Simple formulas for the dynamic stiffness of pile groups

Simple formulas are derived for the dynamic stiffness of pile group foundations subjected to horizontal and rocking dynamic loads. The formulations are based on the construction of a general model of impedance matrices as the condensation of matrices of mass, damping, and stiffness, and on the identification of the values of these matrices on an extensive database of numerical experiments computed using coupled finite element–boundary element models. The formulations obtained can be readily used for the design of both floating piles on homogeneous half‐space and end‐bearing piles and are applicable for a wide range of mechanical and geometrical parameters of the soil and piles, in particular for large pile groups. For the seismic design of a building, the use of the simple formulas rather than a full computational model is shown to induce little error on the evaluation of the response spectra and time histories. Copyright © 2009 John Wiley & Sons, Ltd.     

Simplified approach for design of raft foundations against fault rupture. Part Ⅱ： soil-structure interaction

This is the second paper of two, which describe the results of an integrated research effort to develop a four-step simplified approach for design of raft foundations against dip-slip （normal and thrust） fault rupture. The first two steps dealing with fault rupture propagation in the free-field were presented in the companion paper. This paper develops an approximate analytical method to analyze soil-foundation-structure interaction （SFSI）, involving two additional phenomena： （i） fault rupture diversion （Step 3）; and （ii） modification of the vertical displacement profile （Step 4）. For the first phenomenon （Step 3）, an approximate energy-based approach is developed to estimate the diversion of a fault rupture due to presence of a raft foundation. The normalized critical load for complete diversion is shown to be a function of soil strength, coefficient of earth pressure at rest, bedrock depth, and the horizontal position of the foundation relative to the outcropping fault rupture. For the second phenomenon （Step 4）, a heuristic approach is proposed, which ＂scans＂ through possible equilibrium positions to detect the one that best satisfies force and moment equilibrium. Thus, we account for the strong geometric nonlinearities that govern this interaction, such as uplifting and second order （P-△） effects. Comparisons with centrifuge-validated finite element analyses demonstrate the efficacy of the method. Its simplicity makes possible its utilization for preliminary design.     

考虑桩底沉渣的灌注桩可靠度分析方法

基桩的完整性检测不一定都能够检测到基桩中的缺陷,这些缺陷将会影响到基桩的安全性。为此,提出了考虑基桩可能出现缺陷时的基桩可靠度分析方法。以单桩桩底可能出现的沉渣缺陷为例,采用全概率理论将完整桩的失效概率和桩底含有沉渣的桩的失效概率有机地结合起来,得到了单桩的失效概率。采用基桩承载力折减系数来定量地考虑沉渣对基桩承载力的影响,并进一步推导了桩底含沉渣的基桩承载力偏差系数和变异系数的计算公式。算例分析表明,所提方法能够定量地反映基桩中可能出现的沉渣对基桩可靠度的影响。桩底沉渣对桩的可靠指标具有明显的不利影响。随着沉渣厚度和桩的直径的增加,桩底含有沉渣的桩的可靠指标逐渐减小;桩的可靠指标随着桩长的增加逐渐增大。如果不考虑桩可能出现沉渣的质量问题,基桩的安全性将明显地被高估。基桩的完整性检测可以有效地提高基桩的安全性。     

不排水不可压缩条件下两相介质的两重网格算法

对于不排水、不可压缩饱和软土地基的固结问题的有限元分析,可以用Biot固结方程来考虑土体颗粒与孔隙水间的相互作用。由于受Babuska-Brezzi稳定条件的限制,用常规的等插值u-p混合有限元法求解将导致孔隙压力出现紊乱的结果。提出了基于位移和压力线性等插值函数的两重网格,但位移独立变量总数大于独立压力变量总数的计算方法,可以满足Babuska-Brezzi稳定条件,使得位移场和压力场单元插值阶数保持一致。通过几个简单算例验证了提出方法的正确性。     

砾卵石层中预制桩的承载性状研究

依据59根桩静载荷试验实测结果和桩侧相关土层的标贯试验成果,反算出砾卵石持力层中预制桩的极限桩端阻力,结合7根桩身埋设有应力计的预制桩桩端阻力的实测成果,分析了砾卵石层中的预制桩的桩端阻力、桩端荷载分担比例及端阻充分发挥所需的桩端位移。通过对121根以砾卵石为持力层的预制桩的静载试验成果与静压法施工终压力的比较,分析了砾卵石层中静压预制桩的施工终压力与极限承载力的关系。     

基坑土钉支护边坡有限元稳定性分析方法探讨

针对基坑土钉支护开挖边坡的稳定性,讨论了极限平衡方法的局限性,指出应用有限元方法分析评价基坑土体结构稳定性是近年来研究的新趋势。采用滑面应力分析法和强度折减法两种有限元方法对基坑边坡的稳定性进行了研究。对于无支护的基坑边坡,两种有限元方法得到的安全系数和滑动面结果一致,且滑动面形状随基坑土体强度的降低保持不变。对于采用土钉支护的基坑边坡,两种有限元方法得到的安全系数结果一致,不同阶段下滑动面形状和位置不同,这主要是由于在强度折减时,仅仅对土体强度参数进行折减,而未考虑土钉自身强度的降低。最后指出,在应用强度折减法时,是否考虑土钉自身强度的折减有待进一步研究。     

含圆柱形弹性夹杂地基沉降量的解析解

研究各向同性地基中含一个圆柱形弹性夹杂的地基沉陷问题。考虑全场的应力、变形特征,运用复变函数的罗朗级数展开技术,构造合适的应力函数,结合夹杂的边界条件和无穷远的性态,获得了全场复势的解析表达。数值结果显示：由于两相材料剪切模量之比的不同,在某个范围内沉陷量大于基底中点沉陷;在这个范围之外,则小于基底中点沉陷。当夹杂埋深为夹杂半径的5倍以上时,就可以运用所得结果,而不致引起太大误差;含圆形隧洞和刚性夹杂的问题可作为特殊情况得到。     

基坑降水引起地面沉降的实时预测

由于基坑降水引起周围土体应力的重新调整,造成基坑相邻建筑物地基不均匀沉降,情况严重则造成相邻建筑物破坏,因此对不均匀沉降量的预测具有现实意义。利用地下水动力学的非稳定流原理及土力学基本理论,介绍了基坑降水设计中引起周围地面沉降的实时预测方法,探讨了不同土层在降水过程中孔隙水压力消散对土层固结的影响,通过实例分析了公式中不同参数的取值合理性,编制了相关程序。该方法对分析、预测由于基坑降水所引起的周围地面沉降有一定参考价值。     

刚-柔性桩复合地基变形特性有限元分析

在现场试验基础上对条形基础下刚-柔性桩复合地基进行有限元模拟分析。着重讨论了褥垫层、承台、刚性桩、柔性桩等的参数变化对刚-柔性桩复合地基沉降特性的影响。结果表明,复合地基沉降随着褥垫层厚度减小而减小,随着褥垫层模量增加而减小,承台厚度增加有利于减少差异沉降,刚性桩是控制沉降的主要构件,柔性桩桩长增加可以减少差异沉降。分析结果为刚-柔性桩复合地基的优化设计提供理论基础。     

堆载条件下单桩负摩阻力模型试验研究

通过对粉土中混凝土单桩竖向静载荷的模型试验,分析了在桩周土堆载条件下,端承桩、摩擦端承桩在桩周土含水率变化时,桩侧摩阻力、桩端阻力的变化规律及不同土层的沉降、“中性点”位置和下拽力的变化。研究发现,摩擦端承桩“中性点”位置随桩周土含水率、堆载等级的变化而变化,在最优含水率附近,土层的下陷量较大,致桩体沉降量也大,故“中性点”的位置会有所上升;随着桩周土堆载的增大,桩周土对桩侧的下拽力也增大,桩体进一步下陷,使桩土相对位移反而减少,“中性点”有所上升。