基于多功能加载系统的全机械式桩基模型试验装置研发

在借鉴国内外学者关于桩基模型试验装置研究经验的基础上,自主研发了基于多功能加载系统的全机械式桩基模型试验装置,该装置可实现抗压、抗拔、水平桩基模型试验的加载。其桩基模型试验系统主要由模型槽、加载系统、测量系统等组成,模型槽全机械连接,可根据试验需求设置不同的长、宽、高;全自动加载系统可实现每级荷载的稳压要求,并且电脑自动控制和采集,试验的精确性和可靠性大幅度提高;全自动加载系统具有两向或三向同时加载的功能,可模拟桩基在不同工况下的承载性能。采用该装置进行了Y形桩抗压、抗拔、水平单桩模型试验,验证了该试验装置和加载系统的可行性和可靠性。

桩基模型基础地基动力参数测试应用分析

针对实际工程桩基存在的明置与埋置基础两种使用工况,利用电磁激振器对实际工程项目PHC预制管桩试桩及预制方桩试桩分别进行桩基竖向、水平回转向及扭转向稳态强迫振动试验,通过桩基振动动力特性测试,了解单桩的抗压刚度、桩基抗剪和抗扭刚度系数、桩基竖向和水平回转向第一振型以及扭转向的阻尼比、桩基竖向和水平回转向以及扭转向的参振总质量、模型桩基与工程桩基的动参数换算要求。实际两种桩型模型基础地基动力特性参数测试成果显示,桩基模型基础在埋置工况下其动力特性参数数值都大于明置工况下对应的试验参数数值,桩基模型基础的第一振型共振频率竖向振动最大,水平回转向与扭转向接近,块体参振质量略大于基础本身质量,数据显示基础模型周围的土体也参与了振动,土体的参振质量在计算中不可忽略,土体的参振质量也会影响到地基动刚度的计算。

采用桩基模型的动力试验

在竖直或水平力作用下,在相同的填料中,有典型问距的群桩的总刚度通常小于各单桩分离时的刚度之和。这种现象是由桩—土一桩的相互作用产生的。用少量的间接帽盖模型钢群桩作的动力试验得出的资料可以考察间距和位移幅度对群桩动力性状的影响。结果发现:间距的影响是主要的。在实际的限制条件之外没有相互作用。坯观察到非线性反应并作了说明。

基于不同桩基模拟方式的大块式基础动力数值分析

为了更合理预测采用桩基的大块式基础的动力特性,建立桩基仿真模型并与桩-土动力试验相互验证,对组合桩基模型与大块式基础模型进行有限元数值分析,同时参考设计院所使用以弹簧单元模拟桩基的方式,建立数值模型并进行分析,探讨不同的桩基模拟方式对大块式基础动力特性的影响。研究结果表明:使用弹簧单元模拟桩基的方式忽略桩土质量、阻尼的影响,会造成大块式基础振型缺失、自振频率整体偏大、强迫振动响应被放大;使用桩基仿真模型更能反映大块式基础动力特性但计算成本增加。上述结论可为采用桩基的大块式基础动力特性研究提供参考。

层状异性流变地层桩基长时位移的理论预测

针对层状异性流变地层中桩基长时沉降位移预测计算难题,基于荷载传递模式、Poyting-Thomson模型和土体一维虚拟结构等效模型,建立了该类地层中桩基承载模式判别以及桩基服役全过程长时沉降位移的理论预测方法。研究了稳定蠕变地层桩基承载模式演变及其沉降位移时效特性。结果表明:摩擦承载状态下桩基沉降呈现瞬态弹性;土体的层状异性特型导致桩体压缩变形具有明显的台阶突变;摩擦+桩端共同承载时,桩基总体位移等于桩体形变位移和桩端沉降位移的叠加,具有显著时效特性并随时间逐步趋于稳定。

桩基动力学模型参数反演识别方法

针对桩基模型参数存在不确定性的问题,提出一种桩基模型参数反演识别方法。以测点和敲击点作为噪声因素,综合考虑模型中不同测点和敲击工况下加速度响应对反演结果的影响,利用多信息融合方法将多个评分值融合成唯一的参数反演识别目标响应值。研究结果表明:利用本研究方法得到的反演曲线与仿真曲线拟合良好。本研究为桩基模型参数反演识别提供了一定的借鉴。

基于虚拟仪器的桩基动力学模型参数识别系统

为了快捷、准确地获取桩基横向动力学模型的参数,通过建立桩基激振理论模型,并求解得到桩基测点加速度响应的理论结果;利用激振方法,用加速度传感器获取桩基测点加速度响应的试验结果;通过计算桩基测点加速度响应理论结果和试验结果的动态时间弯曲(dynamic time warping,DTW)距离的均方根,将问题转换为目标函数的寻优问题;利用遗传算法进行桩基模型参数的寻优;为解决参数识别过程中复杂数据的运算问题,实现工程实用化,通过COM组件实现MATLAB与LabVIEW混合编程,开发出一套桩基模型参数智能识别系统软件。最后,通过算例说明本研究方法是有效的,且具有工程实践意义。

非饱和土桩基模型试验装置

该专利是一种非饱和土桩基模型试验装置。该装置由上盖和底座可以拆卸的压力容器组成。上盖安装一用于传递荷载的活塞杆和活塞套以及一个用于施加气压或排气的阀门；底座中心被加工出一个与高进气值陶瓷板匹配的凹槽，凹槽内可以根据要求安装不同进气值的高进气值陶瓷板，凹槽底开有用于排除气泡的螺旋形槽。这样就可以在试验中方便地控制土样的基质吸力，实现非饱和土体中模型桩的承载性能测试。

基于离散单元法的下伏溶洞上方桩基承载力研究

为研究下伏溶洞对其上方桩基承载力的影响,以广州市白云机场北某道路工程为依托,采用PFC^(2D)颗粒流软件,建立灰岩地层下桩基+溶洞离散元模型,研究下伏溶洞的径长、顶板厚度、溶洞形态与溶洞偏桩位移对其上方桩基承载力的影响。结果表明:1)在桩基下伏单溶洞的情况下,增加溶洞径长、洞高或洞宽均会降低桩基极限承载力;2)相较洞高,洞宽对桩基承载力的影响更加显著;3)增大溶洞顶板厚度会提高桩基极限承载力;4)当偏桩位移超过6倍桩径时,基本可忽略其对桩基承载力的影响。该研究结果可供类似工程设计参考。

竖向地震影响高铁桥梁-桩基系统地震响应分析

为研究竖向地震效应对铁路桥梁地震响应的影响,本文利用p-y曲线、t-z曲线和q-z曲线建立土-桩基非线性模型,采用双线性模型模拟桥墩及桩基础的滞回特性,建立高速铁路桥梁-土-桩基多跨简支梁桥体系模型,计算其弹塑性地震响应,分析竖向地震对桥梁的弹塑性地震响应的影响。研究结果表明:相比水平地震,竖向地震在更高的频段上影响桥梁地震响应,高阶振型对竖向振动影响较大;近断层地震较大的竖向分量相比远场地震造成更大的滞回变形,并通过其频谱特性影响桥梁地震响应。

基于离散单元法的灰岩地区串珠溶洞承载力分析

研究桩基荷载作用下的溶洞稳定性对建筑工程有着重要的意义。本文以广州市白云机场北某项目为依托,利用PFC2D颗粒流软件,建立灰岩地层下桩基溶洞离散元模型,研究串珠溶洞的溶洞距离、串珠溶洞下方溶洞径长和桩基贯穿溶洞嵌岩深度3个不同影响因素对桩基承载力的影响。主要结论如下:(1)在桩基下伏双溶洞情况下,溶洞间距的增加会提高桩基极限承载力,当溶洞距离超过6倍桩径,增加溶洞间距对桩基承载力基本无影响;(2)在桩基下伏双溶洞情况下,下方溶洞径长的增大会降低桩基极限承载力,当下方溶洞径长超过6倍桩径时,增加下方溶洞径长对桩基承载力基本无影响;(3)对于桩基贯穿溶洞,当嵌岩深度大于桩体径长时,此桩基的极限承载力接近于无溶洞情况下的桩基承载力,提高嵌岩深度对桩基承载力几乎基本无影响。

砂土中单桩承载特性室内试验分析

针对不同砂性地质条件和工况,通过室内模型试验,研究了砂土中桩基的承载力性状.研究表明:砂土在自重条件下发生自密实,并将影响到室内模型基桩的承载性能,承载力随砂土密度的增大有增长的趋势;试验孔道位置和贯入深度的改变诱发极限承载力值发生改变,模型桩承载曲线表现出明显的边界效应和深度效应;贯桩速度的增大也引起模型桩极限承载值的相应增加.模型试验结果可以定性分析砂土中桩基的承载特性,为桩基设计提供指导.

等效天然地基代替桩基对冷却塔环基内力的影响分析

目前,在冷却塔设计过程中,桩基础的计算方法往往是将其简化为“等效天然地基模型”,并将与之相接的冷却塔环基简化为一维的梁单元模型来进行计算.但此种简化对环基内力的影响有多大,相关的研究还鲜有成果.基于上述问题,应用有限元软件对桩基础冷却塔结构进行分析,并根据“实际桩基模型”的计算结果,采用数值优化方法,建立了一种数值优化模型,进而确定了与“实际桩基模型”相一致的“等效天然地基模型”,并根据两种模型的计算结果,分析了两种模型中环基受力的差异,为冷却塔的设计分析提供一定的参考.

复杂艰险构造区铁路桥梁系统地震响应分析Part Ⅱ:SSI(土-结构相互作用)影响

目前国家正在复杂艰险构造区修建和规划新的铁路,地震等极限环境耦合作用对铁路交通的影响受到越来越多的关注.本文提出一种列车-桥梁-土耦合系统的数值模型,引入车辆简化模型、桥梁结构非线性有限元模型和层状土半解析模型,采用纯时域求解方法.利用p-y曲线、t-z曲线和q-z曲线建立土-桩基非线性模型,采用双线性模型模拟桥墩及桩基础的滞回特性,计算不良地质体发育区铁路列车-桥梁-土耦合系统的弹塑性地震响应,分析SSI对桥梁弹塑性地震响应的影响.研究表明,列车-桥梁-土耦合系统的第一弯曲模态通常是临界模态,即梁的一个半波形状导致土桥系统固有频率降低.另外,对于横向地震响应来说,考虑SSI(土-结构相互作用)后,影响地震响应的频率成分会发生变化,除了频率会变小之外,频段也会变宽.考虑SSI之前,影响频段是1.8~2.0 Hz,考虑SSI之后变为1.2~2.0 Hz之间.对于梁跨中竖向加速度,从考虑SSI之前的4.576 Hz到考虑SSI之后的14.215 Hz,建议考虑SSI进行设计时候应考虑竖向高阶振型影响.