Analysis of pile load-transfer under pile-side softening

A set of analytical equations for the variation of the axial force along depth and the pile-top load-settle-ment curve were established, using tri-linear softening model to pile-side soil and bilinear hardening model to pile-end soil . Influences of the pile-side and pile-end soil behavior on the load-settlement curve were discussed, indica-ting that the lowering reason for the variation step degree of the axial force along depth is the softening of the pile-side soil to result in the side friction lowering when the pile-top load is increased. To verify the reliability of thismethod, the parameters used in calculation are obtained from the test in Zhuzhou area. The obtained results are thencompared with the tested results. Contrast shows that the calculated results and the tested values are very close,which illustrates that the proposed method is reliable.

基于尖点突变模型确定静载试验的基桩极限承载力

利用静载试验的荷载-沉降曲线确定基桩极限承载力的分析方法很多,但至今尚未找到合理、有理论依据的确定基桩极限承载力的评判方法。因此,尝试利用尖点突变模型分析基桩静载试验的荷载-沉降曲线来评判基桩极限承载力;利用Matlab软件直接拟合静载试验的荷载-沉降曲线,以突变特征值为评价标准,确定基桩极限承载力。研究表明:(1)对比分析目前常用的尖点突变模型求解方法与文章提出的直接拟合法,发现目前常用的一般求解法存在不稳定性、误判等不足,评判结果与静载试验实际情形不符;(2)直接拟合法求得的势函数具有唯一性、首位性、单调性等特征,计算结果与基桩静载试验的实际情况相符,解决了一般求解法存在不稳定性、误判等问题,且比现行基桩检测规范计算结果更为安全。研究结果为较大直径基桩在缓变形情形下,以0.05D桩顶沉降量为标准确定基桩极限承载力提供了理论依据。

劲性复合桩桩筏基础竖向承载性能研究

为研究劲性复合桩桩筏基础的承载特性,采用ABAQUS三维有限元软件对劲性复合桩桩筏基础在竖向荷载作用下的响应规律进行分析。考虑在不同桩长、桩数、筏板厚度以及芯桩直径的影响因素下其荷载-沉降曲线的变化规律,并将荷载沉降进行归一化处理。结果表明在一定荷载范围内,角桩首先承受较大荷载,而随荷载的不断增加,中心桩则会分担更多的荷载;桩长一定的条件下,桩筏基础的位移随芯桩直径的增大而减小,而当芯桩直径一定时,沉降会随桩长的增加而减小;筏板厚度也会对桩筏系统的竖向承载性能产生一定的影响,分析表明筏板厚度处于1~1.5d时为最佳。研究为工程实际应用以及对劲性复合桩桩筏基础的推广提供参考。

小直径钢管桩Q-s曲线的数值模拟与分析

目前小直径钢管桩在工程领域内得到了广泛应用,但是为确定小直径钢管桩竖向承载力,通常需要采用静力荷载试验获取其荷载-沉降曲线作为其判断依据,然而原位试验不仅过程复杂,而且耗时较长,同时需要投入大量的人力和物力。利用理论模型推导获得小直径钢管桩的Q-s曲线,不仅可以省去现场试验的必要性,而且能提高设计和施工的效率。本文结合前人的研究,在桩土接触面单元的建立过程中参考了无厚度Goodman界面单元法,理论推导小直径钢管桩的Q-s曲线,并与实测结果对比分析,证明了该理论方法的适用性,并分析了结果存在误差的原因,鉴于较小的沉降对小直径钢管桩承载力的影响较小,因此工程实践中可以通过理论方法获取Q-s曲线。

长径比与桩侧土体模量变化对灌注桩竖向承载特性影响分析

为研究桩基长径比与灌注桩成孔开挖过程引起的桩侧土体弹性模量弱化效应对桩基承载特性的影响,采用数值分析方法构建了15组竖向受荷单桩模型,以分析桩顶荷载-沉降曲线、桩身轴力变化曲线和桩端荷载-沉降曲线的变化特征。结果表明,在同一桩长和桩顶竖向荷载下,桩顶竖向位移随着桩径的增大而减小,而在同一桩顶竖向位移下,桩顶竖向荷载随着桩径的增大而增大;在同一桩径和桩顶竖向荷载下,桩顶竖向位移随着桩长的增大而减小,而在同一桩顶竖向位移下,桩顶竖向荷载随着桩长的增大而增大。存在一临界长径比,使得桩端阻力发挥比例和桩顶竖向位移变化率的影响达到最大。当桩侧土体弹性模量大于某一定值时,桩侧土体弹性模量变化对桩承载特性的影响可忽略;随着桩侧土体弹性模量减小且达到某一定值时,桩侧摩阻力开始不发挥的位置逐渐向上移动。

重复载荷下软土承压模型的计算方法研究

对重复法向载荷下的软土承压模型进行数学建模及程序实现,求解重复加载下软土的压力沉陷关系。以沉陷量、接触面积及加载次数为自变量,土壤变形力为因变量,推导任意位置土壤变形力的微积分方程。沿沉陷方向将土壤分段离散,施加对应分段的分段承载系数,并在卸载-加载期间,给出对应的稳定点计算公式和土壤反弹线刚度,编制松软土壤的载荷沉陷程序。将土壤刚度值代入微积分方程,利用C/C++语言对Adams进行二次开发,获得载荷沉陷曲线。在软土地形上,利用直径为6,8,10 cm的3种平板,实施压板贯入试验获得对应的压力-沉陷曲线,模型的仿真与试验结果误差不超过10%。

地铁振动荷载下小半径曲线段隧道周边土体孔隙水压力响应及沉降研究

为研究地铁列车循环荷载作用下小半径曲线段隧道周边土体孔隙水压力变化情况以及对隧道沉降变化的影响,以郑州地铁一号线一期工程为研究背景,通过对隧道周边土体孔隙水压力进行现场实测,采用轨道几何不平顺管理值相应的激振力来计算地铁列车振动荷载,并利用MIDAS软件对地铁列车振动荷载作用下小半径曲线段隧道周边土体孔隙水压力变化引起的隧道沉降规律进行仿真模拟。结果表明:地铁列车循环荷载的长期振动作用以及振动荷载作用引起的隧道周边土体孔隙水压力变化是引起隧道沉降的主要原因;隧道周边土体孔隙水压力在列车运行初期较大,且土体埋深越深孔隙水压力越大,随时间增长土体孔隙水压力逐渐减小;列车循环荷载作用下隧道周边土体孔隙水压力在短时间内呈上升状态,当列车停止运行后,隧道周边土体孔隙水压力逐渐消散,最终达到平衡稳定状态;由隧道周边土体孔隙水压力消散引起的隧道固结沉降量先是迅速增长,随后增长速度放缓直至趋于稳定;土体中产生的超静孔隙水压力逐渐消散,可以预测随列车振动对周围土层不会产生变形危害。

基于Excel Vba数据可视化处理——时间-荷载-沉降量曲线图自动化绘制

阐述了Excel图表对象的层级关系以及面向对象编程思想。利用Excel VBA工具,对图表对象进行编程操作,结合沉降观测数据的可视化处理,定制绘图元素,供同行学习交流。

沉降-时间曲线呈“S”型的证明及其应用——从土体本构关系

从土体本构关系出发,严格证明了在线性加载或近似线性加载情况下(这和岩土工程实际加载相类似),沉降-时间曲线呈“S”型,并由此建立了新的沉降-时间预测模型,工程应用证明了该模型的合理性。

桩轴向荷载－沉降曲线的一种解析算法

选用常用双折线荷载传递函数，本文导出了一组确定桩的轴向荷载－沉降曲线的解析算式，并由此分析了桩周和桩底土的影响以及桩承载力与其加载初始刚度间的关系。文中对几根桩的实测荷载。沉降曲线进行了理论拟合，表明本文公式在工程中是可用的。本文部分结论对弄清由刚度推求桩承载力的各种小应变动测技术（如动参数法、机械阻抗法等）的适用范围将具有实用价值。

地基沉降-时间曲线型态的证明及其应用

本文从土体本构关系出发,严格证明了在线性加载或近似线性加载情况下(这和岩土工程实际加载相类似),沉降时间曲线呈“S”形,并由此建立了新的沉降时间预测模型,工程应用证明了该模型的合理性。

层状地基中考虑桩侧水泥土与土的静钻根植桩单桩沉降计算

基于荷载传递法和虚土桩模型,推导层状地基中考虑桩周、桩端土层分布和桩身-水泥土-土体相互耦合作用的静钻根植桩单桩沉降计算公式,并进一步讨论弹性极限位移、弹性抗剪切刚度系数、虚土桩长度等参数对单桩沉降的影响。最后利用静载试验实测数据,对比该计算方法的荷载-沉降曲线。研究结果表明:考虑土层分布及土和水泥土对桩体沉降影响的单桩沉降计算方法计算得到的桩顶沉降值与实测值较吻合,在实际工程应用中优于目前桩基设计规范的方法。

考虑桩土界面初始临界摩阻力影响的基桩沉降计算方法

桩土界面荷载传递函数模型对基桩沉降计算有重要影响。首先,在现有土与结构接触面剪切试验研究成果的基础上,分析桩土界面在荷载作用下的变形特性,建立考虑桩土界面初始临界摩阻力影响的荷载传递双曲线模型。其次,用线性弹簧模拟各桩段,用塑性摩擦片和非线性弹簧的并联组合元件模拟桩侧土体的侧摩阻力,用非线性弹簧模拟桩端阻力,得到了能考虑桩土界面初始临界摩阻力影响、土体分层性和非线性特性的基桩沉降计算方法。最后,利用该方法对某工程实例中的2根试桩进行计算,并与未考虑桩土界面初始临界摩阻力影响的计算结果进行比较。结果表明:考虑桩土界面初始临界摩阻力影响的计算结果较未考该影响的计算结果,在加载的初始阶段,更接近实测数据。

考虑桩侧土软化时单桩荷载—沉降关系的解析算法

桩周土选用三折线软化模型 ,桩端土选用双折线硬化模型 ,在此基础上导出了桩身截面轴力随深度变化及桩顶荷载—沉降关系的解析算式 ,并由此分析了桩周土和桩底土性状对桩身截面轴力及 P0 - S0 关系曲线的影响。通过对株洲地区试桩进行理论拟合得到了所需的计算参数 ,然后对邻近试桩进行计算对比 ,计算值与实测值相当接近 。

利用桩底沉渣的桩基室内模型试验研究

针对桩底不可避免存在沉渣而造成桩基础承载力下降的现状,设计并开展利用沉渣的桩基室内模型试验,通过一系列桩基模型分析荷载传递特性,对桩底有沉渣的桩基受力性状展开试验研究。试验结果表明,沉渣的存在对无承台单桩的工作性状影响较大,但压缩沉渣后,桩端阻力逐渐发挥,表现出的真实荷载-沉降曲线与正常的曲线相似,说明增大荷载压实沉渣,单桩仍然可以恢复正常的承载性能。对于带承台单桩,虽然桩底沉渣的存在也会令桩产生刺入变形,从而使其荷载-沉降曲线产生差异,但由于承台板的存在,使得承台底土分担大部分荷载,即使桩端阻力发挥缓慢,也不会产生类似于无承台单桩的荷载-沉降曲线突降段;在压缩沉渣过程中,沉渣刚度慢慢变大,桩端阻力逐渐正常发挥。另一方面,土体产生的大沉降量使得承台底土受到预压,其承载潜力充分发挥,以至于带承台单桩的承载力逐渐变大,待压实沉渣后,各组桩端阻力正常发挥,承载力恢复;虽然各组试验过程中的荷载传递特性有所不同,但最终的承载力相近。由此提出利用沉渣的复合桩基初步设计概念,利用沉渣的易压缩性使桩基充分向下刺入,保证桩和地基土的变形与承载潜力同步协调发挥,进一步提高承载力。

考虑土芯作用的大直径灌注筒桩轴向荷载传递性状分析

大直径现浇混凝土薄壁筒桩为高速公路软弱地基处理中的一种新型高效优质桩。筒桩具有与一般的灌注或沉管实心桩不同的荷载传递机理,筒桩的荷载传递机理的复杂性制约了筒桩承载理论的发展与工程应用,其工程设计方法至今仍处于半理论半经验的状态。考虑大直径灌注筒桩土芯分担荷载以及筒桩与土芯内摩阻力发挥情况,采用一种桩内侧阻、桩外侧阻和桩端阻荷载传递模型,推导出一种沉管灌注筒桩的轴向荷载-沉降曲线的解析算式,并计算得到任意截面桩身轴力及内外侧摩阻力表达方程式。通过一工程算例,验证本文公式的实用性。计算结果表明,土芯分担顶部荷载并提供内侧摩阻力,对增大承载力和减小沉降量都有贡献。

GM(1,1)模型与指数模型在基桩沉降预测中的应用

以某大型基桩的沉降预测为例,利用灰色系统理论的GM(1,1)与Aeax曲线模型进行基桩在外荷载作用下沉降量的预测。结果表明:两种模型对于呈指数变化规律的系统能获得较好的预测结果;两种模型对基桩累计沉降的预测符合工程实际,对各级荷载作用下的本级沉降预测不够合理。对两种模型关系的研究表明,两者有内在联系,都属指数曲线预测模型,且指数曲线Aeax预测模型比GM(1,1)模型应用起来更简单,方便。

超长桩承载力的灰色优化-马尔柯夫预测模型

为了提高模型预测的精度,根据灰色理论,建立超长桩承载力的非等步长灰色微分方程,得到了微分方程的精确解。基于优化理论,建立误差目标函数。利用最小二乘法,直接求得微分方程的系统参数,得到灰色优化模型。以此模型为基础划分n个状态,应用Markov原理,通过计算状态的一步转移概率矩阵,建立了灰色优化-马尔柯夫预测模型。使用该模型预测超长桩的承载力,预测值和试验值吻合较好,与GM(1,1)模型、灰色优化模型相比,预测精度进一步提高,为超长桩承载力的预测提供了新的方法。

层状地基中单桩轴向荷载传递全过程分析

对桩侧土和桩端土分别采用三折线荷载传递软化模型和三折线全塑性荷载传递模型 ,利用土力学及弹性理论导出了一套完整的确定层状土中桩轴向荷载 沉降关系的解析算式。同时 ,利用株洲地区桩侧摩阻力及深井试验测定的土工计算参数 ,通过本文方法对某工程试桩进行了计算对比 ,其计算值与实测值相当吻合 。

由O-cell试桩结果确定整桩的性能

提出了一个根据O-cell试桩结果确定整桩性能的途径,包括基本方法、步骤及必须的资料。以某公路大桥的O-cell试桩为例,采用本文所提出的途径确定出了桩阻力参数、相应整桩的荷载沉降曲线及极限承载力。验证了桩侧阻力与接触面两侧切向位移差之间关系可以用双曲线表示。将按本文提出的方法和现有其他四种方法确定的整桩荷载沉降曲线做了比较,并对各种确定整桩荷载沉降曲线方法的可靠性和适用性做了评价。此外,将按本文给出的整桩荷载沉降曲线和按流行公式确定的整桩极限承载力做了比较,指出了流行公式低估了整桩极限承载力,并对流行公式提出了一个修改建议。强调了,只有按某种有根据的方法确定出完整的整桩荷载沉降曲线,才能由O-cell试桩结果可靠地确定出整桩的极限承载力。