桩基模型试验研究现状

简要地介绍了桩基现场模型试验、桩基渗水力模型试验、桩基室内普通模型试验的研究成果及其模拟桩基特性的局限性,并着重分析了桩基离心模型试验的研究成果及其模拟桩基特性时的优点和局限性。

某大型哑铃型承台群桩基础与土体共同作用竖向承载变形特性数值模拟分析

用ANSYS对某特大桥索塔哑铃型承台群桩基础与土体共同作用进行了三维弹塑性有限元分析。利用桩土界面间水平方向位移相容,桩土界面间竖向设置双曲线本构方程的弹簧,能较好模拟竖向荷载作用下特大型群桩基础桩土间相互作用。分析结果表明,数值分析所得承台沉降与承台荷载的关系曲线、桩顶轴力分布、桩顶轴力随承台荷载变化的关系曲线,与其离心模型试验实测成果较一致。在用离心模型试验成果验证数值分析的正确性下,用其数值分析成果进一步深入分析群桩基础的承载变形特性。

基桩有效桩长几个问题的探讨

从离心模型试验成果、超长单桩静载试验成果、工程实践及其他学者研究成果中,论证了普通单桩存在有效桩长。深入解释了有效桩长的含义,指出了与临界桩长概念有区别。在分析目前有效桩长定义基础上,提出了合理的有效桩长定义。明确了研究普通单桩有效桩长的意义及存在的问题,并提出了在一定条件下,合理确定有效桩长就是合理设计桩长。

按桩的割线刚度确定深厚覆盖土层中普通桩有效桩长

在提出的基桩有效桩长定义基础上,提出了桩的割线刚度控制法来确定有效桩长,并采用线弹塑性荷载传递函数,将其应用于确定深厚覆盖土层中普通桩有效桩长。分析了桩土刚度比K,桩径D,桩顶沉降量So,桩侧土极限位移Um,桩端土弹性模量与桩周土弹性模量比值Ko及土层泊松比μ对普通桩有效桩长的影响,其结果表明,除Ko和μ外,其余均有一定或较大地影响。为了将理论分析应用到工程桩中,对参数的取值进行了分析。

运营期船桥碰撞时大型哑铃型承台群桩基础承载变形特性

对某特大桥运营期承受船撞荷载时的索塔哑铃型承台群桩基础与土体相互作用进行了三维弹塑性静态有限元分析。桩土界面间设置三向的弹簧,横桥向与纵桥向和竖直方向的弹簧分别模拟水平荷载和竖向荷载下桩土相互作用,以便能较好模拟竖向荷载与水平荷载共同作用下大型群桩基础受力变形特性。比较研究分析了索塔哑铃型承台群桩基础最大冲刷方案和护底方案在船撞击时桩身轴力分布、桩身水平剪力分布及桩身弯矩分布等特性,并与其离心模型试验成果进行了比较。结果表明:护底方案在桩身弯矩等方面远比最大冲刷方案的小而表现出能较好抵御船撞荷载。

深厚覆盖土层中桩的有效桩长

采用线弹塑性荷载传递函数 ,按极限承载力控制法确定深厚覆盖土层中桩的有效桩长 .分析了桩的刚度系数、桩端土持力层弹性模量与桩周土弹性模量之比值、桩侧极限位移、桩顶沉降量、桩径和土的泊桑比等因素对桩有效桩长的影响 .其结果表明 :除土的泊桑比和桩端土持力层弹性模量与桩周土弹性模量比值对桩有效桩长的影响不明显外 ,其余因素均有一定或较大的影响 ,且与弹性理论法分析结论一致 .为了将理论分析应用到工程实际中 。

超长单桩轴向刚度的计算及其影响因素

采用弹塑性荷载传递函数,以解析法推导了与桩顶荷载—桩顶沉降整个关系曲线上相对应的单桩轴向刚度计算式。分析了桩长、桩径、桩的刚度系数、桩端土弹性模量与桩周土弹性模量之比和桩周土泊松比等因素对超长单桩轴向刚度的影响后表明,只有桩长、桩径及桩的刚度系数对超长单桩轴向刚度的影响较大。

水泥搅拌桩有效桩长的确定

采用线弹塑性荷载传递函数 ,按极限承载力控制法确定水泥搅拌桩的有效桩长 .分析了土的泊松比、桩刚度系数、桩端土持力层弹性模量与桩周土弹性模量之比、桩径、桩侧极限位移和桩顶沉降量等因素对水泥搅拌桩有效桩长的影响 ,其结果表明 ,除土层泊松比对有效桩长影响不明显外 。

用有限单元法分析超长单桩的荷载传递

用描述桩侧摩阻力与桩-土相对位移关系的指数函数,推导出桩-土接触面本构模型,并设置了Goodman接触面单元来分析桩土相互作用。针对超长桩钢筋混凝土受应力大的特点,用混凝土的弹性非线性模型来分析受轴向荷载下钢筋混凝土的应力应变关系。编制的有限元程序能解决层状土及层状土导致沿桩身不同位置处桩-土相互作用不同特性,并针对工程实例桩变截面的特点,采用合理的计算手段使得按等截面桩计算分析结果与按实际变截面桩计算分析结果相同。用此程序对一工程实例进行了计算分析,计算结果与静载试验实测值较符合。

超长单桩的荷载传递分析

提出了用指数函数作为荷载传递函数分析超长单桩的荷载传递 .考虑了桩侧摩阻力引起的桩端土沉降作用 ,对指数函数进行了修正 .用优化方法对单桩静载试验结果进行反演分析 ,优化出桩周各土层和桩端土荷载传递函数的岩土参数 .3根静载试验超长单桩的计算结果与试验结果较符合 ,说明修正后的荷载传递函数可用于分析超长单桩的荷载传递 .

按桩顶沉降控制法确定水泥搅拌桩有效桩长

采用线弹塑性荷载传递函数 ,按桩顶沉降控制法确定水泥搅拌桩的有效桩长。分析了桩的刚度系数、桩端土持力层弹性模量与桩周土弹性模量之比值、桩侧极限位移、桩径及土的泊松比等因素对水泥搅拌桩有效桩长的影响。结果表明 ,除土的泊松比对水泥搅拌桩有效桩长的影响不明显外 ,其余因素均有一定或较大的影响 ,并与弹性理论法分析结论一致。在桩的刚度系数较大且整根桩都搅拌得较均匀而使得整根桩的强度较高的情况下 ,水泥搅拌桩有效桩长能超过 2 0m。

按桩顶沉降控制法确定普通桩有效桩长

采用线弹塑性荷载传递函数 ,按桩顶沉降控制法确定深厚覆盖土层中普通桩有效桩长。对影响有效桩长的桩刚度系数等因素参数取值及荷载传递函数参数确定 ,进行了深入分析。从理论上较系统分析了各因素对普通桩有效桩长的影响 。

桩筏基础相互作用分析

提出了考虑土-桩-筏相互作用的迭代分析方法,可获得筏板的内力和桩身轴力等。考虑了桩筏基础下群桩效应作用的群桩桩顶反力分布、群桩桩端力分布及桩与桩相互作用等问题,使得计算的群桩单桩刚度较合理。同时,具有能考虑土的非线性、成层地基及利用单桩静载试验成果反演分析所得参数运用于群桩分析等特点。采用的 8 节点等参板单元可适用于分析平面不规则形状及变厚度的薄筏板和厚筏板。用笔者提出的方法对桩筏基础实例进行了分析,研究了桩长对该桩筏基础相互作用的影响,并与实测成果及其他学者研究成果进行了对比,表明了该方法能较合理地分析桩筏基础相互作用。

模型边界对大型哑铃型承台群桩基础承载变形特性的影响

利用三维弹塑性有限元,考虑群桩基础周围外侧土体竖向变形影响范围和桩端土体压缩层厚度的因素,研究分析其对大型哑铃型承台群桩基础承载变形特性的影响,从而研究大型超深群桩基础边界问题以及离心模型试验边界对其承载变形特性的影响。研究表明:群桩基础边界大小由群桩基础变形特性控制,成桥阶段时大型哑铃型承台群桩基础周围外侧土体竖向变形影响范围和桩端土体压缩层影响深度,分别为一倍承台宽度和一倍桩长;设计的离心模型试验边界对群桩基础桩身受力大小与分布影响不大,而对承台沉降和桩端土体整体压缩变形比等变形特性影响较大。

桩长和桩轴向抗压刚度对桩极限承载力发挥的影响

本文分析了桩的荷载传递机理及桩侧极限摩阻力沿桩身的分布模式 ,并用荷载传递函数解析法定性分析了桩长和桩轴向抗压刚度对粘土层中桩的极限承载力的发挥的影响。

考虑泥皮效应的大直径超长桩离心模型试验研究

应用离心模型试验研究了深厚软土地基中考虑泥皮效应的大直径超长单桩的承载变形特性。试验结果表明,考虑泥皮效应后,桩侧极限摩阻力约为不考虑泥皮的65%～85%,单桩极限承载力下降约20%。同时研究了桩径、桩长、持力层性质对单桩极限承载力和桩侧摩阻力的影响。结果表明,高荷载水平作用下,大直径超长桩的桩侧土层摩阻力易发生软化,导致桩产生渐进破坏;淤泥质粘土中,桩侧摩阻力随桩径增加而降低,但降低幅度较小;桩侧摩阻力具有深度效应,对某一特定深度土层,随着桩进入土层深度的增加,桩侧摩阻力下降,可表示为(h/R)的函数。

雨水入渗与膨胀性土边坡稳定性试验研究

采用离心模型试验方法,完成了2组不同坡度的膨胀性土开挖边坡土工离心模型试验,比较了边坡坡度大小对其稳定性的影响,并尝试通过控制注水浸泡时间来模拟短期和长期的雨水入渗,从而再现了降雨条件下膨胀性土开挖边坡的破坏特征和破坏机制。结果分析表明膨胀性开挖边坡表层土体因雨水入渗膨胀软化,强度降低,严重削弱了边坡稳定性;鉴于膨胀性土路堑在雨水入渗后发生浅层滑动破坏,因此,单纯放缓边坡坡度并不是防治这种破坏的最有效措施,重要的是做好隔水防水等处治工作。

膨胀土挡墙侧向膨胀压力研究

通过大型模型试验,研究了深层浸水条件下膨胀土挡墙侧向膨胀压力的变化规律。结果表明,随着浸水时间的增加,挡墙侧向膨胀压力逐渐增长到最大值,尔后,若挡墙为不能移动时,压力稳定在最大值附近,但若挡墙是可移动的,则压力逐渐减小至稳定值。挡墙可动与不能移动的最大侧向膨胀压力之比约为0.45,挡墙可动时的最大侧向膨胀压力与稳定侧向膨胀压力之比约为1.3～1.5。综合考虑了膨胀力与含水率、含水率变化与深度、膨胀率与上覆压力、膨胀力与膨胀率的关系,提出了侧向膨胀压力计算方法,分析了侧向膨胀压力的垂向分布模式和影响因素,计算结果与模型试验结果较吻合,此外,还推导了侧向膨胀压力的合力及其作用点位置。

超重力场中界面土压力的测量

测量诸如孔隙水压力、位移和载荷等物理量能够达到相当高的精度,但土压力的测量则困难得多。在吸取了国内外同行经验后,为离心模型试验设计研制了一种微型土压力盒,主要用于土与结构物界面土压力的测量。水压力、干砂压力和砂土压力三种标定结果表明,这种微型土压力盒的线性度良好;在研究地下连续墙的侧向土压力分布的离心模型试验中,根据这种微型土压力盒的测试结果,获得了合理的侧压力系数。