矩形位移模式下被动桩砂土绕流的模型试验研究

被动桩桩周土体易发生绕桩流动,但绕桩流动土体的位移特征及其影响因素迄今还缺乏深入研究。采用自主研制的模型试验装置,对矩形位移模式下砂土绕圆形被动桩流动过程进行详细测试与分析,研究了桩径、加载速度及土体密度对砂土的特征位移和桩身受力的影响。试验结果表明,砂土绕桩流动过程可分为迎土侧土体隆起、桩周土体绕流和背土侧土体沉陷3个阶段。桩径或土体密度越大,桩周砂土越不易发生绕桩流动;桩周土体移动速度越大,则越易发生绕桩流动。分析结果进一步表明,土体滑动面的位置可根据桩身绕流阻力曲线的拐点来判断,在土体滑动面以上,模型桩绕流阻力沿桩长沿深度大致呈线性增长,其值始终小于沈珠江绕流阻力理论值。

被动桩中土拱效应问题的数值分析

被动桩对侧向位移的土层起到遮拦作用的机理主要是土拱效应。采用有限元软件Plaxis 8.1,详细地研究了被动桩中土拱效应的产生机理,分析了导致侧向位移的荷载大小、土体性质、群桩以及桩土接触面性质等影响因素对土拱效应性态和桩土应力分担比的影响,分析表明,桩间距是影响土拱效应的最主要因素。

考虑桩土侧移的被动桩中土拱效应数值分析

被动桩对侧向位移的土层起到遮拦作用的机制主要是土拱效应。采用土工有限元软件Plaxis Tunnel 3D 1.2,对堆载荷载作用下邻近桩基中的土拱效应产生机制和性状进行三维数值分析,指出目前被动桩中土拱效应二维有限元分析存在的问题。考虑桩土侧移与相对位移,再利用土工有限元软件Plaxis2D 8.2详细地研究了侧向土体位移大小、桩身水平位移大小、土体性质以及桩土接触面性质等影响因素对土拱效应性态和桩土荷载分担比的影响。

桩侧堆载作用下被动桩受力性状研究

桩周大面积堆载产生的土体变形不仅会引起桩身负摩阻力,也会使桩基承受较大的侧向荷载。文章应用三维有限元方法对桩侧堆载作用下的被动桩受力性状进行了分析,并研究了桩顶荷载对被动桩受力变形的影响。在桩侧堆载的作用下,桩身产生了较大的侧向位移与弯矩,同时出现负摩阻力和桩身轴力。桩身侧移和桩身轴力随着堆载距离的增加而减小,随着堆载量的增加而增大。桩侧堆载的被动桩在桩顶竖向荷载作用下会产生桩身二次弯矩,加剧桩身弯曲变形和内力。

堆载作用下桥梁被动桩偏移受力分析及处理措施

为研究堆载对桥梁被动桩的影响,以某桥为背景,采用有限差分法进行被动桩偏移受力分析,判断基桩能否继续使用并提出处理措施。采用有限差分法建立下部结构模型,计算堆载作用下桥墩偏移并与实测值对比,分析基桩内力及偏移,按圆形截面钢筋混凝土偏心受压构件计算最大裂缝宽度并评估基桩状态,根据评估结果提出处理措施。结果表明:堆载导致桥墩偏移,墩顶横向偏移计算值与实测值比较吻合;堆载作用下,基桩产生了较大偏移和弯矩,桩顶轴力和桩身轴力分布不均,并产生不同程度的负摩阻力(距堆载越近负摩阻力越大);最大裂缝宽度为0.08mm,小于规范限值,判断基桩可以继续使用,提出堆载反压和应力释放孔联合纠偏,开挖卸载、水平顶推结合应力释放孔纠偏等处理措施。

软土运动作用下被动桩桩-土水平相互作用的三维有限元分析

运用ANSYS软件对软土运动作用下的桩-土相互作用的桩基础进行三维有限元分析,以DP材料来模拟土体的弹塑性性质,并考虑其大变形的影响,在桩-土间设置接触单元研究桩-土的相互作用,分析了软土层厚度和基桩数目对桩上侧向压力的影响,并比较了群桩中各桩基上侧向压力分布情况。结果表明:软土在局部堆载作用下产生了较大水平变形,桩上的侧向压力也较大;由于群桩中的"遮挡"和土拱效应,各基桩受到的侧向压力荷载并不相同,在被动桩的设计中应考虑这些因素的影响。

堆载作用下被动桩的水平受力及位移分析

针对既有桩体在较大侧向堆载作用下会发生偏斜或挠曲变形甚至开裂折断,从而导致结构存在较大安全风险的问题,基于Flamant解建立条形荷载作用下的水平附加应力计算公式。考虑到桩-土界面的剪切效应,采用双参数地基模型进行桩后土体的桩-土受力分析。建立了被动桩的挠曲微分方程,采用MATLAB求解得到桩的内力及变形情况。采用文献中的不平衡堆载试验监测数据验证了计算公式的合理性。研究结果表明:堆载对桩基的侧向土压力影响主要分布在桩体的上半部分,受到的侧向土压力占桩体总侧向土压力的86%以上;随着堆载高度的增加,桩的侧向土压力、侧向位移和弯矩均呈现出增大的趋势;所得结论可为类似工程的安全性评价提供理论依据。

被动桩中土拱效应特征与影响参数研究

采用平面有限元方法,对被动桩在粘性、无粘性土体条件下的土拱形成机理进行了分析。从土拱效应的4个主要方面:土拱形状、桩周土体塑性(拉裂)区的分布、竖向位移等值线及桩后土体残余荷载分担比,探讨了改变桩、土参数,如粘聚力、内摩擦角、弹性模量、泊松比、剪胀角、桩土接触面特性时,土拱效应的变化规律。研究表明,土性不同时,土拱形成过程中土体的受力和破坏形式不同;泊松比、剪胀角、桩土接触特征对土拱效应的影响最明显;强度高、剪胀角大、桩土接触面粗糙或泊松比小的土体,易形成土拱。根据研究结果,指出Tom io Ito排桩塑性绕流土压力理论计算公式尚存不足。

被动桩桩土相互作用研究现况与分析

被动桩比主动桩复杂,一直是工程中关注的难点问题。随着城市地下空间开发利用的发展,深基坑开挖及隧道盾构推进引起的被动桩问题日益突出,当前这方面的研究尚不完善。在回顾总结被动桩已有研究成果的基础上,对被动桩荷载传递与p-δ曲线,桩侧极限土压力,群桩效应,深基坑开挖对邻近桩基影响方面的研究现况进行了较为详细的综述,列举了当前的研究理论、方法和成果,以及研究中一些热点问题,并对当前的研究现状进行简单评述,提出了目前需要重点研究的问题。

被动桩—土相互作用的简化分析

首先简要地分析了地面堆载作用下处于被动状态下的桩及桩侧土的反应,基于桩和土的变形协调条件,确定了桩侧土压力表达式。在此基础上,建立了桩身挠曲的控制微分方程,并联合采用非线性p y关系曲线与有限差分法进行求解。通过算例分析,验证了所建议分析方法的合理性和实用性。最后对影响被动桩—土相互作用体系工作性能的各种因素进行了系统的对比计算与分析。

土体侧移作用下被动桩受力变形的简化解析计算

为了分析邻近堆载作用下或失稳土坡中被动桩的力学特性,根据桩土侧向相互作用机理,将被动桩划分为自由段、被动段和主动段.将土体侧移作用下桩身附加被动荷载的分布模式假定为二次函数,基于Euler-Bernouli梁理论和Winkler地基模型,提出了土体侧移作用下被动桩的通用简化计算模型.然后,分别建立了各桩段的微分控制方程组,结合桩段界面连续条件和桩顶、桩底边界条件,求得桩身响应的解析解.最后,通过算例分析验证了该解析解的可靠性,并对被动桩受力响应的主要影响因素进行了分析.结果表明,随着土体侧向位移作用于桩身被动侧荷载水平的增大和地基土抗力的下降,桩身弯矩和水平位移逐渐增大.

被动桩计算模式及考虑土拱效应的计算方法

建立了地面堆载条件下对邻近桩基影响的实用计算模式,将被动桩分为受土体位移作用的被动部分和受土体抗力作用的主动部分分别考虑,以Itos土压力为依据,考虑土体的实际分层和被动区侧移土体成拱效应,计算被动部分桩侧土压力,主动侧作用于桩身上的土体抗力与桩的变形成正比.通过桩的平衡建立位移协调方程,采用有限差分法求解建立的微分方程,并编制了VBA电子表格有限差分程序.最后通过一个工程实例对所提出的被动桩实用计算方法进行了验证.

基于Poulos弹性理论的被动桩改进算法

传统的Poulos弹性理论仅适合于均质土中土体侧向位移时桩的性状分析,无法考虑土的层状特性。通过引入层状地基中作用一水平集中力的广义Mindlin解和地面作用有竖向荷载时的应力和位移通解,对Poulos方法进行了改进,使之扩展到多层土中,还用于研究堆载条件下的被动桩变形和受力响应。算例分析表明,改进弹性理论要比Poulos方法更为严密、合理,提高了计算精度,应用范围也更广。

考虑开挖卸荷及变形耦合效应的被动桩分析方法

基坑、隧道的开挖将不可避免地影响邻近受荷桩基的工作性能,如何合理评价开挖条件下邻近受荷桩基的附加响应至关重要。针对Winkler地基梁模型的不足,提出了一种改进的非线性两阶段分析方法,该法能够合理地考虑桩土作用的非线性特征、桩顶工作荷载对桩身附加轴力的影响及轴力产生的偏心弯矩对水平挠曲的影响等,并给出了该改进算法的增量法求解过程。同时将本文方法与已有研究成果进行了对比,验证了本文方法的合理性,并进一步探讨了桩顶工作荷载对竖向附加响应及轴向力对水平附加响应的影响规律。结果表明:桩顶工作荷载对竖向附加响应的影响是显著的;而轴向力对水平挠曲的影响程度则与自由场位移模式等相关,对于部分位移模式,影响也很显著。

侧移土体被动桩成拱效应分析

在分析某工业厂房坍塌原因的基础上,认为由于侧移土体被动桩的成拱效应,地面超载引起的土压力被传递到桩身上,导致桩身发生了较大的侧向变形是这起事故发生的主要原因,事故的发生证明了侧移土体被动桩成拱效应的存在。在此基础上,建立了三维数值模型,对土拱效应的形成过程进行了模拟。对三维情况下被动桩的成拱效应与相同条件二维情况的形式和变化规律进行了比较,对不同桩间距、不同堆载大小情况下的被动桩成拱效应进行了分析,并对成拱效应随时间的变化规律进行了探讨。

侧移土体被动桩成拱效应及主动侧土压力计算

采用三维数值模型模拟土体水平位移条件下被动桩的成拱效应。分析结果表明,被动桩的成拱效应和桩间距关系最为密切,桩间距较小时,侧移土体在桩周附近呈现出明显的土拱效应,应力等值线密集,相互连通成一整体,并向两端突出,桩间距增大时土拱效应减弱;随着作用于土体侧向荷载的增大,土拱效应增强,桩周应力区增大。在数值分析的基础上,以T.Itos土压力为依据,考虑土体的实际分层,探讨了考虑土拱效应的土压力计算方法,给出了被动桩计算模式,最后将简化方法与数值分析的桩侧土压力进行了对比。

被动桩水平位移荷载施加位置的探讨

被动桩是指一种由于土体水平位移而发生挠曲变形的桩。目前不论是室内试验还是数值计算，常在模型边界对土体施加水平位移荷载（位移边界条件）形成土体的位移场，用来研究被动桩的变形特征，但不同研究者采用的水平位移施加位置（边界位置）与被动桩的距离存在较大差异。结合一个工程案例，采用有限单元法对水平位移加载位置进行了单变量参数分析。研究表明，随着水平位移加载位置与被动桩距离的增加，桩身变形显著减小。这表明了施加位移边界后地基中存在明显的应力扩散。当该距离小于5．5倍桩径时，在模型边界施加同等大小的水平位移所需应力显著增加。同时讨论了水平荷载加载位置与被动桩距离的合理范围，认为应在5～8倍桩径范围之内。

被动桩中土拱形成机理的平面有限元分析

国内外对被动桩中土拱形成机理的研究比较少,尤其针对不同土性土体中这类问题的对比研究更是少见。借助平面有限元数值方法,对粘性土与无粘性土中被动桩间的土拱形成机理作了研究和对比分析,并讨论了土拱形成过程与土拱效应随土体参数如粘聚力、内摩擦角、弹性模量、剪胀角、泊松比、桩土接触特征的变化规律。研究表明:土性不同时,土拱形成过程中桩周土体的受力和破坏形式不同;剪胀角、泊松比、桩土接触特征对桩间土拱形成机理和效应影响明显。

反复堆卸载下被动桩土相互作用有限元分析

利用有限元方法,探求长期反复堆卸载过程中桩土相互作用的应力应变情况.研究堆卸载过程中被动桩与土体不同时刻的水平位移、变形、沉降、孔隙水压力变化,以及桩身弯矩等对反复荷载下桩土相互作用的规律,通过改变不同的条件来判断影响桩土相互作用的因素.结果表明:土体在反复堆卸载下不同于静力荷载的应力应变表现,在每个堆卸载过程后,都有不可恢复的残余应变,中间还伴随着超孔隙水压力的累积与消散,桩对土体侧移有很好的遮拦效果.

被动桩与土体相互作用的研究及进展

被动桩是一类在工程实践中经常出现的结构形式。阐释了被动桩的概念、形成原理,回顾了国内外在被动桩领域的研究进展和现状,分析了研究当中还存在的不足和目前急需解决的问题。最后,以软土地区城市建设基坑开挖对坑内工程桩的影响为研究背景,依托具体工程项目的现场测试、理论分析,初步研究了软弱地层深挖基坑中工程桩与流动土体相互作用的这一类被动桩问题,提出了一些有意义的结论,希望对类似工程建设具有一定的指导意义。