水平激振下饱和土中楔形桩动力阻抗分析

基于Biot饱和多孔介质理论,将桩体简化为Euler梁,建立水平稳态激振下楔形桩-土耦合振动模型.首先通过引入势函数,求解平面应变条件下桩周土振动控制方程,并利用分离变量法和算子分解法求得各桩段土反力.再结合桩土耦合及位移连续条件,求解得到楔形桩桩顶阻抗解析解.通过算例分析,研究了楔角、长径比以及土体渗透性等因素对楔形桩桩顶阻抗的影响.结果表明:1)在低频范围内,楔形桩阻抗会随楔角增大而减小;2)桩底尺寸一致时,桩顶水平阻抗、摇摆阻抗随长径比的增大而增大;3)对于桩长相同、楔角不同的等体积楔形桩,在低频阶段水平动刚度随楔角增大而减小,而高频阶段则相反;4)土中液相的存在对桩顶动力阻抗有显著影响,忽略土中液相作用会低估桩顶动力阻抗;5)表层软土会降低楔形桩桩底动阻抗.

砂土中楔形桩竖向承载特性试验研究

相同竖向承载力条件下,楔形桩比等直径桩更能节省材料,具有良好的工程应用前景,但其桩身截面尺寸渐变、桩侧表面倾斜、竖向承载机理比常规等直径桩更加复杂。为了揭示砂土密实度和楔角对楔形桩竖向承载特性的影响,在松砂、中密砂和密砂地基中开展系列模型试验,分析荷载-沉降曲线、桩侧平均阻力-沉降曲线、轴力-深度曲线、桩侧阻力和端阻随荷载变化曲线等试验结果。结果表明,桩顶直径和入土桩长不变时,楔形桩竖向承载力随楔角的增大而降低,但单位侧表面积下的桩侧阻力却随楔角的增大而增加,约为等直径桩的2倍;楔角约为1.5°时,楔形桩单位体积承载力最大;随着桩顶竖向荷载增大,楔形桩对桩周土挤压效果增强,使桩土界面法向压力和桩侧摩擦力增大,是一种桩侧阻力增加型的优良桩型。试验结果对竖向受荷楔形桩的工程实践具有一定的借鉴意义。

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。

楔形角对楔形桩负摩阻力承载特性的有限元分析

由于楔形桩存在楔形角,在桩周土体沉降时,使桩土之间有相互脱离的趋势,进而减小界面应力,最终能有效控制桩侧负摩阻力的大小。基于数值分析,研究了楔形角对负摩阻力的影响。结果表明,无论在何种荷载等级下,桩身轴力随深度的增加,均呈现出先增大后减小的趋势,在中性点位置取得极大值;随着楔形角的增大,楔形桩对负摩阻力的削减作用愈发明显;分别利用轴力最大点、摩阻力零值、相对位移零值得出的中性点位置基本相同,并且随着楔形角α从0°增大到3.00°,中性点深度逐渐减小。

基于有限元模拟的楔形桩水平承载特性研究

通过abaqus,对砂土中水平承载的楔形单桩和群桩进行数值模拟,主要研究了楔形角对于楔形桩水平载荷下的承载特性的影响,以及楔形桩群桩水平承载特性对于楔形角的敏感性。研究发现:与等截面直桩相比,在楔形角为1°时,楔形桩的水平承载能力要低16%;等体积的楔形桩的水平承载力要大于等截面直桩,提高大约6%。楔形角每减0.2°,楔形桩的水平承载能力就提高将近4%。随着楔形角的增大,楔形桩桩身的弯矩变化速率则增大。群桩工况下,发现在小范围内,随着楔形角的增大,群桩水平位移也不断在增大,但位移群桩效应系数没有明显变化。

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。

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。

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。

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。

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。

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°。

楔形桩承载力试验研究

为探讨楔形桩在天津地区应用的可行性 ,研究了楔形桩在竖向桩顶加荷方式下的极限承载力、桩侧摩阻力及桩端阻力的发展规律 ,并与同条件下等截面桩进行对比 ,分析其经济效果 ,证明楔形桩在天津地区具有一定的适用性 .