基于DIC技术的静压邻桩遮拦效应模型试验

先压桩会对后压桩产生遮拦影响,后压桩亦会挤压周围土体迫使先压桩发生上浮以及倾斜,这些效应都会影响桩基础的承载力和稳定性.因此,研究己打入桩对土体位移的遮拦效应具有很重要的工程价值.基于模型试验和数字图像相关(digital image correlation,DIC)技术,研究了不同桩间距、砂土粒径、桩壁粗糙度条件下先压桩对后压桩的遮拦效应.对后压桩沉桩过程中先压桩桩周土体水平位移进行分析后发现,随着桩间距的不断增大,水平方向的遮拦效应不断减弱.对不同桩间距水平衰减幅度进行拟合,可以推测当桩间距达到6D(D=30mm)后,先压桩对后压桩基本没有遮拦效应.研究结果发现:不同粒径土体情况下,粒径大小对邻桩的水平遮拦效应影响并不大;不同粗糙度的桩壁所造成的衰减幅度随着桩壁粗糙度的降低而不断减小,说明桩壁越光滑,遮拦效应越小;后压桩对桩周土体的挤压会造成先压桩桩体产生倾斜和上浮,其中桩间距越小、桩壁越粗糙,先压桩的水平位移、倾斜角度、上浮量就越大;桩周土体粒径越细,先压桩水平位移和上浮量就越小,但倾斜角度会变大.

盾构隧道侧穿群桩遮拦效应分析

为研究盾构侧穿高架桥桩条件下掘进压力和注浆压力对群桩遮拦效应的影响,以杭州地铁7号线盾构隧道侧穿高架桥桩基群为背景,采用三位数值模拟软件Midas GTS NX进行数值模拟,并与监测数据进行对比。结果表明:(1)掘进压力对桩基水平位移和弯矩影响较大,注浆压力对桩身弯矩和轴力影响较大;(2)掘进压力对群桩遮拦效应的影响较大,注浆压力对群桩遮拦效应的影响较小。

隧道开挖条件下被动群桩遮拦效应分析

隧道开挖不可避免地会引起周围土体位移,从而导致临近建筑物桩基础产生附加变形和内力,降低桩基承载力,引起上部结构失稳甚至破坏。如何分析隧道开挖对邻近群桩的影响成为岩土工程界所关心的问题,为此作者提出隧道开挖对群桩影响的两阶段分析方法:第一阶段采用Loganathan等(1998)提出的解析解计算隧道开挖引起的土体自由位移场;第二阶段基于Winkler地基模型将土体自由位移施加于桩分析桩基的力学反应,同时考虑桩基的遮拦效应分析隧道开挖对群桩的影响。采用三维整体数值分析方法分析隧道开挖对临近群桩的影响,并通过对比验证了简化解析方法的合理性,在此基础上分析隧道开挖条件下被动群桩的遮拦效应,分析表明:(1)群桩遮拦效应随桩间距增大而减小;(2)遮拦效应对前排桩影响小于对后排桩的影响,尤其是轴力;(3)遮拦效应对位移的影响远小于对内力的影响,其中对水平位移的影响很小,可以忽略不计。

单桩沉降遮拦效应的研究

针对桩基沉降中普遍存在的遮拦现象 ,提出了用剪切位移法分析单桩沉降遮拦效应的方法 ,并推导了相应的理论公式 ;结合上海的地质情况对单桩的遮拦效应进行了分析 .结果表明 :桩对土体深度方向的差异沉降具有明显的遮拦作用 ,桩刚度对遮拦效果影响较大 ,遮拦桩不宜使用柔性桩 ;遮拦桩轴向刚度接近于受荷桩轴向刚度时 ,已可获得理想的遮拦效果 。

盾构隧道侧穿高架桥桩基条件下群桩遮拦效应分析

为了研究土体c(黏聚力)、φ(内摩擦角)和桩隧间距X对群桩遮拦效应的影响,以合肥轨道交通1号线盾构隧道近距离侧穿高架桥桩基群工程为背景,采用三维数值分析方法,分析了盾构掘进过程中桩基的变形规律,得出以下结论:1)桩基的位移随着盾构开挖面的靠近逐渐增大,当盾尾离开桩基所在平面后逐渐稳定;2)土体的c、φ值对群桩桩基水平位移、竖向位移和轴力的遮拦效应影响比较大,c、φ值越大群桩遮拦效应越不明显;3)桩隧间距X对桩基水平位移和轴力遮拦效应影响较为明显,X越小桩体变形和受力越复杂,群桩遮拦效应越明显。

静压桩沉桩及已打入桩遮拦效应的数值模拟

采用三维有限差分软件FLAC^(3D)建立了数值模型,对比了圆孔扩张理论的解析解与数值解,并在此基础上建立了桩实体单元基于位移贯入法模拟桩一土间摩擦作用,且与相关文献中施加节点力模拟摩擦效应的方法进行了对比,二者的计算结果较吻合.基于此数值模拟方法对静压桩单桩、双桩的沉桩过程进行计算分析,并就已打入桩体对沉桩过程中土体位移的影响进行研究,得到以下结论:模拟桩-土间摩擦效应的两种方法中,位移贯入法计算所得土体水平位移在地表处较大,这是因为桩体以固定速度向下运动时,为阻止圆孔缩径而约束了其径向位移,消除了摩擦效应对土体水平作用的影响.沉桩结束后,在大于地表下1/4桩长深度范围内的土体水平位移较大,是主要的变形区域.上部土体沉降较大,而下部土体沉降较小,其中距地表下1/8桩长至1/4桩长处沉降最大,说明已打入桩的存在改变了土体水平位移的大小,更使得土体水平位移随深度的变化趋于线性.待打入桩的沉桩过程使得己打入桩身产生一定的倾斜.由于沉桩扩孔的影响,受到水平挤压的桩前土体在已打入桩的阻隔下沿着桩身向上隆起,表明已打入桩的存在改变了土体位移的分布模式,最终达到了减小水平位移的目的.

打桩过程中已打入桩对软土变形的遮拦效应研究

基于理论分析结果及有限元数值模拟,分析了打桩过程中软土中已打入桩对水平位移及地表隆起的遮拦作用。结果表明,对相对均质的土层,已打入桩对水平位移的遮拦作用很小。桩距变小,将使已打入桩桩体受力增大而引起已打入桩偏位的增大。打入桩间隔期较短时,已打入桩对地表隆起的遮拦作用主要体现在对土体位移的水平阻隔上,土体沿桩土界面发生流动向上隆起。而间隔期较长时,桩土间存在有较大的摩阻力而限制了土体的位移,已打入桩的遮拦作用体现在竖向摩阻力对土体隆起的抑制方面。

隧道开挖条件下2×2被动群桩遮拦效应的数值分析

文章采用两阶段法和数值模拟方法的分析结果,验证了应用整体数值模拟方法研究隧道开挖对邻近群桩的影响是可靠的。借助有限差分数值软件,通过采用Mohr-Coulomb弹塑性屈服准则,建立三维数值模型,研究了砂性土中不同应力释放率、不同桩间距、不同桩长情况下群桩遮拦效应的变化规律。分析结果表明:隧道开挖时的应力释放对群桩的遮拦效应影响不大;除桩体沉降以外,群桩的遮拦效应系数曲线基本上随桩间距的增大而逐渐减小;群桩桩长差异的变化对群桩遮拦效应的影响情况比较复杂,不同指标在不同桩长情况下的变化规律呈现出一定的不协调性。

软土水平运动作用下被动双桩基础遮拦效应的三维数值分析

运用FLAC3D软件,对软土水平运动作用下被动双桩基础中存在的遮拦效应进行三维数值研究.从p-δ曲线和群桩遮拦效应系数方面对遮拦效应进行了分析,并对软土运动形式进行了研究.结果表明:在土体水平运动作用下,软土中遮拦效应表现出过程性、不均匀性和统一性的特点;桩间距是影响遮拦效应大小的重要因素;当桩间距达7倍桩径时,遮拦效应基本消失;软土中被动桩基础遮拦效应的影响规律与土体的近地效应和绕流形式有关.

遮拦叠交效应下地铁盾构掘进引起地层沉降分析

地铁隧道施工诱发的土体沉降以及临近地下构筑物变形是我国城市轨道交通施工安全控制和风险评估中较为关心的一类施工问题。目前,针对该领域地层沉降的简化理论研究还仅仅针对自由位移场,没有考虑临近既有构筑物的遮拦效应影响。依托上海在建地铁施工工程实践,采用简化理论方法、三维有限元数值模拟方法以及现场监测方法,分析考虑运营隧道遮拦效应影响的土压平衡盾构施工引起的周围土体沉降规律,并与自由位移场条件下盾构施工引起的地层变形进行对比分析;在此基础上,给出地铁盾构复杂叠交穿越引起的临近地铁隧道的变形规律。研究表明,本文提出的简化理论方法和三维有限元数值模拟方法可以较好地模拟遮拦叠交效应下地铁盾构掘进引起的地层沉降变形;临近既有建(构)筑物施工,盾构施工引起的周围土体沉降较大程度地受到遮拦效应影响,与自由位移场条件下的计算结果对比存在较大差别。最后,结合盾构施工监测数据,提出复杂遮拦叠交效应下的盾构叠交施工变形控制技术措施。成果可为合理制定施工场地存在复杂建(构)筑物工况条件的地铁隧道开挖对周围环境保护措施提供一定的理论依据。

考虑遮拦-加筋效应的刚性承台群桩非线性分析

文章介绍竖向受荷单桩非线性分析方法,双桩分析时,在前人工作基础上推导了分层土中被动桩遮拦-加筋效应的矩阵表达式,并结合叠加算法建立考虑遮拦-加筋效应的群桩非线性分析方法,对群桩刚度及桩身附加轴力进行分析,较好地解决了线弹性分析方法高估群桩相互作用的问题。最后通过已发表的刚性承台群桩算例验证文章方法的合理性。

浅埋黄土地层隧道在不同交角下穿既有地下管线的模型试验

为探究浅埋黄土地层盾构隧道施工下穿对不同特性地下管线的变形受力影响机制,依托河南省某公路隧道工程,以工程黄土为试验材料进行室内模型试验。通过设置3种管隧交角,研究两种接头刚度的非连续管线和连续管线的沉降、弯矩和管土接触压力变化规律,并在管隧正交工况下,研究不同地下管线的遮拦效应及地表沉降变形规律,得出预测管线沉降的拟合公式。结果表明:在3种管隧交角下,地下管线沉降存在3个阶段,在管线沉降集中区阶段低密度聚乙烯(Low Density Polyethylene,LDPE)接头非连续管线的平均沉降增长速率是聚氯乙烯(Polyvinyl Chloride,PVC)接头非连续管线的2倍;管隧交角的减小,使得非连续管线的最大正负弯矩均减小,PVC接头非连续管线弯矩曲线由“W”形转变为“V”形;管隧交角和接头刚度对土压力变化曲线和峰值位置几乎无影响,土压力变化均呈“M”形;在管隧正交下,管线整体刚度越大对地表沉降抑制作用越显著,管线沉降与地表沉降呈指数关系。

被动双桩侧向土压力群桩效应的三维数值研究

被动桩侧向土压力的群桩效应是研究被动桩的重要问题。运用岩土数值计算程序FLAC3D,对土体沿深度发生均匀侧移,桩基两端简化为铰接的刚性双桩基础(桩中心连线与土体位移方向平行)进行研究。土体采用摩尔-库伦本构关系,桩基采用线弹性本构关系,桩土之间建立接触面。结果表明,在土位移增加的过程中,两桩侧向土压力均小于单桩,呈近桩大、远桩小。在浅层土体,加筋效应很小,但遮拦效应明显。在深层土体内,加筋和遮拦效应都很显著,p—δ曲线形状与单桩明显不同,在经历较短直线增长后,沿曲线增长至极限土压力,达到桩侧极限土压力所需的桩土相对位移量明显增加,当桩间距增长至6 D,群桩效应基本消失。最后与室内模型试验所得到的桩侧极限土压力群桩效应系数进行了对比分析。

被动桩桩侧土压力群桩效应的数值研究

被动群桩中具有明显的土拱效应和遮拦效应,运用岩土数值计算程序FLAC3D,对不排水条件下的被动群桩进行了平面应变数值模拟研究.土体采用摩尔-库伦本构关系,桩基采用线弹性本构关系,桩土之间建立接触面.研究结果表明,埋深对桩侧极限土压力有影响,在浅层桩侧极限土压力随着深度的增加而增大,达到一定深度后随着埋深的增大基本保持不变.单排桩时桩后具有明显的土拱效应,随着桩间距增大桩的荷载分担比降低,达到稳定的桩荷载分担比所需要的桩土相对位移量增大.双排桩时随着排间距增加,后排桩和前排桩的桩侧极限土压力都增加,当排间距达到6D以后,后排桩和前排桩之间基本没有遮拦和加筋作用.

土体侧移作用下桩基侧向土压力的群桩效应

当前工程建设中受土体侧移作用影响的桩基问题越来越突出,桩侧土压力是桩⁃土相互作用研究中的重要问题,并且受群桩效应影响很大,运用岩土数值计算程序FLAC3D,针对粘土饱和不排水情况进行了平面应变数值模拟研究,土体采用摩尔⁃库伦理想弹塑性本构关系,桩基采用线弹性本构关系,桩⁃土之间建立接触面。研究结果表明,桩周粘结力对桩侧极限土压力有明显影响,达到桩侧极限土压力所需要的桩土相对位移随E/Cu的增大而减小。单排桩时,随着桩间距增大桩土荷载分担比降低,桩侧极限土压力值增大,达到极限土压力时所需要的桩土相对位移增大。双排桩时,当桩间距大约为2D时加筋和遮拦效应影响范围比较小,然后随桩间距增大加筋和遮拦效应影响范围增大,而排间距的增大会使遮拦和加筋作用降低,当排间距大于6D后遮拦和加筋效应基本消失,桩间距和排间距的增大都使达到桩侧极限土压力所需要的桩土相对位移量增大,并将计算结果与先前学者试验结果进行了对比与分析,具有较好的一致性并有所发展。

临近既有地铁车站的基坑变形性状研究

通过36组二维有限元数值模拟,研究了不同参数(基坑与地铁车站距离D,基坑开挖深度e H)组合下临近既有地铁车站的基坑变形性状,并与邻近无车站时的基坑变形性状进行对比分析。研究结果表明:(1)当邻近存在地铁车站时,靠近车站一侧的地下连续墙最大侧移量减小,另一侧的地下连续墙最大侧移量增加;(2)当基坑开挖深度接近或超过地铁车站底板埋深时,车站对远离车站侧的基坑墙后地表沉降的影响显著,但不明显改变地表沉降影响范围和最大沉降值位置;(3)D较小时,随着e H的增大,地铁车站的"遮拦效应"越来越显著。而当D逐渐增大时,e H对地铁车站"遮拦效应"的影响逐渐减弱。(4)地铁车站的存在与否对基坑远离车站侧最大地表沉降和最大地下连续墙侧移的比值(δevm/δehm)几乎没有影响,并且,该值受D与e H的影响较小。

上海软土地区某逆作法地铁深基坑变形

以上海软土地区某逆作法地铁车站深基坑项目为工程背景,通过分析现场监测数据,研究逆作法深基坑的变形性状及对周围环境的影响.研究结果发现:该基坑变形表现出显著的空间效应:中间标准段围护结构最大侧移的统计范围为(0.25%~0.45%)H,明显大于端头井的(0.10%~0.25%)H,中间标准段立柱隆起的上限为0.26%H,明显大于端头井的上限0.18%H,中间标准段开挖引起的管线沉降明显大于端头井开挖引起的管线沉降;既有地下结构对基坑变形有明显的遮拦效应,导致中间标准段西侧的围护结构侧向变形较小;基坑开挖导致邻近浅基础建筑物发生较大的沉降,甚至破坏建筑物的结构整体性,引发墙体开裂;受软土流变特性的影响,浅基础建筑物和地下管线都产生一定程度的工后沉降.

隧道开挖对群桩竖向位移和内力影响分析

采用两阶段分析方法,提出了隧道开挖对群桩竖向位移和内力影响的解析计算方法。第一阶段采用Loganathan解析解估算隧道开挖引起的土体自由位移场,第二阶段首先基于Winkler地基模型,将自由土体位移施加于桩体并建立单桩位移控制方程,然后应用剪切位移法,考虑被动群桩的桩–桩相互影响,计算被动群桩的遮拦效应,最后得到隧道开挖对被动群桩的影响。并与有限元法以及边界元法分析结果进行了对比,得到了较好的一致性。

被动桩侧土体位移场的透明土模型试验

常规室内模型试验中,土体侧向位移作用下桩身变形特性能够获得,而桩周土体内部的位移很难量测。因此,结合透明土材料、粒子图像测速(PIV)技术和光学测量系统,设计了侧向位移作用下被动桩桩周土体变形测量试验系统。通过非插入式测量,得到桩不同埋置深度下桩周土体的位移场。试验结果表明:相同侧向位移模式下,桩埋置深度越大,桩对桩前土体的遮拦效应越明显,中间与两侧土体的相对位移越大。基于模型试验的结果建立了数值模型,参数敏感分析表明土体侧向位移形状对桩前土体位移遮拦效应的影响程度依次为矩形、抛物线形和三角形,且遮拦效果随着桩径的增加而更加明显。

盾构隧道开挖引起的邻近群桩竖向位移研究

采用两阶段方法简便地研究盾构隧道开挖引起的邻近群桩竖向位移。第1阶段,采用Loganathan公式计算盾构隧道开挖引起的桩基轴线处土体竖向位移。第2阶段,首先基于Winkler地基梁模型,将土体位移转化为荷载施加到桩基上;然后,结合叠加法,计算盾构隧道开挖引起的邻近单桩竖向位移;最后,考虑群桩间的土体遮拦效应,再结合叠加法求解出盾构隧道开挖引起的邻近群桩竖向位移。通过与有限元模拟结果进行对比,验证本文所提计算方法的准确性,并进一步分析各物理参量变化对群桩竖向位移的影响。研究结果表明:其余参数不变的情况下,隧道埋深和地层损失比增大均会增强盾构隧道开挖对邻近群桩的影响,导致邻近群桩的竖向位移增大;桩基直径增大导致其抵抗盾构隧道开挖影响的能力增加,进而引起邻近群桩的竖向位移略微减小;土体弹性模量增加导致邻近群桩顶端所受的向下荷载与底端所受的向上荷载均增加,进而引起邻近群桩的顶端竖向位移(最大位移)增大,底端竖向位移减小;桩基与隧道距离增加可减弱盾构隧道开挖对邻近桩基的影响,减小桩基竖向位移;群桩间距增大可引起桩基间的土体遮拦效应减弱,导致桩基的相对竖向位移增大。