桩基结构的空间分析——一个桩单元的应用

对于桩基结构的空间分析,作者提出一个桩单元.该桩单元包括泥面上下两部分中间无结点的整个杆件.桩入土部分的地基抗力,采用张氏的K值法假设,但别于张氏而用克雷络夫函数为主的初始参数形式表示微分方程的解,使导出的公式简单易用.根据所提出的单元公式,使桩基结构的整体分析中基本未知量几乎减少一半,从而较大地简化了计算工作.

基于高性能有限单元法的多层地基水平受荷桩受力分析

多层地基水平受荷桩的受力变形特性分析是设计中的关键步骤。针对传统有限单元法在准确性与计算效率上的不足,提出了一种用于分析该类桩基的高性能有限单元法。该法构建了一种桩单元,并采用分布在单元内部的连续"土体弹簧"反映非线性桩-土相互作用。其最大特点是在桩单元内部整合了"土体弹簧",即桩单元同时包含了桩体与土体信息。推导了适用于多层地基中的桩单元,并引入高斯-勒让德方法简化总势能求和过程;推导了单元刚度矩阵并运用在牛顿-拉夫逊增量迭代数值分析中,引入割线关系减少迭代过程中的累计误差。此外,该法还通过更新拉格朗日方法来考虑几何大变形。算例结果表明:高性能有限单元法与解析解及现场试验结果吻合较好;在多层地基条件下,桩单元模型较离散弹簧单元模型可大幅减少单元数目及计算时长,可有效提高计算效率。

基于高性能有限单元的单桩稳定性分析法

现行的桩基设计方法主要基于线弹性理论及采用半经验假定,难以准确地检验长桩在土体非线性条件下的稳定性。基于非线性有限单元分析理论,提出了高性能桩单元分析法用于非线性分析,可直接检验单桩稳定性且无需假定桩的计算长度系数。在桩单元推导过程中,通过整合在单元内部的连续弹簧以考虑土-结构相互作用(SSI),能够大幅提升计算效率。使用牛顿-拉夫逊迭代法进行迭代运算,利用推导的相应单元切线刚度矩阵预测位移,并通过割线关系减少每一步迭代中产生的误差,在桩的大变形条件下采用更新拉格朗日法确定平衡条件。算例验证表明,桩单元模型在考虑土体非线性条件下,能高效、可靠地对单桩进行分析和设计。

桩106单元提高采收率强化调驱体系研究

所报道的强化调驱技术是水驱油藏在充分、深部调剖之后注入少量高效驱油剂的提高采收率技术。本文报道高效驱油剂的筛选及用量优化。含复碱（Na2CO^3-NaHCO3，质量比1：1）0．8％，木质素磺酸钠（SLS）＋烷基苯磺酸盐（SDBS）0．4％的体系，在LS、SDBS质量比为1．5～3．0时，与原油（黏度19．3mPa·s，70℃，5111／s）间形成10．3mN／m超低界面张力。喇。。以口谢。为评价指标，通过正交设计实验，求得驱油剂最佳配方为：0．32％SIS＋0．12％SDBS＋0．15％HPAM＋1．2％复碱。在注入、采出口之间有高渗透条带的平板砂岩模型上，在70℃研究了水驱、注调剖剂、注驱油剂各阶段注入压力变化，及充分调剖（0．515PV）之后采收率与驱油剂注入量之间的关系，求得最佳（最经济）的注入量为0．05PV。该技术在地层温度64℃、综合含水已达93．7％、采出程度仅21．6％的胜利油田桩106单元应用，获得了很好的结果，在包含一注四采的桩106—32井组，日产油量增加22．8吨，综合含水由94．5％降至88．4％；报道了所用调剖剂的组成。图4表3参7。

基于桩结构单元的锚杆支护数值计算研究

为了研究锚杆支护中可能会发生的杆体破断这种力学行为,采用FLAC^(3D)软件中的桩结构单元对锚杆进行模拟,并与物理试验的结果进行了对比,验证了数值计算的有效性;采用控制变量法研究了锚固剂的黏聚力、剪切刚度、内摩擦角及围压等参数对锚杆承载性能的影响。结果表明:锚固剂黏聚力对锚杆的支护阻力有重要影响,黏聚力过大时,锚杆受载后会发生杆体断裂;此外,随着锚杆周围围压的增大,锚固体的破坏方式从杆体与锚固剂接触面上的黏结破坏转变为杆体的拉伸破坏;在高围压条件下,更容易出现杆体的拉伸破坏。

三维弹塑性桩-土接触面单元及其在ABAQUS中的开发及应用

大直径超长钻孔灌注桩往往表现为摩擦桩,基桩承载力主要由桩侧摩阻力贡献。然而现有的计算方法由于无法考虑桩-土接触面剪切过程中的特性,对桩侧摩阻力的估计不准确。文章在弹塑性理论框架内推导了一种接触面本构关系,合理考虑了接触面在剪切过程中的剪胀等现象。基于隐式欧拉后退法推导了本构积分方程和相应的一致切线模量,并用ABAQUS所提供的UEL子程序接口,编写了接触面单元。通过与公开文献中的直剪试验进行对比,验证了文章所提出的接触面模型合理性以及本构积分算法的可靠性。最后将接触面单元用于三维桩土接触分析,结果表明传统的摩阻力计算公式偏于保守。

软弱结构面加桩剪切特性的数值分析

为了探讨结构面在加桩情况下的剪切特性,采用数值计算方法建立三维结构面与桩单元模型。改变桩单元参数,探讨结构面剪切强度和变形特征的变化。研究结果表明:结构面加桩后剪切强度提高,并且加桩效应主要改变结构面的黏结力,而对内摩擦角的影响较小;随着桩倾角的增大,黏结力呈现先增大后减小的趋势;对于无桩情况,结构面剪应力-位移曲线表现为应变软化特征,而对于加桩情况,则表现为应变强化特征。桩长度增加导致结构面黏结力不断增大,但存在一临界桩长,当桩长超过该临界桩长后,桩长的影响逐渐减小。

砂卵石层串珠状溶洞地质条件下大直径单桩水平静载试验及数值仿真分析

砂卵石和串珠溶洞地质条件下的桥梁桩基水平承载力和变形机理研究目前并不充分。为合理确定该地质条件下无铰拱桥桩基水平承载力,开展了现场水平静载试验,分析了该类地质条件下桩基水平承载力的合理值,为类似工程提供参考。并运用GTS有限元软件开展了数值模拟,建模以修正摩尔库伦模型模拟砂卵石层,并在桩土之间设置Goodman接触单元,在桩端设置桩端单元。同时假定串珠状溶洞为椭球状分布,为防止计算出现不收敛的情况,对空腔内部进行特殊处理,采用统一理论模拟钢护筒和筒内混凝土。在此基础上,分析了桩顶受荷时H-Y曲线和H-ΔY0/ΔH曲线,并将数值结果与实测结果进行了对比。结果表明,在合理运用本构模型和土工参数情况下,有限元数值仿真结果与现场试验结果吻合度较高,有限元软件可以作为确定这种特殊地质条件下桩基水平承载力的有力技术手段,为确定单桩水平承载力提供新思路。

两段变直径桩的解析分析及工程应用

桩在水平荷载作用下的内力与位移计算,桩基设计规范推荐使用m法。m法的缺点是,当为了显著增大桩的水平承载力而在靠近承台的区域将土进行换填时,该处的土实际的刚度与其假定相距甚远。采用2K法进行水平荷载作用下桩的内力与变形分析,重点把握土的两个侧向弹簧刚度。2K法在工程中的应用是广泛的:承台附近土换填或加固,或将桩顶附近弯矩较大的桩身部分设为更大的直径,上段桩土弹簧刚度将增大,在一定的水平荷载作用下,桩顶位移将减小,桩的水平承载力得到提高而节省工程造价;如果在计算模型中未建立桩单元而欲求得桩顶反力,则采用变直径桩解析分析获得的位移函数和内力函数可计算桩的内力用于配筋;对于箱型基础、大型筏板基础,可较为精确地考虑其对桩顶的嵌固作用而提高桩的水平承载力;上部结构的刚度使得桩顶部有侧向支撑,桩身弯矩变小,也可优化桩基设计;对于桩基上的动力机器和块式基础,可以认为块式或承台是上段大直径桩,由此获得的上段桩侧向土弹簧刚度将非常可观,可用于优化桩基设计。如果考虑将桩建入计算模型,可以通过本方法得出的四个刚度参数输入到弹簧支座刚度矩阵中,能够节省桩建模及其内部单元带来的大自由度,计算模型更容易维护,其这也是一体化建模发展过程中的一个重要里程碑。

软土地基水闸底板有限元分析的桩基模拟方法

传统分析方法中,采用等参单元模拟软土地基群桩基础的方法既不经济且夸大桩的刚度,为能对桩基进行合理高效地模拟,本文提出了一种考虑桩、土及底板相互作用的内置桩单元法。采用梁单元位移模式,根据桩单元节点在土或底板等参单元中的局部坐标,建立桩单元包含转角的节点位移与土或底板节点位移之间的关系,进一步代入到有限元整体控制方程中求解。结果表明,通过本文建立的位移转换模式,可以利用梁单元对考虑复杂的桩、土和上部结构相互作用情况的桩基进行模拟,在保证精度的同时简化了建模步骤,降低了对网格密度的要求。研究表明,采用本方法可以验证软土地基上水闸底板受力分析时桩基础用梁单元位移模式模拟的合理性和有效性,为软土地基上桩基的快速分析计算提供了一种新方法。

深基坑双排桩结构支护效果有限差分数值模拟

由两排平行的钢筋混凝土桩以及桩顶冠梁形成的双排桩支护结构可以有效控制基坑侧向变形,被广泛应用于基坑支护设计中。本文以济南市西区文化中心项目大剧院为工程背景,对双排桩支护结构下基坑坡面水平位移,坑底隆起,桩身弯矩、剪力,桩土接触面切向刚度和法向刚度等特征进行研究,并通过"实体单元桩"和"结构单元桩"的计算结果进行对比分析。研究表明,桩与土体相互作用力学模型能较好模拟双排桩支护施工过程,计算精度较高;桩顶的水平位移最大,基坑开挖底面的弯矩和剪力最大;计算结果可为双排支护桩作用机理的研究提供参考。

单桩荷载传递性状研究

用荷载传递法分析单桩,采用Heyding和O'Neill提出的荷载传递函数,通过与Poulos的实测及计算结果相比较.验证了本文方法的正确性.同时对单桩荷载传递特性的一些基本规律进行了讨论,得到了一些有意义的结论.

群桩复合地基褥垫层效用的数值分析

根据复合地基的工作特点,分析了桩土协调过程与褥垫层的调节作用,采用有限单元法,分析了带台群桩复合地基褥垫层效用,计算出不同褥垫层厚度对桩土应力比的影响。

京沪高速铁路桥桩竖向静载试验理论模拟

应用荷载传递法 ,建立了一种单桩荷载与沉降的数值分析方法 ,通过与Poulos的实测及计算结果相比较 ,验证了此方法的正确性 。

桩筏基础沉降的共同作用理论分析

分析了桩筏基础考虑地基基础共同作用时的沉降，对桩筏基础设计中控制基础沉降进行了探讨。

褥垫层参数对刚性桩复合地基受力特性的影响分析

本文运用MIDAS GTS岩土有限元分析软件,通过数值试验分析,研究了刚性桩复合地基在不同厚度、不同弹性模量褥垫层的条件下,其承载力特性的影响。分析结果表明,褥垫层弹性模量一定时,随褥垫层厚度的增加,桩身分担荷载的比例迅速减小,而桩间土分担荷载的比例却逐渐增大,表现为桩土应力比随垫层厚度增加而降低的特点。另一方面,随着垫层弹性模量的减小桩尖刺入褥垫层量增大,导致桩土荷载分担比减小。褥垫的设置可以起到显著改变桩土应力比的作用,提高桩间土土体承载能力的发挥,并且可以削弱群桩的“边角效应”,使刚性桩承担荷载更加均匀。综合分析褥垫层分配桩土应力及桩身受荷模式,褥垫厚度在0.2~0.3m,弹性模量在60~90MPa的范围内比较合适。

深基坑工程开挖安全性的数值分析

采用数值模拟手段对某基坑采用已定开挖方法及支护方式情况下的基坑安全性问题进行了探讨,全面分析了基坑在开挖过程中的土体位移、已有基础沉降、连续墙及锚杆受力。计算结果表明:该基坑侧壁土体的最大水平位移和垂直位移分别仅为1.50 cm和1.29 cm;已有建筑物基础底面在开挖过程中有升有降,连续墙在水平方向上的位移随深度延伸有时增加有时减小,呈现非单调的变化规律。由于这些量的值在数值都较小,因此可以认为在基坑开挖过程中,基坑支护体系和该已有建筑物均是安全的。

高速公路滑坡稳定性评价及其治理模拟

对一高速公路由于路基开挖引起的滑坡进行现场考察和工程地质勘察的基础上,详细分析了该滑坡的工程地质条件及其变形特征,认为该滑坡系路基切方致使坡体阻滑力降低,并形成滑动变形的临空面,导致坡体沿板溪群强风化硅化砂岩顶部与上伏震旦系江口组全强风化硅化砂质板岩不整合接触部位产生滑动。通过FLAC3D对滑坡稳定性的数值模拟,证明该滑坡是由于滑带强度低和开挖坡脚造成的,提出先压脚支护再继续开挖的施工方案。采用基于强度折减法和FLAC3D中的桩结构单元,对不同开挖深度及抗滑桩支护后开挖到设计路基时的安全系数进行了计算。计算结果表明,支护后开挖到设计路基的安全系数是1.33,可满足工程安全的需要。

浅埋暗挖地铁车站管棚的数值模拟及其加固效果分析

以北京地铁十号线黄庄站126 m超前大管棚一次性施作作为研究背景,在对管棚作用效果和作用机理分析的基础上,比较了现有管棚计算模型的优劣,提出了在数值计算中采用桩单元模拟管棚的思路;对车站导洞施工过程中管棚变形的动态过程以及管棚注浆和管棚直径对地表沉降的控制效果进行了分析研究.监测数据表明:北京地铁十号线黄庄站管棚施作后,四导洞开挖完成后地表沉降控制在30 mm左右,与四号线黄庄站四导洞完成后地表80 mm的沉降值相比大大减小,起到了良好的控制作用.

桩基对平原地区泵闸底板温度应力的影响机理研究

平原软基上大型混凝土结构普遍采取桩基基础,其施工期开裂机理与桩基约束和自身约束有关.以HTG泵站底板为例,线单元模拟实体桩基,建立了基于内置桩单元和温度场等效算法的施工期温度应力分析方法;考虑线弹性和非线性地基模型,对内置单元桩基与实体单元桩基两种方法进行了对比,证明内置桩单元方法的合理性;开展了不同地基材料及桩基特性参数(如直径、间距、长度等)的敏感性分析,揭示桩基对泵闸底板温度应力的影响机理.研究结果表明:采用线单元桩基能够较好地模拟桩基对混凝土底板温度应力的作用,且较实体桩基在建模、计算上更为简便;参数敏感性分析表明,地基变形模量、桩长及桩间距对底板温度应力影响较为显著,桩直径影响较小.