抗拔桩承载能力影响因素与群桩变形规律试验研究

利用自主研发的桩基室内抗拔测试装置,结合数值模拟技术对抗拔桩的承载破坏过程及影响因素、群桩的协同工作特征展开了深入研究。结果表明:抗拔桩的承载破坏经历4个阶段,承载初期,桩顶侧摩阻力最先发挥作用,桩顶土体发生塑性破坏;随上拔荷载不断增大,桩体产生相对位移,桩周土体由于桩身侧摩阻力产生塑性破坏;当桩身轴力自桩顶传递至桩底时,桩身底端产生抗拔“吸附力”,并伴随局部土体塑性破坏;随着桩周土体塑性区的拓展、连通,抗拔桩承载能力达到极限;桩身长径比、桩-土界面摩擦因数、桩侧土体压力与其承载极限呈正相关关系,其中桩身长径比对桩端“吸附力”具有重要影响;群桩抗拔过程中,角桩侧摩阻力发挥最充分,桩身位移量最小,极限承载力最大,中心桩桩身位移最大,极限承载力最低;距径比影响抗拔桩的群桩效应,当距径比从2增大至8时,桩身侧摩阻力提高30%,将距径比8作为群桩工程的推荐值,6~10作为群桩距径比的推荐范围。

桥面除冰地热能源桩的能量传递机理研究

利用桥面除冰地热能源桩(以下简称“桥梁能源桩”)在冬季可提取清洁地热能并传输到桥面进行除冰融雪。建立了桥梁能源桩热-力耦合三维数值模型,探究了桥墩对流换热对下部能源桩能量传递机理的影响。研究表明,除冰过程中能源桩的地热提取效率是传统地热钻孔的2~3倍;桥墩与空气的对流换热会导致热量散失,造成能源桩的热功率降低;当桥墩桩基长度比由0增大到50%时,桥梁能源桩的热交换率降低约8.7%,因此桥墩较长时应考虑桥墩对流换热对能源桩热性能的影响。

长径比与桩侧土体模量变化对灌注桩竖向承载特性影响分析

为研究桩基长径比与灌注桩成孔开挖过程引起的桩侧土体弹性模量弱化效应对桩基承载特性的影响,采用数值分析方法构建了15组竖向受荷单桩模型,以分析桩顶荷载-沉降曲线、桩身轴力变化曲线和桩端荷载-沉降曲线的变化特征。结果表明,在同一桩长和桩顶竖向荷载下,桩顶竖向位移随着桩径的增大而减小,而在同一桩顶竖向位移下,桩顶竖向荷载随着桩径的增大而增大;在同一桩径和桩顶竖向荷载下,桩顶竖向位移随着桩长的增大而减小,而在同一桩顶竖向位移下,桩顶竖向荷载随着桩长的增大而增大。存在一临界长径比,使得桩端阻力发挥比例和桩顶竖向位移变化率的影响达到最大。当桩侧土体弹性模量大于某一定值时,桩侧土体弹性模量变化对桩承载特性的影响可忽略;随着桩侧土体弹性模量减小且达到某一定值时,桩侧摩阻力开始不发挥的位置逐渐向上移动。

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。

超大直径嵌岩桩基础竖向受荷性状研究

研究目的:超大直径桩的应用越来越多,超大直径桩基础的工作性能是否仍可以采用常规的设计方法,需要进一步研究。本文基于夜郎河铁路特大桥的超大直径桩基础,结合具体地质情况采用FLAC3D软件仿真模拟分析大直径单桩基础竖向受荷特性。研究结论:(1)对于完全嵌入强度较高岩层的桩或上覆岩层强度较高的超大直径桩基础,当桩的长径比大于1.8时,桩基侧阻曲线形态表现为“上大下小”;随着桩长减短、长径比减小,桩上部侧阻逐渐减小,下部侧阻逐渐增大;当长径比很小时,变成“两端大、中间小”的形态;(2)只有当桩侧岩层弹模较小或上覆土层强度较低(如为黏土)的超大直径桩基础,侧阻曲线才表现为“上小下大”的形态,且桩侧岩层弹模越小,或上覆土层越弱,这种特征表现越明显;(3)超大直径桩的最优长径比小于3,比小直径桩的最优长径比小;(4)对于同直径的超大桩基础,桩侧阻力会根据桩侧岩层弹模的不同表现出三种不同的分布形态;(5)本研究成果可为超大直径桩基础的研究及应用提供指导和参考。

斜桩竖向抗压承载变形性状模型试验

斜桩广泛应用于岩土工程中,但如何确定其竖向抗压承载力目前还没有合理的方法。因此,通过模型试验研究了竖向荷载作用下斜桩的承载变形性状,分析了斜桩桩身倾角和长径比对其竖向抗压极限承载力与桩顶沉降的影响,通过拟合方法建立了斜桩竖向抗压极限承载力和沉降的计算公式并与文献结果进行了对比。试验结果表明:(1)在竖向荷载作用下,当桩身倾角较小时,斜桩荷载-沉降曲线(Q-S)与荷载-水平位移曲线(Q-H)均为缓变型;当桩身倾角与长径比较大时,其Q-S曲线与Q-H曲线均为陡变型;斜桩的沉降大于相应直桩的沉降,桩身倾角越大,斜桩桩顶沉降和水平位移就越大。(2)斜桩的竖向抗压极限承载力小于直桩,桩身倾角越大,斜桩竖向抗压极限承载力就越小。(3)建立的斜桩竖向抗压极限承载力与桩顶沉降公式的计算结果与文献结果吻合较好。

隔爆外壳内预混气体燃爆最大爆炸压力和最大压力上升速率的研究

为研究隔爆外壳内预混气体燃爆最大爆炸压力和最大压力上升速率变化规律,选取了3种不同的隔爆外壳作为试验样品,通过在隔爆外壳内充入预混可燃气体进行爆炸试验,分析了最大爆炸压力和最大压力上升速率与隔爆外壳长径比、结构的关系;为揭示试验中的压力重叠现象,采用数值模拟的方法分析了其机理。结果表明:隔爆外壳的最大爆炸压力与腔体的长径比呈负非线性关系,最大爆炸压力受腔体表面积的影响更大,最大爆炸压力上升速率随长径比的增大而减小;双腔连通结构的隔爆外壳极易发生压力重叠下,压力重叠下点火位置对隔爆外壳最大爆炸压力和最大爆炸压力上升速率有明显的影响;氢气作为试验气体产生的最大压力上升速率比乙烯有显著的增加。

非对称开挖双支撑支护结构优化设计研究

基于南昌艾溪湖共轨叠合隧道水下复杂非对称开挖深基坑项目,分析某典型断面两侧支护桩的变形差异,指出一定范围内调整支护桩设计长度对变形影响较小,可以优化设计桩长提高经济效益。简化模型进一步分析不同影响因素下的基坑支护结构力学响应规律,指出非对称开挖基坑支护结构应当使用非对称支护长度,并结合工程实践提出支护桩最优插入比概念。分析第2道支撑位置、不同支撑刚度、不同支护桩刚度和不同土质等因素对最优插入比的影响,提出基坑支护桩最优设计原则。结果指出:非对称受荷侧的基坑支护桩可以通过调整受荷小一侧的设计长度实现优化设计;同时,可以通过合理调整支护结构的设计刚度进行变形控制。所得结论现已应用到实际工程中,优化了支护桩的设计长度,取得了一定的经济效益。

层状地基下不同桩长排桩主动隔振研究

为了研究层状地基下混凝土桩的隔振性能以及桩身长度的影响,采用室外模拟试验的方式进行。研究结果表明:采用混凝土桩作为隔振屏障,能够有效地提高隔振效果,且随着振源与控制点之间的距离的增大,相应Ar值减小,其隔振效果较明显,达到50%以上。但当振源与控制点之间的距离继续增大时,隔振效果将减弱。在本实验条件下,振源与控制点之间的距离为45cm~60cm时,其隔振效果最好,即为最优隔振区域。混凝土桩的桩身长度是一重要的影响因素,主要表现为桩长增加,桩的隔振效果相应提高,提高效果范围在1%~10%之间。

旁孔透射波法在长灌注桩桩长检测中的应用研究

旁孔透射波法利用地震波在不同介质中传播速度、衰减系数的差异性来检测灌注桩桩长。对于长灌注桩,由于波的传播距离加大,对信号的信噪比要求较高。通过分析影响信噪比的因素,指导工程实践中长灌注桩桩长检测,取得较好的效果,能够有效检测长灌注桩桩长。

基于非局部理论的土中桩基纵向振动特性分析

为了考虑土体孔隙动应力、孔隙尺度和土体颗粒大小等因素的影响,在Eringen提出的非局部理论的基础上,结合土动力学理论,建立了基于非局部理论的土体振动控制方程。将桩-土之间的动力相互作用等效为动力Winkler弹簧-阻尼器,忽略桩周土体的径向位移和环向位移,运用Novak薄层法,考虑土体无穷远处和桩-土接触面处的边界条件,得到了桩周土体纵向振动的解析解以及动力Winkler弹簧-阻尼器的刚度系数和阻尼系数。在基于非局部理论土体纵向振动研究的基础上,建立了桩基的纵向振动控制方程,根据桩端边界条件求解了桩基的纵向振动问题,给出了桩顶复刚度和导纳的解析解。通过数值算例分析了非局部效应、桩基长径比和桩土模量比对考虑非局部效应的土中桩基纵向振动的影响规律。数值分析结果表明:简谐荷载作用下,考虑非局部效应的桩-土系统同样存在共振现象;在高频时,非局部效应对桩基纵向振动的影响不能忽略;桩土长径比和桩土模量比的影响较大,桩基几何尺寸是桩基抗震设计需要重点关注的因素,可以通过改变桩身混凝土弹性模量或者对土体进行夯实等措施来改善桩基的振动。

流塑淤泥地质大长径比嵌岩桩施工常见问题分析

为了有效避免桩基施工过程中的常见问题,达到提高成桩质量的目的,结合珠海市某大桥东引桥桩基础的施工实践,针对桩基施工中出现的斜孔、扩孔、孔底沉渣厚、钢筋笼上浮、桩身夹泥等常见问题,分析了流塑状淤泥地质条件下大长径比嵌岩桩施工常见问题的原因,提出了施工质量控制的相应措施,并应用于珠海某大桥东引桥桩基施工。经超声波无损检测,桩基一类桩比例95.2%,达到了提高桩基质量的目的。

复合地基复合模量的理论修正

复合模量是计算复合地基沉降的关键指标,目前主要采用面积加权公式计算复合模量,实践证明沉降计算值与实测值有较大误差·在考虑桩长、桩端土性质对复合模量的影响后,利用复合地基桩体的承载机理对复合模量面积比公式进行修正·通过与实际工程进行对比,利用修正后的公式计算的沉降值比利用面积比公式计算更接近实测值·分析表明复合模量随着桩长的增加呈线性增长,桩土模量比越小,变化幅度越大·同样,随着桩端土刚性的增长复合模量也逐渐增大,但桩土模量比越大,变化幅度越大·因此应把桩土模量比作为复合地基类别的判据·

水平受荷阶梯形变截面桩的内力及变形分析

基于线弹性地基反力法,提出水平荷载作用下阶梯形变截面桩内力及变形解析算法,该算法假定相同土层的地基反力模量为常数.根据桩身的变截面特性以及桩周土体的分层情况将桩身进行分段,建立各段的微分控制方程.考虑到桩顶、桩端边界条件以及相邻桩段间的协调变形条件,推导出符合桩段挠曲变形特征的迭代关系,得到任意边界条件下的桩身内力及变形算法.通过将该算法的预测结果与有限元计算结果以及现场实测数据进行对比分析,验证了该方法的可行性.分析桩身长径比、变径位置、桩径比对桩身内力及变形分布的影响规律.减小长径比,将变径位置向桩底下移,均可以使得桩顶最大水平位移减小,最大弯矩增大,减小下部桩径有利于减小桩身弯矩峰值,更有效地协调桩身变形.

桩身参数对单桩荷载传递影响的模拟分析

假定不同的桩土参数和加载工况,采用修正的指数曲线模型作为荷载传递函数,应用MATLAB语言编制程序,以矩阵位移法分析桩身荷载传递特性,模拟桩身参数的变化对单桩荷载传递机理的影响.分析结果显示,当长径比较大时,大部分荷载由桩身侧面传递,桩端分担比例不大;在其他条件不变时,仅提高桩身刚度或长径比,对桩端分担比例或桩体承载性能的提高并不显著.

混凝土开口管桩竖向承载力的经验参数法设计模型

混凝土开口管桩的竖向承载性状因为土塞涌入而与闭口管桩存在区别,在利用预制桩单位极限侧阻和端阻建议值预测单桩竖向承载力时,应根据混凝土开口管桩的特点加以修正。沉桩后的土塞率指标综合反映了土质、桩尺寸和沉桩方式等因素的影响。利用该指标并结合实测数据分析,可以围绕土塞效应使用半解析半经验方法计算桩端承载力,可以描述开口管桩与一般预制桩的挤土效应差异并进行桩侧承载力修正,还可以在一定程度上体现静压桩与打入桩的承载力差异。分析显示,桩基规范和勘察报告一般倾向于提出偏保守的单位极限侧阻和端阻建议值,因此按经验参数法设计模型计算的单桩极限承载力有可能小于实测值。设计模型的优化依赖于更多开口和闭口管桩试验的对比研究。

基于差异沉降和轴向刚度控制的竖向荷载作用下群桩基础优化分析

目前在群桩设计中仍大多数采用均匀等长布桩的方法,这种方法在基础受力、变形等方面存在较大的缺陷。考虑增大群桩轴向刚度和减小群桩基础差异沉降的条件下,将群桩基础位移函数与桩长优化函数相结合,在对基础采取行变换、平面变换的方式下,通过设置不同的桩长比值ξ、连接曲率值η设定不同布桩方案,分析不同方案下群桩基础轴向刚度比、差异沉降比的变化规律;并利用数值模拟法对所得优化结果的可靠性进行验证。此外,针对不同桩土刚度比、不同桩间距对群桩基础的轴向刚度比和差异沉降比进行了参数分析。研究结果表明:不同群桩基础优化变换方式、不同桩长对群桩基础优化结果会产生不同的影响;当优化目的是为增加群桩基础刚度时,应主要考虑行变换的优化方式,当优化目的是为减小基础差异沉降时,应主要考虑平面变换的优化方式;基础轴向刚度比随着桩土刚度比的增加而增大,随着桩间距的减小而增大;基础差异沉降比随着桩土刚度比的增加而减小,随着桩间距的减小而减小。

面积置换率和桩长对复合地基的应力和变形的影响

对于水泥土桩加固的复合地基 ,在确定了水泥及其外掺固化剂的掺入量后 ,面积置换率和加固层厚度即桩长是影响复合地基特性的两个重要的因素。因此 ,着重对这两种因素进行分析。

基于小波变换的反射波法基桩检测

鉴于反射波法在低应变检测中主要受较大长径比、桩侧土剪切模量及微小缺陷、桩顶非裸露自由等条件限制存在的局限性,而小波变换时频特性优良,适用于基桩检测信号中探测奇异成分,故通过建立三维轴对称有限元模型,对模拟信号进行小波变换后发现:对顶部裸露自由桩,小波变换可获取微小桩底或缺陷反射,可减小长径比、桩侧土剪切模量、缺陷面积的限制;通过平台激振,使平台在有效尺寸范围内实现对桩底的深度检测。

刚性基础下劲性搅拌桩复合地基固结解析解

根据轴对称固结模型,推导出瞬时加荷刚性基础下劲性搅拌桩复合地基的固结方程,基于双层地基一维固结理论建立了固结解析解。通过与有限元法计算的固结度进行比较,证明了解析解的正确性和有效性。利用建立的固结解析解对劲性搅拌桩复合地基的固结特性进行了分析。结果表明,劲性搅拌桩复合地基的固结速率远大于传统的水泥搅拌桩复合地基,它随芯桩芯长比、劲性搅拌桩置换率和水泥搅拌桩外壳压缩模量的增加而增大,芯桩弹性模量和截面含芯率对劲性搅拌桩复合地基固结速率的影响不大。