Research on Vertical Bearing Capacity of Pile Foundation under Wave Scouring

In order to analyze the influence of wave scouring on the vertical bearing behavior of the pile foundation, the finite element software ABAQUS was used to simulate the force of the pile foundation under the action of wave scouring. A three-dimensional finite element calculation model of the pile foundation was established according to the actual working conditions, and the calculation results were compared with the field test results to verify the correctness of the built model. Then, the influence of wave scouring depth and pile embedding depth on the vertical bearing behavior of pile foundation was analyzed through calculation examples. The analysis results showed that the greater the depth of wave erosion, the greater the impact on the vertical bearing behavior of the pile foundation. Meanwhile, the smaller the buried depth of the pile body, the greater the impact on the vertical bearing capacity of the pile. Thus, the reduction rate of the vertical bearing capacity under different scouring depths was obtained.

Vertical bearing capacity of pile based on load transfer model

The load transfer analytical method is applied to study the bearing mechanism of piles with vertical load in this paper. According to the different hardening rules of soil or rock around the pile shaft, such as work-softening, ideal elasto-plastic and work-hardening, a universal tri-linear load transfer model is suggested for the development of side and tip resistance by various types of soil (rock) with the consideration of sediment at the bottom of the pile. Based on the model, a formula is derived for the relationship between the settlement and load on the pile top to determine the vertical bearing capacity, taking into account such factors as the characteristics of the stratum, the side resistance along the shaft, and tip resistance under the pile tip. A close agreement of the calculated results with the measured data from a field test pile lends confidence to the future application of the present approach in engineering practice.

Bearing capacity and mechanical behavior of CFG pile composite foundation

CFG pile (i.e., pile constructed by granular materials of cement, fly-ash and gravel) composite foundation is applied in subsoil treatment widely and successfully. In order to have a further study of this kind of subsoil treatment technology, the influencing factors and calculation methods of the vertical bearing capacity of single CFG pile and the CFG pile composite foundation were discussed respectively. And based on the obtained solutions, effects by the cushion and measurements to reduce negative friction area were analyzed. Moreover, the developing law of settlement and bearing capacity eigenvalue controlled by the material strength with the increase of load were given for the CFG composite foundation. The in-situ static load test was tested for CFG pile. The results of test show that the maximum test load or half of the ultimate load is used from all the points of test, the average bearing capacity eigenvalue of single pile is 390 kN, and slightly greater than the design value of bearing capacity. The bearing capacity eigenvalues of composite foundation for 3 piles are greater than 300 kPa, and the mechanical properties of CFG pile composite foundation are almost identical in the case of the same load and cushion thickness. The pile-soil stress ratio and the load-sharing ratio can be adjusted through setting up cushion thickness.

Research on pile performance and state-of-the-art practice in cold regions

A pile foundation is commonly adopted in geotechnical engineering to support structures, and its application has been extended to cold-regions engineering. In past decades, a host of scholars investigated pile behaviors and proposed design guidelines for seasonally frozen ground or permafrost. This paper reviews the research with respect to pile performance and engineering practice in cold regions, organized as follows:(1) creep tests and bearing capacity,(2) frost-jacking hazards,(3) laterally loaded piles,(4) dynamic responses,(5) refreezing due to concrete-hydration heat, and(6) improved countermeasures and design methods. We first summarize previous research and recent progress; then, predict the development trend of pile foundations in cold regions and recommend further research.

Model tests on uplift capacity of double-belled pile influenced by distance between bells

To optimize the distance between the bells in pile design,this paper reports a series of small scale tests on the uplift capacity of double belled piles embedded in dry dense sand considering different bell space ratios.Finite element modelling is also performed to evaluate the range of soil failure around the piles during pile uplift displacement.Test results show that when bell space ratio is 6 or 8,the uplift capacity reaches the peak value.The upper bell bears more load than the lower one for the piles with bell space ratio less than 6,while the lower bell bears more load than the upper one for the piles with bell space ratio larger than 8.

后顶扩臂压浆桩竖向承载机理及其桩盘力学性能研究

为了有效提高桩基础承载力,创新性提出后顶扩臂压浆技术与后顶扩臂压浆桩基础形式。其桩臂顶扩压浆后形成的桩盘力学以及承载特性直接影响基础承载力。为此,在砂土中开展后顶扩臂压浆桩模型试验以及桩盘力学性能试验,通过分析荷载位移变化规律、荷载分担比、桩盘破坏模式等,探究后顶扩臂压浆桩竖向承载特性以及桩盘的力学性能,揭示桩盘承载机理以及后顶扩臂压浆桩承载力提升机制。试验结果表明:通过后顶扩臂压浆技术,不仅提高桩土接触面积同时提升桩周土体强度,压浆效果呈圆柱型,桩臂包裹效果较好。以压浆量250mL为例,单盘后顶扩臂压浆桩承载力是普通桩的5.0倍左右,是其他桩型的2.0~3.0倍,承载力提升效果显著。单桩盘分担荷载占总荷载的80%~90%,且盘径比越大、桩盘个数越多,桩盘分担荷载越高。桩盘承载力与压浆量成线性关系,压浆量越高桩盘承载力越大。根据试验结果,建立了桩盘力学模型以及后顶扩臂压浆桩竖向承载力简化计算模型,提出桩盘承载力计算方法以及后顶扩臂压浆桩承载力计算方法。并与试验结果进行对比验证,以期可为后顶扩臂压浆桩承载力计算提供参考。

上砂下黏地层中桩-筒复合基础V-H承载特性

海上风机基础不仅受自重等竖向力V作用,也因水流、波浪和风等影响而承受水平荷载H。为探讨上砂下黏地层中一种由单桩和吸力筒组成的新型海上风机桩-筒复合基础受V-H组合作用时的承载特性,自主设计完成了一系列室内桩-筒复合基础V-H组合加载模型试验,获得不同组合参数下桩-筒复合基础的荷载-位移曲线和桩身弯矩分布曲线,并绘制出V-H承载力包络线。在此基础上,采用ABAQUS建立了上砂下黏地层中桩-筒复合基础三维数值分析模型,经模型验证与参数分析,进一步讨论了砂土厚度、筒径、筒高以及加载高度等参数对桩-筒复合基础承载特性的影响曲线,并拟合出桩-筒复合基础承载力简化计算公式,分析结果表明:桩-筒复合基础能显著提高桩身水平承载力,增幅达30%~90%,且增加筒径比增加筒高更有利于提高基础水平承载力;上部砂土层较厚时,桩-筒复合基础存在一个使复合基础水平承载力达到最大的预加竖向荷载最佳值,其值随不同载荷工况在(0.4~0.7)Vult范围内变化。

波浪荷载下海上风力机桩基础滞回效应及水平承载力变化特性研究

该研究以海上风电桩基础为研究对象,采用自主设计的水平加载装置模拟波浪荷载,结合粒子图像测速(PIV)技术开展缩尺模型试验。着重探究不同幅值的波浪荷载加载过程中,桩周土体的循环变形特征及加载前后,海上风力机桩基础水平承载能力变化。试验结果表明:桩顶累积转角随加载次数呈线性增长、缓慢增长和稳定发展的三阶段变化特性;桩周土体呈现典型的刚性桩两区域破坏形式,桩右被动区土体位移矢量场和位移云图影响范围受加载幅值变化影响显著;桩顶循环加载荷载位移曲线表现出明显的滞回性,滞回圈随加载次数右移并产生累积位移。伴随着滞回圈面积减小和割线刚度增大,桩周土体由以塑性变形向弹性变形为主导变化;循环加载后的滞回圈有明显捏缩,耗能能力减弱。桩基础水平承载能力及弹性变形能力较加载前均明显提高。

基于极限分析下限法的筒型基础地基承载特性研究

筒型基础凭借其成本低、工期短且对地基扰动相对较小的优势,已成为中国海上风电的重要基础形式之一。由于其基础结构形式复杂,经典的地基计算方法无法准确评估其地基竖向承载力。利用有限元极限分析下限法,建立了考虑筒-土间摩擦的筒型基础地基竖向承载力的下限解求解程序,在此基础上分析了土体强度不均匀性、筒型基础长径比及筒外壁-土间摩擦对筒型基础地基竖向承载力的影响,提出了综合考虑以上因素的筒型基础地基竖向承载力计算公式。

卷积神经网络与随机场分析桩梁基础承载力

岩土体的参数在空间上随机分布,为能更好地反应实际工程地质条件,在桩基础承载力研究中考虑土体的不确定性,并建立具有重要工程价值的承载力预测模型,将基于随机场理论的岩土参数空间变异性引入桩梁基础的研究中,采用数值方法建立桩梁基础与群桩基础的二维随机有限元模型分析承载能力,并与模型试验结果验证。随后通过卷积神经网络建立土体参数随机场图像与基础极限承载力之间的模型进行承载力预测,并基于预测模型研究不同参数的影响。结果表明:考虑土体空间变异性的基础承载力与试验结果基本吻合,随机结果均高于确定性分析;随机场下桩梁基础与群桩基础的承载力均为正态分布;采用卷积神经网络建立的基础承载力预测模型精度较高,且可以用于参数分析,基础承载力随着土体参数的增加而增加,随变异系数的增加而下降。随机条件下,桩梁基础的承载力高于群桩基础,可以充分发挥土体强度并抵御参数不确定性带来的承载力损失。

不同溶洞处治措施对桩基承载特性的影响研究

为探究不同溶洞处治措施对岩溶发育区桩基承载特性的影响,通过有限元软件建立溶洞-桩-岩土体耦合作用模型,对比分析溶洞高度变化情况下,2种不同的溶洞处治措施(回填法和钢护筒跟进法)对桩基承载特性的影响。结果表明:随着溶洞高度增加,2种处治措施下桩基竖向承载力都呈降低趋势;溶洞高度小于10 m时,不同处治措施对桩基竖向承载力影响可忽略,溶洞高度大于10 m则需考虑处治措施对桩基竖向承载力的影响;在回填法处治的溶洞范围内,桩身轴力降幅较大,桩侧摩阻力增加显著,在钢护筒跟进法处治的溶洞中桩身轴力与桩侧摩阻力则基本不变;与钢护筒跟进法相比,回填法更有利于发挥桩侧摩阻力;溶洞高度增加时,2种处治措施下桩侧摩阻力比重均逐渐减小,桩端阻力比重逐渐增大,达到桩基极限承载力时,回填法处治后的溶洞较钢护筒跟进法桩端阻力占整体比例更小。

寒区冻土桩基承载特性研究现状与展望

冻土地区季节性的温度变化、大气升温以及人类工程活动加剧,常引起桩基冻胀融沉、倾斜、混凝土开裂等灾害,造成桩基的承载力降低,给寒区冻土桩基带来新的更大挑战。通过回顾国内外相关文献,对冻土桩基的承载性能目前的研究现状进行了总结。从特殊的冻土性质出发,描述了冻土桩基体系主要的受力形式及其作用特征;从桩–冻土界面力学特性试验及荷载传递机制两个方面,阐述了冻土区桩–土界面力学特性变化机制;从试验研究、理论分析以及数值模拟三个方面,阐明了冻土桩基承载性能变化规律及分析、预测方法;归纳了冻土区桩–土体系温度、水分、应力应变等方面的监测技术。对寒区冻土桩基承载特性未来的研究提出了展望。

超高层建筑复合桩基承载力可靠度仿真分析

为提高超高层建筑的安全性,提出一种超高层建筑复合桩基承载力可靠度仿真分析方法。建立函数关系式,分别计算柔性桩和刚性桩的极限承载力,分析桩侧摩擦力、桩端阻力以及桩长变化参数对承载力的影响;考虑超高层建筑安全系数和土层性质,利用恒载、活载指标评估复合桩基的荷载效应,建立随机变量计算模型获得不同可靠度指标的标准差,在融合各参数指标下完成对复合桩基承载力可靠度的最终计算。经仿真证明,所提计算方法得到的计算值与实际测量值非常接近,说明该方法的分析结果准确度较高,具有一定的应用价值。

黄淮冲积平原地区高速铁路螺杆桩复合地基应用研究

依托郑徐客运专线兰考南站路基工程螺杆桩复合地基项目,通过试桩和桩身质量检测,总结黄淮冲积平原地区螺杆桩关键施工工艺和质量控制措施,同时对螺杆桩承载力特性及复合地基进行工后沉降分析。结果表明:黄淮冲积平原地区粉质黏土、粉砂、细砂、圆砾土土层中可以形成螺杆桩螺纹段桩身,成桩质量良好;螺杆桩单桩承载力和复合地基承载力满足设计要求;该地区同等条件下,螺杆桩极限承载力较普通灌注桩提高约24%;复合地基沉降主要发生在填筑期;双曲线法预测得出三个观测断面工后沉降量均小于15mm,满足无砟轨道铺设要求。

大直径嵌岩灌注桩承载特性试验与有限元模拟

基于青岛某工程的4根大直径嵌岩灌注桩,在现场开展了单桩竖向抗压静载试验和桩身完整性测试,以明确大直径嵌岩灌注桩在竖向荷载下的承载特征,拟揭示不同荷载水平下嵌岩灌注桩的承载力发挥机制。结合不同嵌岩深度的单桩承载性能有限元模拟,重点分析了单桩在不同嵌岩深度下的竖向抗压承载特性和桩土位移分布特征。研究表明:在笔者试验条件下,大直径嵌岩灌注桩单桩竖向抗压承载力具有一定离散性,桩头部位的损坏会极大影响单桩承载力的有效发挥;加载完成后,数值模拟得到的桩顶沉降量为31.56 mm,约为现场实测值的1.1倍,模拟结果与实测结果较为吻合;通过不同嵌岩比的模拟结果对比发现,嵌岩深度越大桩端阻力占桩顶荷载的比例越小,且桩端阻力占比的变化速率随着嵌岩比的增加逐渐减缓;嵌岩深度取2.5倍桩径为宜。

不同含水状态下微生物珊瑚砂桩单桩复合地基模型试验研究

微生物珊瑚砂桩复合地基是利用MICP技术固化珊瑚砂成桩与珊瑚砂组成复合地基,具有就地取材、对原状砂土扰动小及对岛礁生态环境影响小等优势,在岛礁工程建设中具有良好的应用前景。通过不同工况下的微生物珊瑚砂桩单桩复合地基模型试验,研究地基相对密实度(50%、65%、72%)、面积置换率(8%、14%、20%)、含水状态(干燥和饱和)和水位升降对复合地基承载特性的影响规律。结果表明:干燥状态下复合地基的承载力及桩侧摩阻力随地基相对密实度和面积置换率增大而增大;复合地基的桩身轴力和桩土应力比随地基相对密实度增大而减小,随面积置换率增大而增大;提高地基相对密实度和面积置换率可有效提高复合地基承载力。饱和状态下复合地基的承载力为干燥状态的49%~66%;饱和状态相对于干燥状态桩身最大轴力和桩侧摩阻力减小,桩土应力比增大。两次水位升降对微生物珊瑚砂桩单桩复合地基的承载特性影响较小。

基于GBDT算法的基桩竖向承载力预测方法

目的为研究支撑-半刚接钢框架结构体系的抗震性能,方法设计了一榀由嵌套式单边螺栓与T型钢构成的半刚性梁柱节点的中心支撑钢框架,并进行了拟静力试验与有限元数值模拟,通过观测整个试验现象,分析了其滞回、承载力、刚度退化、耗能等抗震指标。结果结果表明:试件破坏过程明显经历了弹性段、塑性段、破坏段三个阶段,试件破坏模式主要为支撑受压失稳破坏,塑性变形主要累积在支撑体系上,整体呈现延性破坏特征;支撑断裂后,梁柱及T型钢节点无明显塑性变形,钢框架仍具有较高的安全储备,符合“强节点、弱构件”设计原则,表明了结构具有两道抗震防线;结论支撑与半刚接钢框架协同工作使得试件具有较高的抗侧刚度抵抗水平变形,且承载力较高、滞回性能稳定、耗能能力优良;单边螺栓在试验过程中的受力性能较普通高强螺栓并无较大差别,未出现严重的预紧力松弛现象,并能高效的保持螺栓预紧力。通过有限元数值模拟分析可知,减小支撑长细比,虽能有效提高结构的抗震性能,但长细比较小会导致支撑刚度增大,加速其余构件的损坏。故应以考虑结构的延性为前提,降低支撑的长细比,才能有效提高结构的抗震性能。

局部冲刷下砂土中桩-盘复合基础H-T联合承载特性

海上风机基础工作时既承受复杂组合荷载作用,也受波流冲刷影响。单桩-摩擦盘复合基础同时结合了单桩与重力式基础的特点,摩擦盘还可起防冲板作用。为探讨砂土地基中H-T联合作用时局部冲刷对这种复合基础承载特性的影响,首先基于室内水槽试验装置,完成了一系列模型载荷试验;获得了冲刷前后桩-盘复合基础的荷载-位移曲线,经无量纲化处理与曲线拟合,获得H-T联合受荷桩-盘复合基础的承载包络线及其简化计算公式。然后,采用有限元细化分析了主要冲刷参数(冲刷深度、冲刷宽度、冲刷角度)及加载点高度对复合基础承载特性的影响,结果表明:冲刷坑的存在使复合基础的横向及扭转抗力明显降低,削弱程度分别可达25%及45%;进一步分析表明,桩身弯矩值随加载点高度的增加而显著增大,随预加扭矩的增加呈下降趋势;局部冲刷会明显削弱复合基础的承载力,同时H-T联合作用时相应的承载力包络线向内发生不同程度的收缩;其中,冲刷深度的影响最大,对横向抗力与扭转抗力的削弱程度分别可达约35%及60%,冲刷角度次之,冲刷宽度的影响最小;此外,不同加载路径下桩-盘复合基础承载力包络线呈现一定程度的差异。

桥梁桩基础计算欧标和国标比较

规范是工程设计的基础和准则,各个国家和地区的规范差异导致设计的差异,在确保科学安全的基础上,应避免规范间的差异而引起的浪费。针对中国、欧盟岩土规范设计原理和桩基础承载力计算方法的差异性进行了比较,可为中国广大科技工作者提供借鉴和参考。

自平衡法和高应变检测在码头灌注桩中的应用

海南某高桩码头工程地质条件特殊,表面覆盖硬岩层,下部为黏土层,码头基础采用灌注桩结构,以硬黏土层为持力层。施工后分别采用自平衡法静载试验和高应变法检测桩基承载力,将检测结果与规范理论计算结果进行比较。结果表明,通过自平衡检测的荷载-位移关系曲线判断,桩端依旧处于弹性阶段,并根据在加载过程中桩身轴力沿桩身轴向的分布情况,可分别判断各桩侧摩阻力、端承载力的发挥值,从而判断桩阻力并没有全部发挥,桩基的实际极限承载力大于试验值。高应变检测法检测桩侧摩阻力结果大于理论计算结果,桩端承载力小于理论计算结果,总桩基承载力二者比较接近,因此可以作为静载试桩的辅助验证。在港口码头工程中采用自平衡静载测试法,并用高应变检测法进行验证,可以解决水域条件下大质量桩基承载力的检测问题。