砂土中能量桩单桩水平承载特性模型试验研究

为探究能量桩单桩水平承载特性,针对砂土中能量桩在水平荷载下的承载特性进行研究,基于模型试验,分析了水平荷载作用下能量桩在制冷和加热过程中的桩顶位移、桩前土压力以及桩身弯矩等的变化规律。研究结果表明:制冷会引起能量桩桩顶水平位移略微增大,增量为0.48%D(D为桩体直径),而加热会引起较大的桩顶水平位移,达到了2.38%D;制冷和加热在初始阶段会引起桩前土压力增大,初始增长阶段结束后,土压力变化较小,多为缓慢增长或基本不变。相较于初始土压力,制冷和加热结束时的土压力基本呈增长趋势,仅个别埋深处土压力减小。制冷过程中,埋深0%L~40%L(L为有效桩长)范围内的弯矩增大,埋深40%L~100%L位置处的弯矩变化较小;加热过程中,埋深0%L~60%L范围内的弯矩均有所增大,0%L~40%L位置处的弯矩增大最为明显。制冷和加热过程中均在20%L处产生了最大弯矩,最大弯矩的增加量分别为9.93%和10.32%。进一步基于圆孔扩张理论提出了弯矩计算的理论解,并与试验结果进行对比分析,理论计算值与实测值较为吻合。

楔形劲性复合桩水平承载特性的影响因素研究

为了分析楔形劲性复合桩的水平承载特性,以及不同桩身尺寸参数对其水平承载力的影响,采用数值模拟的方式建立三维有限元分析模型,对比分析楔角、平均截面含芯率和芯长比对楔形劲性复合桩水平承载特性的影响。结果表明,在线弹性阶段,同体积下1°楔角楔形劲性复合桩的水平承载力明显高于普通劲性复合桩,增大楔角能够有效减少桩身位移;增大楔角对水平承载能力的提升最大,平均截面含芯率次之,芯长比的影响最小。

基于离心模型试验的近断层单桩水平承载特性研究

为了探明断层发育区桥梁单桩的水平承载特性及受力机理,通过土工离心模型试验,选取断层与桩基水平距离、断层埋深变化参数为变量,研究近断层桥梁单桩水平极限承载力、桩侧土抗力、桩身弯矩及桩身剪力变化规律.试验结果表明:断层的存在抑制了桩侧土抗力的发挥,进而影响单桩水平承载特性.当断层与桩基水平距离由1倍桩径增加至5倍桩径时,断层两侧桩基水平极限承载力影响度为1.38%~61.47%,桩身弯矩逐渐减小且衰减较快,桩身剪力逐渐减小;当断层埋深由0 cm减至28 cm时,桩基水平极限承载力影响度为13.07%~51.60%.近断层单桩水平承载力设计时,可以根据桩侧岩土体受断层影响范围,确定断层与桩基水平距离临界值与合理桩长.

冲刷条件下桩基础水平承载特性非线性分析

水域环境中的桩基础面临水流冲刷的威胁,水流冲刷将会引起基桩周围土体的流失,【目的】为研究冲刷对桩基础水平承载特性的影响,建立冲刷条件下桩基础水平承载特性简化分析方法。【方法】首先构建了桩周土体整体冲刷条件下的p-y曲线模型;然后基于p-y曲线法,采用有限差分法建立了冲刷条件下水平受荷桩非线性简化分析方法,对不同桩径、不同冲刷深度条件下桩基础水平承载特性进行计算分析,并与有限元结果对比验证了简化方法的正确性。【结果】结果显示:随着冲刷深度的增大,水平受荷桩的侧向刚度和水平承载力逐渐降低;相同水平荷载下随着冲刷深度的增加,桩顶水平位移和桩身最大弯矩逐渐增大,并且桩身最大弯矩所处位置逐渐向下移动。【结论】结果表明:水流冲刷引起基桩周围土体的流失将会对基桩水平承载特性产生显著影响,上述简化方法可为冲刷条件下水平受荷桩基的设计提供理论分析工具。

大直径阶梯型变截面桩水平承载特性数值模拟研究

大直径阶梯型变截面桩的工作机理和力学特性不同于一般桩基,为研究其在水平荷载作用下的受力特性,采用ANSYS软件建立大直径阶梯型变截面桩的有限元模型,进行单桩水平承载特性数值模拟分析,并将计算结果与理论数值分析结果进行对比分析。结果表明:有限元计算和理论公式计算结果吻合较好;理论公式计算过程较复杂,通过在有限元模型中变化桩基参数来分析桩基受力,不仅能减少理论公式计算难度,且能分析影响桩基受力的参数,研究成果为阶梯型变截面桩基的设计提供一定指导和参考依据。

砂土中桩靴贯入深度对自升式风电安装船水平承载特性影响的试验研究

[目的]自升式风电安装船作为海上风电开发中的重要施工设备,研究其在位状态下的承载性能对于保障风电安装船作业安全尤为重要。[方法]文章以自升式安装船为研究对象,结合室内模型试验和有限元法开展了均质砂土中4种不同的桩靴贯入深度下的水平承载性能以及周围土压力变化规律研究。[结果]研究表明:随着贯入深度的增加,自升式安装船的水平承载力呈近似线性增长趋势,贯入深度为10 cm较贯入深度4 cm水平承载力增加了38.02%,其对应的水平位移同样呈现增加的趋势,在水平荷载作用下,桩靴的承载模式表现为临载侧桩靴受压,背载侧桩靴受拉。桩靴表面同侧土压力变化规律一致,当贯入深度为10 cm时,临载侧桩靴底的土压力变化最大值为38.37 kPa,较贯入深度为4 cm时增大了126.2%。且临载侧桩靴下表面和背载侧桩靴上表面的土压力变化较大。[结论]水平荷载作用下自升式安装船的受力模式为拉压模式,且砂土中桩靴贯入深度的增加,能显著提高水平承载性能,为保障风电安装船的安全和作业能力,需保障桩靴的贯入足够的深度。

既有竖向荷载对承台桩水平承载特性影响的PIV试验研究

为研究既有竖向荷载下承台桩的水平承载特性,进行了2组PIV模型试验,分析了不同竖向荷载对承台桩的水平位移量、桩身弯矩及桩周土体位移场的影响规律,研究了竖向荷载对承台桩下桩土作用的影响机理。试验结果表明:在同一水平荷载下,桩顶既有竖向荷载有利于减小桩身水平位移,削弱水平荷载引起的桩身弯矩;在水平加载过程中,桩土作用的主要区域为桩周土体的中上部区域,桩顶竖向荷载的施加会调动桩侧土体,形成更大的土体扰动区;竖向荷载引起的土体密实化效应会降低桩身的水平位移和弯矩,提高承台桩的水平承载力;同时这一密实现象也降低了桩侧土体的隆起量与塌陷面积。

溶洞顶板厚度影响穿洞桩水平承载特性的数值模拟分析

嵌岩桩广泛应用于基础工程中,但对刺穿溶洞嵌岩桩的水平承载特性尚不十分清楚。文中建立简化计算模型,采用非线性有限元软件ABAQUS分析溶洞顶板厚度对桩基水平承载性能的影响。结果表明,桩顶水平位移随溶洞顶板厚度的增大而减小,且水平荷载越大越显著,厚径比从1增加到4,桩顶水平位移显著减小,再增加溶洞顶板厚度,桩顶水平位移变化不大;与常规嵌岩桩相比,穿洞嵌岩桩进入岩体后,桩身弯矩减小速度变慢,传递深度增大,溶洞顶板厚度变化改变桩身弯矩分布,溶洞顶板越厚桩身弯矩减小速度越慢,厚径比大于4时溶洞顶板变化对桩身弯矩沿深度分布的影响不大,弯矩最大值随厚径比的增大非线性减小;对桩顶水平位移和桩身弯矩最大值而言存在临界顶板厚径比,约为4。建议工程建设中提高土-岩交界面处桩身配筋率,提高穿洞桩抗弯能力,防止桩体发生弯曲破坏。

压载对三筒导管架基础水平承载特性的影响研究

为研究压载对三筒吸力式导管架基础水平承载特性的影响,采用ABAQUS有限元软件建立了三筒吸力式导管架基础,选取多层粉质黏土和砂土,分别考虑不同大小的竖向压载。研究发现,竖向压载对砂性黏性土结合的分层土下导管架基础水平承载能力的提升效果更为明显,实际工程中可考虑增加压载,以提高多筒导管架基础的水平承载性能,压载量在竖向极限承载力的1/40以内时,水平极限承载力具有更高的增长效率,过大的竖向压载可能会导致基础竖向位移过大及结构失稳。

砂土地基斜桩水平承载特性p-y曲线法

基于Reese建议的砂土p-y曲线,提出了适用于斜桩水平承载特性分析的修正p-y曲线及相应的有限元分析方法。根据桩前土体受力特点,假设桩前浅层土体达到极限破坏状态时桩侧被动破坏区为一个三维楔形体,采用极限平衡分析方法导出了斜桩桩侧极限土抗力表达式,对比研究了斜桩倾角、桩-土界面摩擦系数等因素对极限土抗力的影响规律,并给出了斜桩初始地基反力模量确定方法。在此基础上,修正Reese提出的直桩p-y曲线,提出了砂土地基中斜桩p-y曲线确定方法。利用虚功原理,导出了斜桩水平承载特性分析的有限单元列式,编制相应的分析程序,通过算例验证了方法的合理性和有效性。最后,采用修正的p-y曲线法对一离心机模型试验进行了模拟分析,结果表明,计算与试验结果吻合得很好。

砂土中竖向和弯矩荷载下单桩水平承载特性试验研究

为研究单桩在桩顶预先施加竖向和弯矩荷载下的水平承载特性,通过自行加工的组合荷载加载装置,进行一系列室内单桩模型试验,分析砂土中预先施加的不同竖向和弯矩荷载对单桩水平荷载下的水平位移、桩顶转角、桩身弯矩以及地基比例系数m值的影响。试验结果表明:当预先施加的竖向荷载小于单桩竖向极限承载力的一半(Vu/2)时,相同水平荷载下单桩的水平位移有所减小,单桩的水平极限承载力得到提高,桩身最大弯矩有所减小,并且竖向荷载越大,越有利于单桩的水平承载性能;弯矩荷载的存在不利于单桩的水平承载能力,显著降低单桩的水平极限承载力;另外,水平荷载的施加对单桩的竖向位移影响较小;当砂面处水平位移较小时,m值随着水平位移的增加迅速降低,当水平位移增加到一定程度,m值减小的幅度越来越小,最后趋于一个稳定值。

软黏土中劲性复合桩水平承载特性p–y曲线研究

劲性复合桩(SC桩)是一种将高强度混凝土桩与水泥土桩相结合的新型桩基。为研究软黏土中SC桩水平承载力理论计算方法,将水泥土视为硬黏土,基于现有软黏土和硬黏土中桩基的p–y曲线形式,考虑水平荷载作用下桩周水泥土和软黏土的土抗力分担比例,推导了p–y曲线中两个重要参数pu和y50的修正因子,进而建立了软黏土中SC桩水平承载特性p–y曲线计算方法。通过与3个现场试验的实测结果的对比分析,验证所建立的p–y曲线法的准确性与可靠性,继而开展SC桩水平受荷性能影响因素分析。结果表明:所建立的理论计算方法可以有效预测SC桩的水平承载特性,且当桩身变形较大时应考虑混凝土芯桩的非线性影响。水泥土桩桩径(D)对SC桩水平承载性能影响显著,当水泥土桩与混凝土芯桩的桩径比(D/d)从1.0增至3.0时,120 kN水平荷载下的桩头位移从25.8 mm减至5.1 mm,且桩身最大弯矩值减小51.0%;桩身水平承载性能受水泥土桩桩长(L)的影响较大,但当长径比(L/d)超过10后,桩身内力位移趋于稳定值;适当地增加水泥土桩强度与混凝土芯桩弹性模量也可提高SC桩的水平承载性能。

组合荷载作用下斜坡上桩基础水平承载特性研究

斜坡上桩基础不仅要承担上部建筑物传递下来的竖向荷载,还要承担斜坡传递下来的土压力等水平荷载,构成了复杂的桩-土相互作用体系。为研究斜坡上桩基础在竖向和弯矩荷载作用下的水平承载特性,通过自行设计的组合荷载加载装置,开展了四种工况下斜坡上单桩室内模型试验。分析在组合荷载作用下桩顶沉降、水平位移、桩身弯矩、桩侧土压力以及地基比例系数m值变化规律。试验结果表明:在桩顶施加竖向荷载有利于提高单桩的水平承载力,减小桩身的水平位移、弯矩和桩前侧土压力;在桩顶施加弯矩荷载-不利于单桩的水平承载力,随着弯矩作用的增加,相同水平荷载作用下,桩身水平位移和桩前侧土压力明显增加,而水平荷载对桩顶的竖向沉降影响较小;地基比例系数不仅与桩周土体有关,还与施加的荷载类型和桩土交界处的水平位移有关,地基比例系数随桩土交界处水平位移的增加迅速减小,最后趋近于稳定。

既有竖向荷载对单桩水平承载特性影响的研究进展

单桩基础是海上风电场的一种重要基础形式。海上风电场单桩基础首先需要承担上部结构传递的竖向荷载,然后还需要承受波浪、海流、地震等作用下的水平荷载,而既有竖向荷载对单桩的水平承载特性会产生重要影响。本文阐述了既有竖向荷载对单桩水平承载特性影响的研究进展。通过对比不同学者的研究成果,分析了既有竖向荷载对单桩水平承载力特性的影响规律、影响原因及影响因素。针对目前国内外学者对该问题研究的不足,提出了若干思考和展望,认为有必要进行影响因素分析和水平循环荷载影响的探究。

土塞效应对钢管桩基础水平承载特性影响研究

运用ABAQUS数值软件对不同影响因素下水平受荷钢管桩承载特性进行分析。结果表明:对中长桩而言,土芯高度对桩水平承载力的影响微乎其微,而对刚性桩而言,桩的水平位移随土芯高度的增加而减小,在满芯状态时桩的水平承载力与抗弯承载力都为最佳状态;在不同直径下,桩的水平承载力随桩径增大而增大,但随着直径的增大,水平承载力提升幅度不断减小。

海水侵蚀环境下CFRP复合桩水平承载特性研究

为了研究碳纤维增强复合材料(carbon fiber reinforced polymer, CFRP)复合桩在海洋环境中的水平承载特性,利用人工配置的高浓度海水作为浸泡溶液,开展不同浸泡时间下CFRP材料拉伸试验、桩身抗弯刚度试验和水平承载桩足尺模型试验。结果表明:相同试验条件下,浸泡180 d后,CFRP筋、CFRP布、钢筋的强度分别下降5.34%、6.64%、12.93%;复合桩和钢筋混凝土桩的桩身抗弯刚度分别降低7.89%和26.50%;在桩顶施加4 kN水平荷载作用,复合桩和钢筋混凝土桩的最大位移分别为14.22,18.65 mm,比未浸泡阶段的水平位移分别增加17.42%和40.12%;复合桩和钢筋混凝土桩的桩身最大弯矩分别为417.5,514.1 N·m,比未浸泡阶段分别增加7.30%和21.29%。试验结果可为海洋环境下CFRP复合桩的水平承载力设计提供理论参考。

昔格达地层中单桩的水平承载特性分析

结合交通部西部交通科技项目"西攀高速公路昔格达地层公路修建技术研究",通过现场挖孔灌注桩静载荷试验,运用常数法和m法对昔格达地层中灌注桩水平承载特性进行比较分析,根据工程实际选用相对合理的计算方法。

斜坡基桩的斜坡空间效应及其水平承载特性研究

为研究水平荷载作用下斜坡基桩的斜坡空间效应对其承载特性的影响,设计并完成了不同坡度及水平荷载作用角度下斜坡基桩室内模型试验,测得了桩顶荷载位移曲线及桩身弯矩分布。结果分析表明:水平荷载相同时,桩顶水平位移及桩身最大弯矩均随坡度增加呈非线性增大,随水平荷载作用角度增加而呈线性减小;基桩水平极限承载力却随坡度增加而减小,随水平荷载作用角度增加而增大。坡度每增加30°,桩顶水平位移约增大1.3~1.9倍,桩身最大弯矩增大约17%~30%;水平荷载作用角度每增加30°,桩顶水平变形减小约25%~30%,桩身最大弯矩减小约6%~11%。斜坡基桩的桩身最大弯矩位于地面以下3~6倍桩径范围内,坡度越大桩身最大弯矩位置越深。分析得到了基桩水平极限承载力拟合公式,可以为斜坡基桩设计提供参考。

运用有效差分法分析单桩水平承载特性

结合交通部西部交通科研项目"西攀高速公路昔格达地层公路修建技术研究",通过现场挖孔灌注桩静载荷试验,运用FLAC——显式有限差分法对昔格达地层中桩水平承载特性进行分析比较,探讨相对合理的计算模型。

印尼地区嵌岩灌注桩水平承载特性现场试验

本文基于印度尼西亚某燃煤电站桩基工程,通过对6根不同桩径、不同桩长的嵌岩灌注桩进行桩顶无约束单向多循环水平静载试验,研究嵌岩灌注桩的水平承载特性。试验结果表明,随着水平荷载的增大和时间的增加,水平位移逐渐增大,位移梯度及其斜率呈增大趋势,并且出现两个明显的拐点。长径比较小的试桩水平承载力较大,水平位移较小。各试桩的水平极限荷载介于140~270kN,水平位移介于15.73~37.35mm。地基水平抗力系数的比例系数(m)并非常数,其值随着水平力、水平位移的增大逐渐减小,在临界荷载作用下,m值介于4.22~15.63MN/m4。试验结果对本地区嵌岩灌注桩的设计、施工以及相关规范的完善具有重要意义。