算挡土板。实例分析结果表明,本文方法和数值模拟得到的沿深度方向土拱矢高值较为接近;本文方法与规范方法计算得到的板体最大弯矩值相近,其误差不超过3%。     

运用ANSYS对板桩墙支护模型的计算分析

运用ANSYS弹塑性有限元应用软件,对深基坑支护工程的板桩墙支护体系模型进行了分析探讨,得到了悬臂板桩墙支护模型的土体位移等值线图、主动土压力云图、墙土接触处的裂缝深度、不同土体材料的沉降影响区域半径。并求证了拉锚式支护结构的锚固力F对控制支护土体变形的有利影响。计算结果表明,ANSYS有限元程序将在深基坑支护工程的设计、施工中提供有效依据。     

考虑挡墙位移非线性影响的土压力计算模型

针对传统土压力理论不能考虑挡墙位移对土压力计算影响的事实,建立了一个能考虑挡墙位移非线性影响的土压力计算模型,并讨论了模型中参数的影响和计算方法。离心模型试验表明,应用提出的模型的计算成果与试验实测值符合,该模型能较准确地考虑挡墙位移对土压力的非线性影响,从而为基坑开挖中的土压力计算提供了一种新的计算方法。     

桩板结构桩-板-土相互作用模型试验研究

为了明确桩板结构桩-板-土体相互作用机制,基于推导的相似理论,制作了桩板结构在2种跨度、有无板下土体支承等不同条件下的竖向分级加载试验和水平加载试验,系统研究了桩板结构桩-板-土相互作用力学特性。初步得出以下结论：（1）板-土相互作用对桩板结构的受力影响明显。当不考虑板下土体支承作用时,板的位移、应力、桩的受力、板-土接触压力等都会明显增大,且跨度越大,影响越明显。表明目前在工程设计时不考虑板下土体的支承作用进行设计,偏于保守。因此,建议桩板结构在设计时应考虑板下路基土体的支承作用。（2）在横向荷载作用下,桩-土相互作用明显,其主要作用区域在桩的上部1/2范围内。同时试验表明,板的跨度对桩-土相互作用影响较小,但对板的横向位移影响较大,且桩板结构的跨度越大,在横向力作用下,板的弯拉应力也越大。因此,建议在进行桩板结构跨度设计时,应检算横向荷载作用下板的拉应力指标。     

刚性桩复合地基侧向土压力试验研究

通过室内模型试验,实测得到试验条件下,天然地基和刚性桩复合地基作用在不允许有位移的刚性挡土墙上的侧向土压力;通过与天然地基对比分析,获得了刚性桩复合地基的侧向土压力特性及分布规律。结果表明,刚性桩复合地基中桩的参与（包括桩的荷载深层传递作用、桩负摩擦区的影响和桩体对桩间土水平附加应力的“遮拦”作用等）使复合地基侧向土压力大小和分布规律明显区别于天然地基;在给定荷载水平下,刚性桩复合地基的侧向土压力值低于天然地基,侧向土压力影响范围较天然地基作用位置更深;在试验条件下,刚性挡土墙距离建筑物0.35～1.4 m范围内,当荷载水平达到地基承载力特征值时,刚性桩复合地基作用在刚性挡土墙上的总土压力和附加土压力约为天然地基的43.3%～80.1%和15.9%～59.8%。     

黏性土中静力沉桩过程桩土界面土压力模型试验

为探讨静压桩贯入过程中桩土界面土压力的变化特性,开展了室内饱和黏性土中静压桩沉桩模型试验。采用双壁模型管桩分离内外摩阻力,在桩身安装微型土压力传感器,监测桩-土界面土压力,分析了沉桩过程中压桩力与桩端阻力的变化规律,探讨了静压桩沉桩过程中桩土界面土压力的分布特征,明确了桩土界面土压力在沉桩过程中存在明显的退化效应,揭示了饱和黏性土中静压桩沉桩过程桩土界面土压力的变化机理。试验结果表明：压桩力随贯入深度的增加近似呈线性增长,在贯入后期闭口桩的压桩力明显大于开口桩的压桩力;桩端阻力基本呈现出线性增长,在沉桩过程中桩端阻力占压桩力的比例较大,占比为62.3%;在静压桩贯入初期,桩土界面土压力的增长速度较低,随着静压桩的逐渐贯入,桩土界面土压力呈现出线性增长且增长速率较快;在同一深度处,随着静压桩的逐渐贯入桩土界面土压力出现明显的土压力退化现象,在深度20、30、40、50、60、70 cm处,土压力依次平均退化14.6%、13.8%、13.2%、9.2%、7.2%、6.1%。     

钢板桩挡墙主动土压力分布的形状效应

采用有限元数值试验,研究帽型钢板桩的截面形状对墙后主动土压力分布规律的影响。首先,对室内缩尺模型试验进行数值模拟,对比实测数据验证数值模型的有效性;然后,建立钢板桩挡墙数值模型,模拟该挡墙在不同位移模式下土压力变化和分布的规律,与平板挡墙计算结果进行对比,分析钢板桩截面形状对土压力分布的影响,进一步探讨形状效应的可能影响因素及机制。分析结果表明,钢板桩的截面形状影响墙后主动土压力的分布形式,影响程度与位移模式有关;墙体平动和绕墙底转动情况下,钢板桩挡墙凸出部分的主动土压力值大于凹处,但墙体绕墙顶转动情况下差异不明显;主动土压力的形状效应由土拱效应引起,截面高宽比对其影响显著,墙土摩擦角影响有限。     

板桩加固护岸受力机制的现场试验研究

结合长湖申航道湖州段板桩加固护岸实体工程,在板桩预制过程中将土压力计埋入板桩侧面,底板施工时将土压力计埋入底板下,测试了在板桩混凝土凝固硬化过程中土压力计的受力情况、护岸荷载下板桩桩身两侧土压力的分布规律及护岸底板下土压力分布规律。试验结果表明,混凝土凝固硬化过程对埋入板桩两侧的土压力计会产生较大拉压应力并逐步趋于稳定,板桩两侧土压力及底板下土压力受施工荷载的影响在沉桩及底板施工初期存在较大调整并逐步趋于稳定;板桩靠岸侧和临水侧土压力分布存在明显差别,靠岸侧主动土压力分布呈现先增大后减小、然后增大的非线性分布规律,临水侧被动土压力基本呈线性分布。《板桩码头设计与施工规范》[1]中推荐的土压力计算方法计算靠岸侧主动土压力和临水侧被动土压力标准值均较实测值小,基本呈现随着深度的增加差别逐渐增大的规律;在护岸荷载作用下底板下土压力呈现两端大中间小的抛物线分布规律。     

考虑剪应力作用的挡土墙主动土压力计算

将墙后土体主应力偏转考虑为土体的土拱效应,根据土拱形状计算平均竖直应力,由此得到了对应不同内摩擦角和墙土摩擦角的侧土压力系数。将其用于水平微分单元法,并满足力和力矩平衡条件求解挡土墙主动土压力,得到了挡土墙主动土压力强度、土压力合力和合力作用点的理论公式,并与库仑土压力理论和模型试验数据进行了比较分析。结果表明,挡土墙主动土压力强度为非线性分布,与模型试验结果基本吻合。     

刚性挡土墙主动土压力计算方法的改进

采用库仑土压力理论的假设：挡土墙土压力是由墙后填土在极限平衡状态下出现的滑动楔体产生,在该滑动楔体上沿竖向取水平薄层作为微分单元体,通过作用在单元体上的水平力、竖向力,建立挡土墙上土压力分布的基本分析方程,结合整个滑楔体的力矩平衡条件,先确定土侧压力系数、再建立土压力分布和土压力合力及作用点高度的理论公式。算例计算值与实测值吻合很好,这表明该方法不仅可行,而且可靠。     

悬臂式围护桩受力性状与土压力试验研究

为研究悬臂式围护桩结构的受力性状和土压力分布特点,结合西宁火车站改造工程,对该深基坑支护结构在不同开挖工况条件下,悬臂桩的受力性状与内力传递特征进行动态的现场试验。试验结果表明：悬臂桩的受力特征与理论值有所差异,在实际设计中,可对其在配筋方式、混凝土设计、嵌固段长度等方面进行优化,实测土压力小于朗肯土压力,与经典土压力理论有显著区别。该试验结果可以有效优化桩身设计,为软岩基坑支护结构在开挖过程中的受力及变形提供理参考性依据。     

基坑开挖反压土作用机制及其简化分析方法研究

分析了反压土与支护结构相互作用的机制。在此基础上,基于弹性抗力法,结合天津市一些工程经验,建立了考虑反压土影响时支护结构内力和变形的计算方法,并结合工程实例进行比较分析。分析结果表明,反压土高度不变时,随着反压土的坡度减小或反压土宽度的增大,支护结构的最大位移和最大弯矩都逐渐减小;当反压土的坡度减小到一定值或顶宽增大到一定的程度时,支护结构的最大位移和最大弯矩不再减小而趋于一个定值。反压土土质条件对反压土的作用的发挥有着显著作用。开挖前进行良好的降水,开挖过程中注意不要扰动反压土,并对反压土做好良好的护坡,防止雨水侵入土坡,这些措施均有助于保证反压土作用的充分发挥。必要时,可考虑对反压土进行注浆加固。工程实测表明本文建议方法的计算结果与工程实测结果较吻合,并表明在开挖面积较大的基坑工程中,条件适当时,采用基坑内侧预留反压土的方法可不需设置水平支撑,可节约大量基坑支护投资,并缩短工期,具有良好的经济效果。     

格型钢板桩结构有限元数值分析

以有限元软件ABAQUS作为分析平台,建立波浪荷载作用下格型钢板桩结构稳定性及应力分析的三维弹塑性有限元分析模型。格型钢板桩采用壳体单元模拟,在相邻板桩之间设置铰接连接器模拟板桩之间的相对转动;土体采用Mohr-Coulomb本构模型模拟,在格型钢板桩与其内、外土体之间设置接触面单元模拟它们之间的滑移、张裂和闭合。结合某实际工程,研究结构的破坏模式、失稳特性和应力分布特性,分析参数变化对结构稳定性和环向拉力的影响,并对格内土体的剪切变形进行分析,建议格型钢板桩锁口拉力的验算断面。结果表明,铰接连接器的设置对于结构稳定性影响不大,但对环向拉力有一定影响;格内土体的剪切变形主要发生在格体中轴处,符合太沙基法结论。