UH模型超固结状态演化分析及离心模型试验验证

本构模型是土力学求解强度变形问题的关键。研究揭示了剑桥模型在超临界侧强度过高、超固结状态下无法应力三维化、应力应变关系发生突变等存在的问题,分析了UH模型建立的超固结状态耦合演化机制及在弹塑性理论框架下实现的超固结状态与正常固结状态计算理论的统一,并基于三轴试验预测证明了UH模型能更加合理地描述超固结状态下土的应力应变关系。通过开展载荷板离心模型试验以及数值模拟验证可以发现,相较于剑桥模型,UH模型计算的地基土荷载变形曲线、侧压力系数分布更加准确,其本质是单元的应力应变关系更加科学、合理。研究证明UH模型的应用能显著提高超固结状态土体强度变形计算的准确性和实用性,对复杂岩土工程问题的计算求解具有重要理论价值和实践意义。

基于被动区土弹簧刚度降低过程的基坑围护结构计算增量法及软化p-y曲线

基坑围护结构的计算常采用基于杆系有限元的增量法,被动区土弹簧刚度在基坑开挖作用下发生动态降低导致土抗力软化,目前缺少在非线性地基模型基础上对该问题的研究。通过引入两个刚度变化系数来综合量化被动区土弹簧参数随基坑开挖的动态变化过程,建立了基于该过程的基坑围护结构计算增量法。针对非线性地基模型,提出了细化增量法进行数值计算。采用线弹性、理想弹塑性以及双曲线3种基本土弹簧模型计算得到被动区软化p-y曲线,对比显示,基于双曲线基本模型得到的等效水平抗力系数变化曲线更符合实际规律。工程实例计算显示,基于基本土弹簧为双曲线的计算结果与不同开挖阶段墙的位移监测数据对应更好。参数分析显示,与被动区土体极限抗力pu相关的刚度变化系数对计算结果影响较大,采用此方法应着重关注被动区pu的计算方法及开挖卸荷对pu的影响。

砂性土中海上风电单桩基础水平极限承载力确定方法对比

总结已有的3类单桩基础的水平极限承载力确定方法,分别为极限平衡法、p-y曲线法和定性方法,并结合试验实例研究采用不同方法计算得到的水平极限承载力之间的差异性。结果表明:不同方法求得的结果差异性较大,最大差距可达38.84%。鉴于无统一的方法,以及采用不同方法得到的结果差异性较大,单桩基础的水平极限承载力确定还需要进一步研究。

考虑软化效应的滨海软土区基桩受力与变形特性分析

为探讨水平荷载作用下滨海软土区基桩受力与变形性能,首先根据滨海软土区基桩受荷特点建立相应的简化受力模型;其次,考虑滨海软土的软化效应,对现有的p‑y曲线模型进行修正;据此导出滨海软土区基桩挠曲微分方程,并通过传递矩阵法对其内力及位移进行求解,获得考虑软化效应的滨海软土区基桩非线性计算方法;最后,结合相关工程案例,分析软化参数、桩径和桩体弹性模量对基桩水平承载性能的影响。研究结果表明:采用传递矩阵法对软土区水平受荷桩进行受力分析精度较高,计算效率也高,可为相关工程提供参考;软化参数每增加0.3,地面处桩身水平位移分别减小24.12%和43.04%;桩径每增加0.7 m,地面处桩身水平位移分别减小62.63%和79.65%,桩体位移及内力的影响深度随桩径增大而增大;桩体弹性模量由25.5 GPa增加到36.0 GPa时,桩身变形量分别减小了6.25%和23.06%。

海上风电基础修正p-y曲线模型研究

单桩基础是海上风电基础中应用范围较广的基础形式,目前工程中在分析桩土相互作用及单桩位移时常采用API规范推荐的p-y曲线模型进行计算。随着桩土理论的不断发展和进步,现有的API规范推荐的p-y曲线模型在应用于大直径桩的分析和计算时,其结果低估了不同深度处土体的极限土抗力,高估了初始地基反力模量,因而降低了计算结果的准确性。该文针对该问题,分析了现有p-y曲线法中影响极限土抗力和初始地基反力模量的因素;通过建立桩土相互作用的有限元数值模型,对不同桩径和土体深度的计算模型进行分析和数据回归,引入修正系数来考虑大直径桩的尺寸效应,并讨论了不同因素影响指数的变化规律,最终建立了适用于大直径单桩基础的修正p-y曲线模型。最后通过与模型试验和现场试验的结果对比,修正后的模型对极限土抗力和初始地基反力模量的计算更加符合实际情况,从而验证了修正p-y曲线模型的可靠性与合理性。

基于动力p-y曲线法的曲线梁桥抗震性能研究

受空间耦合效应影响,国内外考虑桩-土-结构相互作用的曲线梁桥抗震性能的相关研究略显不足。基于此,文中以某匝道桥为工程背景,基于OpenSees平台,采用空间动力p-y曲线法开展了5种不同曲率半径、3种典型下部结构形式的15组动力非线性有限元数值模型对比研究,探讨了考虑桩-土-结构相互作用影响下曲线梁桥的地震响应规律。研究表明:曲线梁桥的法向结构响应量大于直线梁桥,切向结构响应规律相反;随着曲率半径的增加,曲线梁桥的各结构响应规律与直线梁桥逐渐接近;与考虑桩土效应的直线桥相比,在法向和切向上,曲线梁桥边墩和中墩的结构响应量差异大,随着曲率半径的增加,差异显著减小;对同一曲率半径的桥梁来说,下部结构中墩为独柱墩刚接体系时,该墩内力响应最大、位移响应最小,中墩为双柱加支座结构时,动力响应规律相反,直线梁桥的规律与此类似。文中研究结果可为曲线梁桥地震反应规律提供指导和建议。

珊瑚砂砾互层地基承载特性模型试验研究

岛礁在吹填过程中会形成珊瑚砂与珊瑚砾石相互交替的层状地基。为研究珊瑚砂砾交互地层地基的承载特性,通过室内模型试验,开展了纯砂、纯砾均质地基以及不同层厚比例砂砾互层地基的承载特性研究。试验结果表明:纯砂地基的承载力和变形模量随相对密实度的增大而增大,且密实地基的承载力明显高于中等密实地基;相同相对密实度下,纯砾地基的承载力和变形模量是纯砂地基的2倍以上;上砾下砂地基的承载力随砾层厚度的增大而增加,砾层具有一定的应力扩散作用,厚度越大,应力扩散越明显;上砂下砾地基的承载力随砾层埋深的减小而增大,地基下卧砾石层能使地基内一定深度处应力集中程度减弱,埋深越浅,减弱程度越大。试验结果对于确定砂砾互层地基的天然承载力及持力层选择具有重要意义。

基于高性能桩单元法的海上风机单桩支撑结构水平承载力研究

海上风力发电机单桩支撑结构由单桩、过渡段和锥形塔筒组成。海洋土体变异性大和风机塔筒变截面的特点大幅增大了使用离散弹簧法进行支撑结构计算的梁单元划分量。为实现对风机支撑结构的高效模拟,该文提出了一种改进的欧拉-伯努利梁单元,该单元实现了桩土相互作用关系的内置和对单元变截面的考虑,相较于传统梁单元大幅度减少了单元划分量。该文在单层与多层土体中验证了上述单元的精确性与高效性,并研究了新型单元在风机单桩支撑结构计算中的适用性。在此基础上,进行了风机单桩水平承载性能参数分析,研究了桩长与桩径对大直径桩水平变形规律和承载力的联合影响,研究给出了不同于现有规范的刚性短桩-中长桩划分的相对刚度特征值临界范围。

软土地基高速公路桩基沉降量预测方法

结合软土地基高速公路桩基工程概况,设计现场桩基沉降监测方案。拟合沉降值与沉降监测时间关系曲线,参照太沙基一维渗透理论,初步获得桩基沉降量预测结果。构建桩基应力分布函数,对桩基沉降量的初步预测结果进行校正,提高预测精度。结果证明:设计的预测方法可实现对沉降量的预测,同时可保证预测的沉降结果的准确性。

地震弱化土石混合体地基单桩p-y曲线

为研究不同强度地震作用下土石混合体地基中的桩-土相互作用力学行为,文中以白鹤滩水电站库区某高桩码头建设工程为背景,根据现场试验获得的土体参数建立了桩-土相互作用有限元模型。通过数值模拟分析,研究了土石混合体地基中桩周水平土抗力与桩身水平位移之间的关系,分析了土体等效动剪切模量对p-y曲线初始刚度和桩周极限土抗力的影响。利用Davidenkov函数,引入等效地基模量,建立了地震弱化土石混合体地基的单桩p-y曲线模型。将文中模型的计算结果与有限元数值模拟和现场试验结果进行了比较,表明模型能够有效模拟不同强度地震作用下土石混合体地基的p-y关系,从而验证了模型的合理性。

V⁃H荷载作用下海洋平台吸力式桩桶桩土承载特性研究

用于海洋平台的吸力式桩桶基础作为一种新型平台基础正逐渐成为人们研究的重点。为研究吸力式桩桶单桩基础的受力特性,对V-H(竖向—水平)联合荷载作用下的吸力式单桩基础桩土的承载特性进行了数值模拟,并将数值模拟的有限元解通过与API规范中对p-y曲线的计算方法进行对比来验证有限元模型的可行性,最后采用分级作用力的加载方式对其破坏包络曲线进行绘制,并推导出相应的函数表达式。研究表明,采用ABAQUS有限元分析软件对吸力式桩桶进行数值模拟是可行的,随着对吸力式桩桶所施加V-H联合荷载的不断增大,吸力式桩桶所能体现的应力和弯矩极限值也在随之增大,其位移变化主要在施加荷载的区域附近,最后在联合荷载作用下所体现的极限承载状态,即包络曲线大致呈四分之一的椭圆形状。

有限深度土体运动对Winkler地基上梁1/3次亚谐共振影响分析

有限深度土体运动对弹性地基上梁的动力学特性和非线性响应均有显著影响。为丰富和深化相关研究内容,本研究基于引入土体运动影响的Winkler地基梁的非线性动力学模型,关注了有限深度土体运动如何影响弹性地基上梁在1/3次亚谐共振条件下的行为。通过应用Galerkin方法和多尺度法推导出了梁在1/3次亚谐共振情况下的频率响应方程以及位移的二阶近似解。进而根据响应方程进行数值计算,得到了Winkler地基上梁的1/3次亚谐共振的幅频响应曲线,分析了与土体运动密切相关的参数(地基深度、质量、弹性模量、地基刚度和阻尼等)和激励幅值等对梁亚谐共振的影响。结果表明:考虑有限深度土体运动的影响后,梁的1/3次亚谐共振响应的区域和幅值均减小;随弹性地基深度、质量、弹性模量和刚度变化,幅频响应曲线的偏转程度、共振区域和响应幅值均发生定量改变;外激励幅值对梁1/3次亚谐共振响应的特性无影响,而对响应幅值和共振区域则有显著影响;地基阻尼对梁的1/3次亚谐共振有明显的抑制作用。

桥梁大直径桩基水平承载特性受桩-土摩阻效应的影响分析

文中以贵州省闵孝特大桥为研究对象,运用理论解析的方法求解桩基水平承载力。结果表明,桩顶水平承载力和桩身最大弯矩在考虑桩-土摩阻效应κ=0.6φ时,计算值与实测值对比效果良好;随着桩-土界面摩擦角的增加,桩侧摩阻力、桩身附加轴力和桩身附加弯矩也不断增加,随着桩直径的增加,桩顶位移折减比和桩身最大弯矩折减比均呈线性减小。

用曲线拟合的方法预测软土地基沉降

讨论了采用曲线拟合方法预测地基沉降的理论基础,分析比较了四种预测方法的基本原理及其特点。根据多个工程实测沉降资料,研究了这四种方法的适用条件以及优缺点,提出了应用曲线拟合方法预测实际工程地基沉降的具体技术思路和原则。

软土e-p曲线确定的简化方法及在非线性沉降计算中的应用

首先假设软土的压缩曲线符合双曲线方程,并通过某工程一系列的数据进行验证,验证结果表明双曲线假定比较符合软土压缩曲线;由于双曲线方程参数相对较少,数据拟合确定比较简单易行,可对实际工程软土地基沉降进行简化计算并能满足工程的精度要求;同时还针对目前地质报告一般不提供详细的孔隙比-压缩应力(简称e-p)试验数据的情况,对e-p双曲线方程提出了一个只采用初始孔隙比e0、压缩模量Es来确定其参数的简化方法。在此基础上,基于e-p曲线确定邓肯-张模型的切线模量Et,采用分层总和法应用于软土地基的非线性沉降计算。对计算结果与实测数据进行比较分析表明,所提出的方法是切实可行的。

基于API规范的液化土层桩基p-y曲线修正计算公式

基于小型振动台拟静力试验和往返动荷载试验,将得到的静力p-y曲线及滞回曲线与基于静力方法提出的API规范方法进行对比研究,指出了采用目前API规范中的折减系数方法进行液化土层中桩基横向承载力计算时与实际不符并导致工程设计无法接受的原因。进行四种不同相对密度可液化土中大型振动台桩?土?承台动力相互作用大型振动台试验,考虑到API规范方法在工程中的广泛应用性和可接受性,在不改变其基本模式前提下,提出其中土体初始模量和极限土阻力两个修正参数,以地震波输入下的振动台试验对构建的公式进行验证,结果较为吻合。

确定碎石桩复合地基桩土应力比的一种新方法

探讨软基处理碎石桩径向变形机理 ,提出碎石桩体变形模式的纵横向异性 ,并根据桩土变形协调引入魏西克圆孔扩张理论和 p- y曲线法得出桩土应力比计算式 .

指数曲线法在软土地基沉降预测中的优化与应用

从"确保沉降预测精度、简化沉降观测工作"的角度出发,根据软土地基固结沉降特性,分析了指数曲线法现行计算方法的应用特点,对指数曲线法的计算过程进行了优化.以湖南省岳阳市城陵矶(松阳湖)进港道路K2+850断面为例,分析了沉降预测结果的精度变化规律.研究结果表明,正确应用指数曲线法,不仅可使软土地的沉降预测精度高,还能大大降低沉降观测频率,节省沉降观测投入,具有积极的应用价值.

循环荷载下饱和粉土地基单桩水平承载特性试验研究

在饱和粉土地基中进行了单桩水平静力和循环加载室内模型试验,实测得到静载和循环荷载下桩身弯矩与深度的关系、桩身最大弯矩与循环次数之间的关系等,推导出静载和循环荷载下粉土的p-y曲线,并结合API规范给出了针对粉土地基的相关参数。单桩循环加载试验结果表明,在一定深度内随着循环次数增大,粉土极限抗力显著减小,文中给出了不同循环次数和深度下粉土地基极限抗力的折减系数建议值。

软土地基刚柔性桩水平承载位移控制标准研究

在软土地区开展桩基工程建设,桩基水平承载力的确定是一个亟待解决的问题。以Matlock软黏土p-y曲线为基础,提出Matlock p-y曲线的双折线简化模型,进而采用不排水抗剪强度指标su和静力触探锥尖阻力qc对双折线简化模型参数k_(ini)、p_u进行表征。以无量纲桩土相对刚度系数K_R作为刚、柔性桩划分标准,并分别建立了初始切线模量系数K_E与K_R、水平土抗力系数K_C与K_R的关系,最后提出了软土地基刚、柔性桩水平承载位移控制标准。结果表明:提出的位移控制标准可以快速确定桩基临界水平承载力,是一种实用、可靠的桩基水平承载判别方法。