软土地区注浆成型螺纹桩抗拔承载力的计算

注浆成型螺纹桩采用后注浆技术形成桩侧螺纹,有利于在软土地区施工,目前已开始应用。基于螺纹桩上拔过程中螺牙附近土体的应力条件改变,采用摩尔应力圆分析螺牙附近破坏滑裂面的开展,得到了螺牙间距与螺牙突出尺寸的比值与滑裂面展开角之间的关系,给出了螺牙间土体从圆柱形滑裂面破坏向圆台形滑裂面破坏的判别条件。根据滑裂面的开展,将螺纹桩的抗拔承载力计算分为3种情况,采用极限平衡法得到了相应的螺纹桩抗拔承载力计算公式。最后,通过与有限元数值模拟以及实际工程算例对比,验证了文中方法的合理性。     

基于极限承载力试验的扩底抗拔桩承载特性数值模拟分析

基于天津于家堡南地下车库工程扩底桩抗拔极限承载力试验,结合数值模拟手段对扩底桩抗拔承载特性、破坏模式和受力机制开展了分析研究。计算分析表明,扩底桩（有效桩长19 m）相比等截面桩抗拔极限承载力提高约50%,材料增加仅8.5%,扩底桩扩大头周边土体提供的抗力显著提高了抗拔承载力;荷载较小时抗拔力主要由等截面段侧摩阻力提供,扩头段抗拔力占桩顶加载的比值随加载近似呈线性增加;扩底桩等截面段沿桩土界面先发生剪切破坏,扩头段周边土体后发生受压破坏,抗拔承载力达到极限;扩头段位于同一土层时,不同桩长扩头段提供的极限抗拔力相差不大,桩长越长,扩头段抗拔力贡献率越低;扩头段抗拔力主要由自重、扩头段法向力竖向分力和侧摩阻力组成,其中法向力竖向分量提供了扩头段的主要抗拔力,占扩头段总抗拔力约70%。     

砂土中抗拔桩与抗压桩模型试验研究

为研究单桩在抗拔与抗压条件下承载能力、桩身轴力以及侧摩阻力分布规律的不同,进行了砂土中长径比大于40的抗拔桩与抗压桩室内模型试验,通过桩身内设置电阻应变片,测得各级荷载下桩身不同深度的应变。分析表明,抗拔桩不论是位移还是位移增长速率,都远远超过抗压桩。因此,抗拔桩设计时应综合考虑桩顶上拔量来确定抗拔承载力。抗拔桩与抗压桩的桩身轴力分布具有相似的特性,试验所得抗拔总侧摩阻力折减系数?=0.56。抗拔桩与抗压桩侧摩阻力都是从上部开始发挥并向下传递,随着荷载的增加,上部侧摩阻力变化很小,桩身中下部侧摩阻力迅速增长。抗拔桩桩端部侧摩阻力表现出弱化效应,抗压桩则表现出强化效应。     

砂土中单桩抗拔极限承载力的计算

桩侧极限摩阻力是砂土中单桩抗拔极限承载力的主要组成部分,作为计算桩侧极限摩阻力的关键参数--土侧压力系数K的取值合理与否直接影响到单桩抗拔极限承载力计算的准确度。首先,基于密砂和松砂中的桩在上拔破坏时桩侧土压力分别呈被动和主动状态,同时考虑桩侧摩阻力和桩身表面粗糙度的影响,分别推导了不同相对密实度砂土中的土侧压力系数。然后,利用所得到的土侧压力系数并考虑桩侧单位摩阻力发挥的临界深度,按沿桩-土界面发生圆柱状剪切破坏模式建立了砂土中单桩抗拔极限承载力的计算方法。最后,利用该方法对已有的抗拔桩试验结果进行分析和比较,结果表明计算值与实测值吻合较好。     

基岩内抗拔桩极限承载力的计算方法

采用极限平衡法,利用幂函数形式的滑移面假设,考虑桩岩界面作用力影响,推导出等截面抗拔桩在单层地基中极限承载力的计算公式。以软岩抗拔桩侧摩阻力试验结果为依据,提出软岩抗拔桩幂函数滑移面参数 时破裂面接近实际形状,并将计算结果与试验结果对比,验证了理论计算模型与假设的准确性。以理论模型为基础,提出对于软岩抗拔桩,桩岩界面作用力参数 、岩石界面摩擦角 可分别取岩石黏聚力c和内摩擦角 参数的0.7～0.8倍折减,分析了软岩抗拔桩极限承载力与软岩 、c的关系,发现抗拔桩极限承载力随着软岩摩擦角 、软岩黏聚力c增加而增加,软岩黏聚力对抗拔桩极限承载力影响更大。     

Undrained lateral load capacity of piles in clay using artificial neural network

This paper describes the application of the artificial neural network model to predict the lateral load capacity of piles in clay. Three criteria were selected to compare the ANN model with the available empirical models: the best fit line for predicted lateral load capacity (Q_p) and measured lateral load capacity (Q_m), the mean and standard deviation of the ratio Q_p/Q_m and the cumulative probability for Q_p/Q_m. Different sensitivity analysis to identify the most important input parameters is discussed. A neural interpretation diagram is presented showing the effects of input parameters. A model equation is presented based on neural network parameters.     

土岩组合岩体中抗拔桩极限承载力的确定

为全面探究土岩组合岩体中抗拔桩的极限承载力,结合工程岩土参数及试验数据,运用Flac3D数值分析软件对其进行数值模拟分析,即可得到土岩组合岩体中抗拔桩的极限承载力。基于被动状态下的Kotter极限平衡方程式求解土层提供的抗拔力,根据岩石强度,基于Hoek-Brown破坏准则求解抗拔桩嵌岩端岩体的抗拉强度,从而可计算得到嵌岩端岩体的抗拔力;由静力平衡原理,叠加土层及嵌岩端岩体提供的抗拔力及破坏锥体重量,即可得到土岩组合岩体中嵌岩抗拔桩的极限承载力理论解析式。在嵌岩深度较小的情况下,该解析式的理论计算值与数值模拟分析值相接近,但随着嵌岩深度的增加,理论计算值会偏离数值计算值。故结合数值模拟试验值,对提出的极限承载力理论解析式作进一步的修正,得到修正后的极限承载力解析式能反映嵌岩端岩石风化程度、嵌岩深度、土层厚度、桩长对极限承载力的影响。运用修正后的解析式对该地质条件下不同抗拔桩的极限承载力计算表明：数值模拟结果与理论计算结果相吻合,说明所建立的抗拔桩极限承载力解析式的方法是可行的。同时,运用该方法可确定类似工程中嵌岩抗拔桩的极限承载力。     

抗拔桩极限平衡方程及其应用

将抗拔桩侧阻力分解为与桩侧正压力不相关的桩-土黏结强度 、与桩侧有效正压力成正比的摩擦力 两部分,采用摩擦定律计算摩擦力 。基于轴对称条件,假定土体为半无限弹性体,以Mindlin公式积分计算分析极限平衡状态下桩-土共同作用,依据平面应变条件下柱状孔扩张的弹性力学解建立桩-土界面位移协调方程,推导出抗拔桩极限平衡方程,给出了求解方法及计算参数确定方法。该方程能反映桩与土的材料特性、桩体尺寸、桩顶埋深、群桩效应、卸荷效应等多因素对抗拔桩极限承载力的影响。结合海上风电大直径超长抗拔钢管桩足尺试验进行验证。对比分析结果表明,该方法计算的抗拔极限承载力与实测值接近,计算精度远高于现行规范推荐方法,其结果可为工程应用及抗拔桩承载力机制研究提供参考。     

斜坡地基刚性桩水平承载力上限分析

为探讨斜坡地基刚性桩水平极限承载力的计算方法,介绍柔性桩的等效刚性桩有效嵌入深度并引入极限水平地基反力分布形式。根据荷载指向坡外及坡内两种情况,提出适用于斜坡地基桩前土体的两种极限破坏模式。然后,基于极限分析上限定理,推导出两种荷载方向下的刚性桩极限承载力,并引入多组现场试验,验证了理论方法的合理性。探讨了边坡坡角、内摩擦角、黏聚力及荷载方向对极限承载力的影响,得出了一些规律性结论,并基于以上分析结果,提出斜坡地基刚性桩水平极限承载力随坡角变化的拟合公式。这些分析为斜坡地基上基桩设计提供了一定的参考,具有理论及工程应用价值。     

Ultimate lateral bearing capacity of tetrapod jacket foundation in clay

The tetrapod jacket foundations that are always used to support offshore wind turbines have been investigated primarily in laboratory experiments. In this study, the ultimate lateral soil resistance on this type of foundation was investigated using the finite element method and the analytical upper bound plasticity method. The numerical results show good agreement with the theoretical upper bound solutions under the same pile spacings (S) and soil-pile adhesion factors (α). Three distinct failure mechanisms (mechanisms A, B and C) were established in terms of different pile spacings. The ultimate lateral pressure was subsequently determined using numerical analyses with consideration of the loading direction. The most critical loading direction angles (θ) vary with the soil-pile adhesion factors, and are θ = 0 for α = 1 and θ = π/4 for α = 0. Selected empirical equations were proposed to predict the ultimate lateral bearing capacity for engineering practice, considering the pile spacing, soil-pile adhesion and loading direction.     

嵌岩抗拔桩作用机制研究

嵌岩抗拔桩广泛应用于现代化建设的各个领域,但就其作用机制研究来说还有待进一步完善,关于其荷载传递特性、侧阻力分布规律及其影响因素等还存在许多模糊认识。以剪滞模型为基础,通过理论分析和验算,讨论了抗拔桩侧阻力分布规律、荷载-变位特性。结果表明：当抗拔荷载低于弹性极限抗拔时,桩侧阻力呈指数规律分布,荷载-变位曲线呈线性变化;当抗拔荷载大于弹性极限抗拔荷载时,桩侧阻力分为两段,其中脱黏段上侧阻力均匀分布,黏结段上侧阻力呈指数规律分布,荷载-变位曲线呈非线性规律变化。     

The ultimate uplift capacity of multi-plate strip anchors in undrained clay

Soil anchors are commonly used as foundation systems for structures requiring uplift resistance such as transmission towers, or for structures requiring lateral resistance, such as sheet pile walls. Anchors commonly have more than one plate or bearing element and therefore there is a complex interaction between adjacent plates due to overlapping stress zones. This interaction will affect the failure mode and ultimate capacity. However, no thorough numerical analyses have been performed to determine the ultimate pullout loads of multi-plate anchors. By far the majority of the research has been directed toward the tensile uplift behaviour of single anchors (only one plate). The primary aim of this research paper is to use numerical modelling techniques to better understand plane strain multi-plate anchor foundation behaviour in clay soils. A practical design framework for multi-plate anchor foundations will be established to replace existing semi-empirical design methods that are inadequate and have been found to be excessively under or over conservative. This framework can then be used by design engineers to more confidently estimate the pullout capacity of multi-plate anchors under tension loading.     

分层地基中抗拔桩破裂面的确定方法与极限抗拔承载力计算方法研究

应用水平条分法与极限平衡原理讨论了抗拔桩在分层地基中的极限承载力、破裂面、土体性质的关系。将破裂面看成是由若干段组合而成的复合破裂面,并沿各段将边坡水平条分为多块体。在假设边坡岩土体服从摩尔-库仑屈服准则条件下,根据极限平衡原理,建立抗拔桩极限承载力的多元函数,利用数学优化方法给出其最优解,从而可以方便地给出抗拔桩破裂面及对应的极限抗拔力。通过算例分析并与前人研究成果比较,其结果表明：该理论方法是合理有效的,可以用于预测抗拔桩地基承载力极其破裂面形状。     

扩底抗拔桩桩端阻力的群桩效应研究

通过颗粒流数值模拟,从桩端阻力随上拔位移的发展与桩端周围土体颗粒位移表现等角度,研究了扩底抗拔桩端阻力的群桩效应问题。研究比较了单桩（墩）与群桩（墩）的抗拔性状以及不同墩距下中心墩与边墩阻力随上拔位移发展的情况。研究表明,在归一化上拔量 0.1时,单桩（墩）与群桩（墩）的上拔特性无明显差别;此后,随着上拔位移的发展,单桩（墩）的上拔端阻力要大于群桩中的桩（墩）的端阻力,桩（墩）周围土体颗粒的相互影响开始显现。在归一化上拔量 0.5的情况下,群桩（墩）中中心桩（墩）的端阻力要略大于边桩（墩）。在归一化上拔量 0.5的情况下,群桩中边桩的桩端阻力较中心桩的要大,而群墩中边墩的墩端阻力较中心墩要小,体现了桩身侧限对抗拔桩群中端阻力发挥的影响。随着墩距的增大,在较大的位移量以后群墩才与单墩的受力有显著差别。     

注浆成型螺纹桩抗拔承载特性的数值分析

注浆成型螺纹桩为一种利用施工工艺创新,结合钻孔灌注和二次注浆技术的新型螺纹抗拔桩型,目前已在软土地区开展应用。为了对其受力承载特性深入研究,使该桩型得到广泛推广,通过数值分析方法对其抗拔性能和承载机制进行了三维有限元数值模拟。首先,通过数值模拟桩-土界面室内大型直剪试验得到了有限元分析需要的桩-土接触面参数,而后将得到的参数带入注浆成型螺纹桩抗拔三维有限元数值模型,通过计算得到了不同距径比S/D（即螺距与桩径的比值）螺纹桩的抗拔荷载-位移曲线和轴力分布,并观察了抗拔过程中桩周土体塑性变形的发展。数值分析表明,螺纹桩与桩周土体的机械咬合作用增大了桩侧摩阻力,从而使桩体极限抗拔承载力较等截面圆桩提高约2～5倍;同时,其承载能力与桩体的S/D有关,当S/D取最优时,荷载-位移曲线的初始切向刚度最大,极限承载力最高,桩周土体形成的连续拱形破坏区域最大。     

扩底桩的上拔试验及其颗粒流数值模拟

通过原型试验和应用颗粒流理论及其PFC2D程序数值模拟,研究了黄土中扩底桩承受上拔荷载的宏观力学性能及其细观结构,以及扩底桩在上拔荷载下的位移、极限上拔承载力和破坏机理.结果表明增加扩底桩扩大端的高度对提高承载力是有效的;破坏机理为土的减压软化和损伤软化的渐进性破坏.并提出了扩底桩极限上拔承载力计算式,计算值与实测值相吻合.应用颗粒流理论分析了颗粒细观结构、受影响区域、扩底桩的上拔位移和土中滑裂面.颗粒流模拟的土中滑裂面、荷载与位移关系和宏观试验实测结果相一致.     

软土地基中扩底抗拔中长桩的极限承载力分析

扩底抗拔桩的研究和应用以短桩居多,并且大都以砂土或软岩为持力层,对于软土地基中扩底抗拔桩的承载力研究较少。基于扩大头局部剪切滑移面假设的极限平衡法,推导出扩底抗拔中长桩在分层地基中极限承载力的简化计算公式;结合有关工程实例的原位试桩结果,对扩大头影响高度进行了确定,同时还探讨了所提出方法在超长桩中的适用性。研究结果表明,提出的简化分析方法能合理地揭示上海软土地区扩底抗拔中长桩的破坏机制,并获得承载力变化的一般规律。     

扩底抗拔桩在天津于家堡南北地下车库中的应用

于家堡金融起步区充分利用地下空间实现交通、商业功能的提升,由于地下结构埋置深、地下水埋深浅,地下工程抗浮问题十分突出。在建的南北车库为纯地下结构,单层面积达3×104m2,埋置深度达16 m。开展了扩底抗拔桩与桩侧后注浆抗拔桩两种新型抗拔桩的现场足尺试验,试验结果表明,两种新型抗拔桩皆适用可行,抗拔承载力较常规等截面桩大幅提高,且本扩底抗拔桩试桩的极限承载力与变形控制皆优于桩侧后注浆抗拔桩。本工程选择了扩底抗拔桩并采用可视化全液压扩底施工工艺,新型抗拔桩大幅减短桩长,节约大量材料并减少泥浆排放,经济社会效益显著。扩底抗拔桩的成功应用为其在该地区的推广奠定了基础,具有较高的工程示范价值。     

桩-桶基础抗拔承载力分析

根据新型基础一桩-桶基础在上拔荷载作用下的颗粒流模拟试验结果,分析了桩桶基础在上拔荷载作用下土体的破坏过程,并对颗粒流模拟试验的颗粒的破坏面进行拟合,提出桩桶基础的上拔承载力计算模式。桩-桶基础的极限上拔承载力由破坏土体侧表面抗剪强度在竖直方向投影的集合及其包围土体土重和桩-桶基础自重组成,建立了桩-桶基础的上拔承载力计算公式,分析了上拔承载力影响因素。     

黏土中打入桩竖向承载力计算方法效果评价

准确预测打入桩的承载特性是一个重要的工程课题,特别是在近海工程中,如大型跨江海桥梁、风力涡轮机、港口和近海工程结构物平台等,这些重要结构物都将打入桩作为主要的基础形式,然而通过现场静载试验确定这类桩的承载力却十分有限。目前,国内外存在众多关于黏土中打入桩的竖向承载力计算方法,其中较为常用的有Furgo-96、NGI-99、ICP-05和UWA-13这4种设计方法。但将这些设计方法直接应用于工程设计和实践却仍然较少,其主要原因在于缺乏高质量的静载试验数据来评价这些设计方法的可靠性。因此,有必要搜集一个具有广泛代表性的桩基承载力静载试验数据库来客观评价上述设计方法的可靠性,用以帮助工程设计人员选择最适合的设计方法。基于这个目的,本研究在国际上一些常用数据库的基础上进行扩充整理,最终得到一个包含89根高质量打入桩静载荷试验数据的新数据库,称之为ZJU-ICL Clay数据库。采用上述4种设计方法预测ZJU-ICL Clay数据库的桩基承载力,并将预测结果与实测数据进行对比,应用统计方法,客观评价这4种方法的优缺点及可靠性。