带扩大桩靴桩基施工挤土效应解析研究

提出新型带扩大桩靴预应力管桩基础.不同于均匀截面管桩的施工挤土效应,由于桩靴尺寸大于预制管桩桩身,桩端扩张不宜视作理想球体而更接近于扁球体(旋转椭球体).基于扁球体扩张源对新型带扩大桩靴桩基施工挤土位移场进行解析求解,基于圆孔扩张理论考虑桩周土塑性区域的体积变形,对扁球体扩张应变路径法计算结果进行修正.通过提出的解析解,研究带扩大桩靴桩基施工挤土效应.结果表明,桩周场地可以根据位移场分布规律,大致分为近地表、近桩端以及桩身附近3个区域.扩张源形态越“扁”,桩身附近区域水平“排开”效应略有增强,近地表区域地面“隆起”位移及近桩端区域竖向位移显著减小,这对于挤土桩施工而言是非常有益的.

砂土中斜桩-承台基础的水平承载特性研究

通过开展室内模型试验,研究了砂土中斜桩-承台系统的水平承载特性,重点分析了桩身倾角及桩身抗弯刚度两个因素对桩顶水平位移、桩身弯矩分布的影响。利用有限元方法开展了与模型试验相对应的三维有限元分析,两者所得结果的对比表明所采用的有限元分析方法能较好地反映斜桩在水平荷载下的受力和变形特性。为了更好地与工程实际相对应,基于上述数值分析方法开展了原型尺寸的数值参数分析,考虑了桩体的弹塑性力学特性,探究土体弹性模量、桩身刚度以及桩身长度对斜桩-承台系统水平承载能力的影响。计算结果表明,相较于改变桩身的抗弯刚度,土体弹性模量的变化对斜桩-承台系统水平承载能力的影响更为显著;当桩长小于25 m(25倍桩径)时,桩长的增加能较明显降低桩顶水平位移响应,当桩长超过该值时,斜桩水平承载能力的提升效率下降。此外,基于试验数据开展了多元回归分析,获得了斜桩-承台系统桩顶水平位移的半经验预测公式,该公式的预测值与试验实测值及数值参数分析计算值的吻合度均较高,具有良好的适用性,有望能为砂土中斜桩工程的设计和分析提供一定的参考依据。

倒边盖挖逆作法基坑支护结构可靠性分析

为了解决采用标准Monte Carlo法计算复杂基坑工程上常见小概率失效,导致计算效率低的问题,以南京市湖南路地下商业街工程为工程背景,首先,将随机响应面法与基坑工程三维模型相结合,求解极限功能函数的响应面方程,并用标准Monte Carlo法计算失效概率和可靠指标,探讨采用倒边盖挖逆作法作为基坑支护结构施工方法的可行性;其次,基于该响应面方程,以土体的弹性模量为随机变量参数,采用马尔可夫链蒙特卡罗子集模拟法(MCMC子集模拟法)计算基坑支护结构的失效概率,并与标准Monte Carlo法结果进行对比分析。结果表明:当支护结构最大侧移控制指标为25 mm时,计算得到的可靠指标均大于4.6,即采用倒边盖挖逆作法施工过程中基坑是安全的;10万次和50万次标准Monte Carlo法计算得到的失效概率均为零,说明对于标准Monte Carlo法,在计算小概率失效问题时10万与50万的样本量是不足的;而MCMC子集模拟法用2.98万个样本计算出的结果与标准Monte Carlo法采用100万个样本计算的结果相对误差仅为1.7%,表明MCMC子集模拟法对于小概率失效问题求解的优势。所提算法在一定程度上提高了计算结构系统小概率失效问题的效率,对结构系统可靠性的相关研究具有一定参考价值。

土岩深基坑桩-撑-锚组合支护体系变形特性

以青岛地区特有的土岩组合地质条件为背景,通过Plaxis有限元模拟和现场监测相结合的方法,探讨土岩组合深基坑中围护桩、钢支撑与锚索组合支护体系的协同作用及基坑变形规律。通过不同支护形式的对比分析得到围护桩桩身水平位移、基坑周边地表沉降分布规律;从开挖步、钢支撑预应力及锚索预应力的变化分析得到围护桩桩身水平位移、弯矩及剪力的分布规律。研究结果表明:基坑变形和周边地表沉降模拟结果与实测值结果吻合较好,基坑的变形主要发生在基坑上部软弱土层,采用桩–撑–锚组合支护体系在青岛地区具有很好的实用性。研究成果可为类似土岩结合地区深基坑支护设计提供参考。

长板–短桩工法处理高速公路软土地基的数值分析

长板–短桩工法综合了排水固结法和水泥土搅拌桩法在加固软土地基工程中的优点,适用于处理高速公路深厚软土地基。以江苏省淮安–盐城高速公路盐城试验段为原型和依据,利用Plaxis软件,针对长板–短桩工法、排水固结法和水泥土搅拌桩法三种工况下的路堤和地基性状进行了二维有限元计算分析。从数值分析的角度研究了长板–短桩复合地基的加固机理和特性,进一步认识了总沉降、分层沉降、侧向位移、潜在滑动面及超孔隙水压力等指标的特征,得到了一些有益的结论。

饱和砂土场地大型爆炸液化现场试验研究

土体振动液化是岩土工程领域中引人注目的热点问题,振动及液化引发的房屋倒塌或堤坝溃决将严重危及生命和财产安全。基于室外大型爆炸液化可控试验场地,开展了一系列饱和砂土中的单点及多点微差爆炸液化试验。介绍了现场爆炸液化试验的主要技术细节,包括钻孔及布药方式、监测设备及方法、混凝土结构及土质堤坝的设计等。分析了饱和砂土中单点和多点微差爆炸引起的土中孔隙水压力上升规律、爆炸液化的影响因素以及利用多点微差爆炸液化人工制造大面积液化试验场地的实现条件和方法,并最终开展爆炸液化场地混凝土结构及土质堤坝的变形研究。试验的成功实施为人工制造大型振动液化试验场地的方法提供了参考。

折线型滑面边坡强度参数反演的极限分析上限法

基于极限分析上限定理,考虑孔隙水压力的影响,提出折线型滑面边坡稳定分析计算模型。根据相关联流动法则和内外能耗守恒原理,结合强度折减技术,对折线型滑面边坡稳定性进行分析,得出折线型滑面边坡稳定性极限分析上限解。假定滑坡处于极限平衡状态,即安全系数Fs=1.0,求解不同断面一系列的c和φ组合,然后用图解法确定边坡滑面的抗剪强度参数,不同断面的c-φ曲线的交点即为抗剪强度参数的反演值。以湘西朱雀洞特大滑坡为工程实例进行抗剪强度参数反演分析,并与现场勘测的强度参数进行比较分析。研究结果表明:本文方法有效,反演结果可为相似工程的强度参数确定提供有益参考。

混凝土波速受检测方法影响的研究

为建立超声波法和低应变反射波法检测所得基桩等混凝土构件波速的相互转换方法,给出了Kelvin-Voigt粘弹性介质的三维和一维纵波速度之比及其实用简化公式。结果表明,混凝土构件的超声波速与1.054倍低应变动测波速之比处于1.03～1.12,具体数值会随着混凝土龄期、弹性模量和强度等级的增加而有所减小。

饱和砂土中浅埋单药包爆炸液化特性分析

堰塞坝和挡水堤坝的爆破泄洪均可能涉及饱和土中的浅埋爆炸问题,然而关于饱和土中浅埋炸药爆炸引起的动态孔隙水压力及液化的研究则鲜有报道。基于饱和砂土中的浅埋单药包爆炸液化现场试验,分析了浅埋爆炸引起的土中超孔隙水压力变化特征,研究了药量、埋深和爆距等因素对土中超孔隙水压力上升的影响。在评价饱和砂土中封闭爆炸液化经验预测方法的基础上,提出了考虑药包埋深和比例距离的修正的液化预测经验模型,并与金银岛爆炸液化试验数据进行对比验证。研究结果表明,修正后的液化预测经验模型可以描述比例埋深对爆后孔隙水压力上升的影响,可以较为精确地评价和预测浅埋单药包爆炸引起的饱和土中液化的发生程度及范围。研究成果可以作为饱和土中封闭爆炸液化经验预测方法的补充和完善。

冻土中锥型桩模型试验研究及有限元分析

通过冻土中锥型桩室内模型试验研究得出冻结土体中锥型桩承载力特征:Q-S曲线未发现“台阶”现象,也不存在陡降段,其破坏形式接近于渐进型。对现有冻土流变模型的分析,提出了用非线性牛顿体替代线性牛顿体,建立了改进的西源本构模型;并将改进的西源本构模型成功地添加到ADINA软件平台中。采用改进的西源本构模型对冻土中锥型桩室内模型试验进行了有限元数值仿真,模型试验结果和有限元计算接近,表明:采用有限元数值方法可为寒区冻土中锥型桩设计和施工提供参考。

现役高速公路轻质土侧向置换路基方法研究

考虑到现役高速公路运营情况,提出了在不影响正常通车的条件下,采用侧向引孔注入气泡混合轻质土置换路基的卸载处治方案。以浙江申嘉湖杭高速公路为例,通过吸失水试验确定了轻质土设计容重的修正系数,结合现场监测数据对不同处理路段的沉降进行了分析。提出了采用置换体积比和有效容重比来修正平均固结度和利用置换前的沉降资料估算轻质土的置换量的简便计算方法。采用有限元方法模拟了轻质土置换后的沉降并与实测结果进行对比。研究结果表明,轻质土试样长期受水浸泡,材料设计容重将有明显增加,需要根据不同施工环境对其进行修正,建议修正系数取值在1. 05～1. 25之间;采用轻质土置换的路段,通过监测资料得到的沉降速率比值与该桩号有效固结度的计算数值大致相等,最大误差只有15. 4%,提出的简便计算方法作为控制标准是可行的;横向引孔施工结束后,EK0+320-EK0+325沉降速率从最大65. 3 mm/月减小到5 mm/月。通过数值模拟发现,施工完成后一个月换填与不换填的沉降差为5 mm。在保证路基土稳定的条件下,可增加引孔数量加大卸载量,或者采取跳孔方式拉大成孔间距,减少群孔对成孔质量的影响,成孔后分批次及时浇注轻质土,避免塌孔影响置换效果。综上所述,横向引孔换填轻质土能有效控制现役高速公路沉降。

砂土地基触地爆炸的SPH-FEM耦合分析方法

针对砂土地基触地爆炸问题,在LS-DYNA框架内建立了有限元法和光滑质点流体动力学法相耦合的数值分析方法SPH-FEM。该耦合法结合了FEM的高计算效率和SPH在处理土体爆炸大变形方面的优势,通过精确捕捉SPH粒子的运动,可以直观再现爆坑形态的发展全过程,适合描述爆炸大变形问题。数值结果显示,爆炸波在近区表现的强间断冲击波,是造成土体流动大变形的重要因素;土体参数在正常范围的浮动对爆坑尺寸具有一定影响,在设计应用时应予以考虑。利用SPH-FEM耦合法计算得到的爆坑形态和尺寸与ConWep程序经验数据基本一致,验证了SPH-FEM耦合法在分析触地爆炸问题中的正确性。

复合地基基础空间变刚度调平设计方法的数值模拟

基于地基基础支承刚度与上部荷载分布特征相对应的原则,考虑地基中的应力场、应变场的分布,对地基基础的空间变刚度设计方法进行了数值分析.建立复合地基基础的三维有限元模型,以地基变形模量的变化来反应地基的支承刚度的空间变化,讨论地基支承刚度空间变化时,基础沉降等值线的分布规律,验证了地基基础空间变刚度对减少基础沉降差,改善建筑结构的受力模式,减小筏板内力和厚度、降低上部结构次应力具有显著效应.

边载作用下桩基承载性能数值分析

桩基除了承受自身上部建筑物的荷载外,经常还承受各种形式的边载作用。边荷载会引起桩周土体的沉降,产生额外附加力,即负摩阻力。这些可导致桩基的承载力下降使结构破坏。通过建立桩土共同作用的三维数值模型,分析边载作用下桩基承载性能。主要研究了边载大小和边载距离对桩侧摩阻力的影响规律;桩长和边载距离组合对其的影响规律;得出了2个组合关系的表达式。同时应用最小二乘法得到不同边载组合的桩侧总摩阻力表达式,并依据离散系数的统计分析,验证了该函数表达式具有较高的精确度。得到结论:当边载距离s和边载大小Q的相对关系k值增加至32时,由边载产生的桩侧负摩阻力趋于0;当桩长L和边载距离s的相对关系c值增加至0.5时桩侧负摩阻力趋于0。即在这2个相对关系极限值以外,桩基承载性能将不受边载影响。

不同检测方法对混凝土波速的影响研究

为建立超声波法和低应变反射波法检测所得混凝土基桩波速的相互转换关系，本文给出了标准线性固体模型下粘弹性介质的三维和一维纵波速度之比及其实用简化公式，并且通过实验得出，混凝土构件的超声波速与1．054倍低应变动测波速之比处于1．03—1．12，具体数值会随着混凝土龄期、弹性模量和强度等级的增加而有所减小。

承台下摩擦倾斜桩工作性状分析

为了分析未经处理倾斜桩的承载力特性,以连云港海相软土地区为例,经过对倾斜桩的现场调查及实测数据的分析,建立了承台—倾斜桩体系数值模型,通过数值计算分析得到:桩体倾斜程度对承台—倾斜桩体系承载力的影响存在阀值,且桩体倾斜方向不同时其阀值也不同,当倾斜程度为4%之后承台—水平向倾斜桩的承载力有所降低,当倾斜程度为6%之后承台—垂直向倾斜桩的承载力有所降低,另外从位移及内力分析来看,桩体垂直向倾斜时的承台水平向位移及桩身弯矩较水平向倾斜时要小。

检测灌注桩中钢筋笼长度的电法初探

提出了用高频电磁波法和直流电法检测灌注桩中钢筋笼实际长度的电法检测方法,并在实际工程中得到了检验。实践表明,它们是对灌注桩中钢筋笼长度的有效检测方法。两种方法联合检测结果更可靠。鉴于灌注桩中钢筋笼实际长度的检测至今没有成熟检测技术,因此,这种方法对灌注桩的质量控制及同类检测工作有一定的借鉴意义。

土-结构相互作用体系合成模态阻尼比的振动台模型试验研究

本文籍振动台模型试验,研究了SSI体系的合成模态阻尼比问题。文中首先阐明了在SSI体系直接动力分析中应采用合成模态阻尼比的观点,研究了合成模态阻尼比的实测确定方法。并在不同工况下,通过对模型不同部位测点的传递函数、基本频率、基本合成模态阻尼比等实测数据考察,验证了SSI体系合成模态的存在性、合成模态阻尼比与相同应变下不考虑相互作用的单纯地基土体或刚性地基结构阻尼比的差异性及其在递增动力作用下的变化规律。

大体积混凝土力学参数的Bayes随机优化反演

首次将Bayes参数估计理论引入温度荷载作用下大体积混凝土力学参数随机反演问题,建立了相应的Bayes参数反演误差函数,并将优化理论中的变尺度法应用于该反演问题,推导了相应的计算公式,通过一典型分析得出了若干有益结论。

低承台复合桩基承台效应分析

为了充分利用低承台复合桩基在竖向荷载作用下,承台分担荷载作用,更好地发挥桩侧摩阻力、端阻力,从而提高桩基承载力,对单桩、不同尺寸的单独承台、不同复合桩基的模型进行了压载试验.并从理论上分析了低承台复合桩基在承台的作用下桩周土受荷变化、荷载传递变化及承载力的变化,得出承台不但本身可分担荷载,而且可使桩侧摩阻力、端阻力均有提高的结论.证明了低承台复合桩基在竖向荷载作用下,承台的效应可提高的结论.证明了低承台复合桩基承载力,大有节约资金之潜力.