黄土区楔形桩-网复合地基承载特性

[目的]针对黄土地区中楔形桩-网复合地基的承载性能进行探究.[方法]开展以几何相似常数为第一基本量、重度相似常数为第二基本量的土工模型试验,研究了不同受荷区域基桩承载能力,并通过有限元计算方法进一步分析其承载特性.比较模型试验结果与有限元计算结果,揭示了黄土区楔形桩-网复合地基的荷载沉降、桩身轴力、侧摩阻力、桩土应力比及荷载分担比等分布与变化规律.[结果]复合地基沉降变化总体趋于均匀,荷载-沉降曲线为缓变型;不同受荷区域基桩的桩身轴力、侧摩阻力呈现明显差异性;楔形桩-土相互作用与荷载和深度呈现正相关关系,但存在一定上限;复合地基中楔形桩随荷载增大能有效分散桩身应力,并将荷载由桩体向桩周土传递、由地基中心向外围扩散.[结论]楔形桩-网复合地基表现出良好的承载能力,直接受荷区桩能更高效地发挥楔形桩承载特性,楔形桩在复合地基中很好地实现桩-网-土协同作用.

层状地基中楔形桩水平向非线性振动响应分析

楔形桩是一种集施工简便、承载力高等特点的新型路基处理桩型。为进一步完善楔形桩水平振动分析理论以推广其在工程中的应用,基于动力Winkler地基理论,建立楔形桩-土体水平耦合振动非线性分析模型,针对水平简谐荷载作用下层状地基中的楔形桩水平动力响应问题展开研究,并探讨不同桩身长径比对桩土分段的敏感性,研究楔形角和土体分层特性参数对楔形桩水平向非线性动力响应的规律。结果表明:随着楔形角或桩侧土体模量的增大,楔形桩水平动力特性均会得到显著改善;等体积条件下保持桩端半径不变改变桩长较保持桩长不变改变桩端半径时水平动力性能表现更好;桩侧上层土体性质变化对桩顶动力响应影响更加显著。

夯实水泥土楔形桩复合地基承载特性试验研究

针对软土地基中的夯实水泥土桩复合地基,分别进行1组等截面桩和3组不同楔角楔形桩的9桩复合地基对比试验,研究4组复合地基在相同条件下的平均沉降和平均桩–土应力比随荷载变化的规律以及荷载传递规律。试验结果表明:夯实水泥土楔形桩能有效地调节桩–土沉降差和地基沉降,提高地基承载力;增大楔形桩的楔角能使桩体较早地发挥其承载性能,夯实水泥土楔形桩复合地基的平均桩–土应力比较夯实水泥土等截面桩复合地基的大;随侧壁倾角的增大,夯实水泥土楔形桩桩身轴力的衰减速率不断增大,随荷载传递深度不断减小,楔形桩的工作性状远优于等截面,且侧壁倾角越大,桩体的性状能得到较好地发挥。

堆载作用下楔形桩负摩阻力演化特性研究

通过分析地面堆载因素造成的桩周土体沉降所引起负摩阻力的特性,对了解与掌握桩基负摩阻力特性具有重要的理论意义,但如何减轻堆载引起的负摩阻力,对工程更有实际意义。研究采用FLAC 3D有限差分法,分析了堆载作用对楔形桩基负摩阻力和中性点的影响,研究结果表明:无论堆载大小,楔形桩桩身轴力随深度的增大而增大,待其达到某一峰值时,桩身轴力减小。当桩周土堆载不大于7.5 kPa时,随着堆载的增大,轴力也随之明显增大;而当桩周土堆载大于7.5 kPa时,随着堆载的增大,轴力虽然也略有增大,但其增长幅度较小。堆载作用下楔形桩中性点稳定深度为–0.3~–0.4 m间。当桩周土堆载较大时,可采用轴力最大点、摩阻力零值、相对位移零值计算中性点位置;而当堆载较小时,则利用轴力最大点和摩阻力零值计算中性点位置更为可靠。

考虑横向惯性效应时楔形桩纵向振动阻抗研究

基于Rayleigh-Love杆模型,研究考虑横向惯性效应时成层土中楔形桩的纵向振动问题。首先,根据桩周土的成层性并考虑楔形桩的变截面特性,将桩土系统沿纵向划分为有限个微元段。然后,运用Laplace变换技术和阻抗函数递推方法,在平面应变条件下推导得到成层土中楔形桩纵向振动时桩顶复阻抗的解析解。最后,采用参数研究方法,在低频范围内分析楔形桩设计参数对桩顶复阻抗的影响,并将同体积时的楔形桩与均匀截面桩的桩顶复阻抗进行对比。结果表明:(1)楔形桩其他设计参数不变时,动阻尼随着楔角的增大而增大,动刚度也随着楔角的增大而增大,但增大的幅度会随着频率的增大而逐渐减小;(2)楔形桩其他设计参数不变时,动刚度随着桩长的增大而减小,动阻尼随着桩长的增大而增大;(3)对等体积的楔形桩与均匀截面桩,当桩长相同时,楔角越大,动刚度越小,动阻尼越大;当桩端截面积相同时,楔角越大,动刚度越大,动阻尼先增大再减小。

扩底楔形桩竖向抗压和负摩阻力特性研究

扩底楔形桩是基于结合常规扩底桩和楔形桩的优点而开发的一种新桩型,能同时提高桩侧正摩阻力和桩端阻力,并能有效降低土体沉降引起的负摩阻力对基桩的影响。简要介绍了扩底楔形桩的受力机制和施工方法;基于FLAC3D有限差分软件,通过针对实际工程的数值模拟验证数值模拟的可靠性,对该新桩型在竖向抗压和负摩阻力特性方面的力学特性进行了初步探讨,并与等体积混凝土的常规扩底桩、楔形桩和等截面桩进行了对比分析;进而研究了桩端土体与桩周土体模量比、楔形角、扩大头直径以及桩体模量等因素对扩底楔形桩力学特性的影响。研究结果表明,同等级地面堆载作用下,扩底楔形桩中桩侧负摩阻力引起的桩顶下拽位移最小、桩身下拽力值介于常规楔形桩和扩底桩两者之间。

水平荷载下扩底楔形桩承载力特性透明土模型试验

通过改变纵向截面形式以提高单位材料利用率、提高桩侧摩阻力或桩端阻力的异形桩在工程界逐步得到推广应用;然而,针对纵向截面形式改变对基桩水平向承载力特性影响的研究却相对较少。为分析纵向截面形式改变对水平向承载特性影响规律及桩-土相互作用机理;基于透明土材料和PIV(particle image velocimetry)技术,采用非插入式测试方法开展水平荷载作用下扩底楔形桩的承载力特性模型试验,测得水平荷载下基桩H0-y0曲线、基桩变形、以及桩周土体扰动位移场等规律特性,继而探讨水平荷载下扩底楔形桩的极限承载力、基桩变形对桩周土体位移场的扰动规律以及桩-土相互作用机理;同时进行等截面桩、楔形桩的水平向承载力特性透明土模型试验作为对比分析。试验结果表明,文中试验条件下,由于扩大头的存在,扩底楔形桩的水平向承载力约为楔形桩的2.0倍;水平荷载下,桩周土体的竖向位移略比水平向位移要大,桩端附近土体水平向位移变化比竖向位移变化要更明显;水平极限荷载下桩端略有一点向上拔出。

楔形桩桩顶纵向振动阻抗的解析解

针对成层地基中楔形桩的纵向振动问题,采用平面应变模型模拟桩侧土,并根据桩侧土的成层性及考虑楔形桩的变截面特性,将桩土系统划分为有限个微元段,运用Laplace变换技术和阻抗函数递推方法,求得了楔形桩纵向振动情况下桩顶复阻抗的解析解,并讨论了楔角对楔形桩桩顶复阻抗的影响。结果表明,动刚度曲线和动阻尼曲线的共振峰幅值均随楔角的增大而变大;当其他参数不变仅桩长变化时,动刚度曲线的共振峰幅值随桩长增大而变小,动阻尼曲线的共振峰幅值随桩长增大而变大;当其他参数不变仅桩端截面半径变化时,动刚度曲线和动阻尼曲线的共振峰幅值随桩端截面半径增大而变大。

静压楔形桩沉桩效应模型试验研究

为探讨楔形桩与等截面桩在静力沉桩过程中的沉桩效应,在软土地基中分别对1根等截面模型桩和3根不同楔角的楔形模型桩进行静力沉桩试验。通过试验数据整理分析,获得等截面桩与楔形桩在静力沉桩中桩周土的竖向位移、径向位移、沉桩压力与沉桩深度的规律及最大竖向位移和径向位移。研究结果表明：在相同地质条件下,楔形桩周土的竖向位移和径向位移分别随沉桩深度、楔角的增大而不断下沉并靠近桩中心;最大竖向位移和径向位移均出现在1倍平均桩径处,最大竖向位移为平均桩径的5.78%-9.45%,最大径向位移量为平均桩径的0.92%-2.04%;楔形桩沉桩所需的沉桩压力随桩深度、楔角的增大而不断增加,且增加的速率越大。

基于透明土的静压楔形桩沉桩效应模型试验研究

楔形桩是一种可以有效提高桩侧摩阻力的纵向变截面异形桩,然而针对该变截面桩沉桩效应特性方面的研究却相对较少。基于透明土材料和粒子图像测速技术(简称PIV),开展静压楔形桩沉桩模型试验,测得沉桩过程中桩周土体的位移场变化规律;沉桩过程中桩周土体位移场由激光射入透明土材料,与透明土材料之间的相互作用产生的独特散斑场,通过CCD(charge-coupled device)电荷耦合元件相机成像处理而获得。同时进行了等截面桩的沉桩模型试验,并对等混凝土材料用量情况下楔形桩和等截面桩的沉桩效应进行对比分析。最后,将此试验结果与基于常规试验手段的静压楔形桩沉桩模型试验和圆孔扩张理论计算结果进行对比分析,验证了基于透明土材料的静压楔形桩沉桩模型试验的准确性和可靠性。研究结果表明,基于透明土材料和PIV技术可以有效地开展静压楔形桩沉桩模型试验研究;楔形桩静压施工过程中对桩周土的影响范围约为等混凝土用量等截面桩的1.2倍。

任意层地基中粘弹性楔形桩纵向振动响应研究

考虑楔形桩的横向惯性效应,研究了任意层地基中粘弹性楔形桩的纵向振动问题。首先,根据楔形桩的变截面特性并考虑桩侧土的成层性,将桩土系统沿纵向划分为有限个单元。然后,采用平面应变模型模拟桩侧土,采用Rayleigh-Love杆模拟楔形桩,运用Laplace变换技术和阻抗函数传递方法,求解得到了任意层地基中桩顶速度频域响应的解析解及桩顶速度时域响应的半解析解。最后,采用参数分析方法,对楔形桩单元划分精度进行了讨论,并讨论了楔形桩设计参数及材料参数和桩侧土成层性对楔形桩纵向振动响应的影响。

考虑桩周土竖向作用和施工扰动效应时大直径楔形桩的纵向振动特性

将桩土系统划分为数量足够多的微元层,基于复刚度传递多圈层平面应变模型,求得了桩侧土对桩身的剪切刚度。采用Voigt体模拟桩周土与相邻微元桩段交界面上环形截面的作用,求得了弹簧和粘壶系数。通过拉普拉斯变换,结合相邻微元桩段交界面上的位移连续和应力平衡条件,得到了修正的阻抗函数递推法。通过求解微元桩段的动力平衡方程,结合修正的阻抗函数递推法,求得了桩顶的阻抗函数。将该解与已有解进行对比,进一步验证了的楔形桩承载性能的优越性。在桩基动力设计所关心的低频范围内,通过参数分析研究了桩周土的竖向作用与施工扰动效应的耦合作用。

基于极限平衡理论的楔形桩承载力计算方法

首先根据楔形桩的受力特性,提出了楔形桩单桩破坏模式,然后从极限平衡理论出发,利用库仑土压力的推导思路,推导得到了该破坏模式下的楔形桩承载力计算方法;将数值分析的结果与自编的单桩承载力计算程序计算得到的结果进行对比分析,验证了该方法的合理性。结果表明:其他参数不变时,在一定范围内增大楔形桩的锥角,可显著提高楔形桩的极限承载力;当外摩擦角较大时,粗糙的桩侧面也可以提高楔形桩的承载力;楔形桩尺寸也是影响单桩承载力的重要参数;该方法在工程实际中有着较强的适用性。

楔形桩与圆柱形桩复合地基承载性状对比研究

基于剪切位移法,引入Mylonakis&Gazetas桩-土相互作用及Winkler地基模型,导出了复合地基中桩-桩、桩-土及土-土相互作用柔度系数;在此基础上,提出了一种综合考虑桩-土-垫层共同作用的复合地基分析方法,并利用Matlab软件编制了相应的计算程序。为了验证该方法的可行性,对楔形桩和圆柱形桩复合地基进行了模型对比试验,并利用该方法对两个模型试验进行了计算分析,试验及理论结果均表明,桩顶平面处的桩间土反力保持着类似天然地基的马鞍形分布,圆柱形桩复合地基的承载力明显低于楔形桩复合地基的承载力,同时,圆柱形桩复合地基的桩土平均应力比明显高于楔形桩复合地基的桩土平均应力比,楔形桩对缓解复合地基中桩顶应力集中,充分利用天然地基的承载能力具有良好的调节作用。

楔形桩的承载力

分析计算桩周土压力 ,确定楔形桩的承载力及沉降特点 ,楔形桩的轴力随桩深变化的规律。德阳市的工程实例证明楔形桩承载力高 ,沉降量小 。

考虑挤土效应时楔形桩纵向振动阻抗研究

基于复刚度传递多圈层平面应变模型,研究考虑桩周土挤土效应时成层地基中楔形桩的纵向振动问题。首先根据桩周土体的纵向成层情况并考虑楔形桩的变截面特性,将桩土系统沿纵向划分为有限个微元段,对每个微元段的桩周土体建立复刚度传递多圈层平面应变模型,并通过剪切复刚度递推方法求得桩周土作用在桩身的剪切复刚度;然后将求得的剪切复刚度代入桩身纵向振动控制方程,运用Laplace变换技术和阻抗函数递推方法,推导得到考虑桩周土挤土效应时成层地基中楔形桩纵向振动时桩顶复阻抗的解析解;最后,采用参数研究方法在低频范围内分析挤土效应对桩顶复阻抗的影响及其规律。

夯实水泥土楔形桩复合地基中桩的合理楔角范围研究

基于剪切位移法,引入Mylonakis & Gazetas桩-土相互作用及E.Winkler地基模型,导出复合地基中桩-桩、桩-土及土-土相互作用柔度系数;在此基础上,考虑垫层的影响,提出一种综合考虑桩-土-垫层共同作用的复合地基分析方法,并利用Matlab软件编制相应的计算程序。为了验证该方法的可行性,对夯实水泥土楔形桩和圆柱形桩复合地基进行模型对比试验,并利用该方法对模型试验进行计算分析,试验及理论结果均表明,对于夯实水泥土楔形桩复合地基,在置换率相同的条件下,夯实水泥土楔形桩复合地基的承载力随楔角的增大而增大,但从平均直径与圆柱形桩直径相等的夯实水泥土楔形桩复合地基的承载力同夯实水泥土圆柱形桩复合地基的承载力相比提高的幅度来看,存在一个合理的楔角,合理的楔角范围约1°～3.5°。

夯实水泥土楔形桩复合地基工作性状试验研究

针对软土地基中的夯实水泥土桩复合地基,分别进行1组圆柱形桩和3组不同楔角楔形桩的9桩复合地基对比试验,研究这4组复合地基在相同条件下的桩-土平均沉降差、桩体应力、平均桩-土应力比、平均沉降随荷载变化的规律。研究结果表明:夯实水泥土楔形桩能有效地调节桩-土沉降差和地基沉降,提高地基承载力;增大楔形桩的楔角能使桩体较早地发挥其承载性能;在一定荷载范围内,夯实水泥土楔形桩复合地基的平均桩-土应力比夯实水泥土圆柱形桩复合地基的平均桩-土应力比大;随着荷载的增加,桩体所分担的荷载是有限的,夯实水泥土楔形桩复合地基的平均桩-土应力增长趋于稳定或下降,即楔形桩的倾斜侧壁能有效地缓解桩体应力集中现象。

静压楔形桩挤土效应的室内模型试验

通过对在黏土中静力压入等截面钢桩和3根不同侧壁倾角的楔形钢桩的室内模型对比试验,对静压楔形桩及等截面桩的挤土效应进行研究。通过试验,获得沉桩过程中地表隆起随沉桩深度变化的规律及最大隆起的位置和大小。最后对压入等截面桩与楔形桩的试验结果进行比较分析。