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.

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.

动力打桩桩周泥岩损伤特性与损伤模型

针对泥岩地基同施工场地条件下动力打入桩的承载力差异性大且部分打入桩承载力不足等异常现象,文章开展了桩周0.2m处打桩前后的桩周泥岩单轴抗压强度对比试验,和打桩后的桩端中风化泥岩三轴压缩试验,明确打桩后桩周泥岩的损伤特性,基于统计损伤理论建立考虑受打桩影响的桩周泥岩损伤本构模型,并对泥岩地基打入桩的承载性能进行探讨。研究表明:打桩后桩周0.2m处泥岩强度平均损伤28.2%,弹性模量平均损伤41.4%;桩端中风化泥岩损伤后抗剪强度参数平均值为c=217.2kPa、φ=21.6°,φ仅是同场地原状强风化和全风化泥岩的49.1%和51.4%;打桩后桩周泥岩应力-应变曲线的损伤模型计算值的与实测值吻合较好,验证模型的合理性;泥岩地基打入桩承载力异常特征为桩端受力小,但桩端沉降显著,静载破坏时桩端阻力的平均占比为5.25%;动力打桩对桩周泥岩的损伤是泥岩地基打入桩承载力异常的重要原因;泥岩地基打入桩的设计计算与数值模拟采用原状泥岩力学参数不合理,泥岩损伤后不易恢复,建议按损伤特性赋予参数。研究结果对泥岩地基打入桩的设计、施工、承载力评价有较强的参考价值。

中风化花岗岩中嵌岩桩承载性能原位试验与极限承载力预测

为深入探究中风化花岗岩中嵌岩桩的竖向抗压承载特性,对12根嵌岩桩进行了单桩竖向抗压静载原位试验与ABAQUS有限元数值模拟,通过多种方法对嵌岩单桩极限承载力进行评价,明确中风化花岗岩中嵌岩桩竖向抗压承载性状。研究表明:12根中风化花岗岩中嵌岩桩并非表现出完全端承桩,而是呈摩擦型桩或摩擦端承桩的性状;中风化花岗岩地基中的嵌岩桩竖向抗压极限承载力较高,桩顶沉降小,满足工程对基础的承载要求;有限元模拟荷载-沉降曲线与实测荷载-沉降曲线走势吻合度较高,桩顶沉降误差较小;本试验条件下,桩端阻力占桩顶荷载的56.9%,桩侧摩阻力占比为43.1%,桩侧摩阻力在荷载传递过程中发挥较充分;有限元模拟得到的单桩极限承载力与指数函数模型的预测结果较为吻合,可用于嵌岩桩单桩竖向抗压极限承载力的预测,以及嵌岩桩承载性状和荷载传递规律的分析。

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。

考虑系泊点深度的单点系泊系统锚桩水平承载性能理论分析

单点系泊系统因其克服恶劣海况的优越性成为我国海洋石油开发的重要系泊形式。然而,水下单点系泊系统锚桩-土体相互作用机制尚不清楚,尤其缺少考虑系泊点深度的水平承载性能计算方法。基于复合地基反力法,建立水平荷载下单点系泊系统锚桩的挠曲控制方程和边界条件,并编制相关计算程序;通过迭代法求解,获得不同系泊点位置下的锚桩荷载-位移曲线以及桩身位移、弯矩沿桩身的分布规律曲线;通过与数值模拟和既有离心模型试验结果的对比分析,验证了其准确性和可靠性;继而考虑系泊点深度对锚桩水平承载力的影响,进行参数分析,给出了最优系泊点深度取值范围。分析结果表明,增加系泊点深度可以显著减小锚桩的水平位移及弯矩最大值,从而提高锚桩的水平极限承载力。

穿越溶洞桥梁桩基嵌岩深度计算方法研究

为准确计算岩溶区桥梁桩基嵌岩深度,依托莆炎高速公路岩溶区桥梁桩基工程,分别考虑桩基竖向极限承载力、桩身稳定性和桥梁全寿命周期内溶洞溶蚀量,提出3种穿越溶洞桥梁桩基嵌岩深度计算方法,并验证3种方法的可靠性。选取34根代表性桩基对比嵌岩深度设计值与所提方法计算值,并选取1根试桩对比规范值与所提方法计算值。结果表明:34根代表性桩基中,1根桩基的嵌岩深度设计值小于考虑全寿命周期内溶洞溶蚀量的嵌岩深度计算值,占比2.9%;10根桩基的嵌岩深度设计值同时满足竖向极限承载力、桩身稳定性和桥梁全寿命周期内溶洞溶蚀量要求,且安全储备合理,占比29.5%;23根桩基存在安全储备较高问题,占比67.6%,其中14.7%的桩基嵌岩深度设计安全储备高达5倍。各规范关于桩基嵌岩深度的取值差异较大,为确保桥梁桩基承载安全,同时降低施工难度和成本,建议设计穿越溶洞桥梁桩基的合理嵌岩深度时,充分考虑桥梁全寿命周期内溶洞溶蚀量。

深水钻井井口吸力桩稳定性计算和校核方法

深水松软土质下,传统喷射法安装的表层导管在钻井阶段存在下沉和倾斜的风险。为了提升深水钻井水下井口的稳定性,提出了井口吸力桩表层建井的方法,开展了吸力桩下入深度和稳定性分析。基于桩基承载理论和广义Winkler地基梁模型,建立了井口吸力桩稳定性理论模型,并通过有限元方法和有限差分法研究了井口吸力桩稳定性特征及影响因素。以南中国海某井工程参数为依据,对井口吸力桩稳定性开展理论计算,与有限元计算结果进行对比,竖向极限承载力误差为4.23%,最大水平位移误差为6.0%,最大弯矩误差为2.96%,印证了计算结果的准确性。在钻井工况极限载荷作用下,相比于传统表层导管,井口吸力桩竖向承载力提升了43.91%,水平位移减少了63.21%,抗弯安全系数是前者的24.5倍。分别对井口吸力桩施加不同水平位移和弯矩,结果表明水平载荷对横向稳定性影响较为显著。井口吸力桩具有很高的竖向承载力和横向承载力,显著提高了水下井口的稳定性,研究结果为其在深水松软土质中表层建井提供了理论依据。

非均质黏土地基单桩基础水平极限承载力研究

为减少海上风机长期受到风浪流等水平荷载的影响,利用ABAQUS软件建立非均质黏土单桩基础极限承载力有限元模型,利用温度作为虚拟变量以反映非均质黏性土抗剪强度随深度变化的关系,采用生死单元法进行地应力平衡,并比较有限元得到的水平荷载下单桩基础承载力变化结果与离心机试验结果,以验证其准确性。结合刚性桩与刚柔性桩水平极限荷载下土体失效模式,分析不同长径比、土体弹性模量系数、桩土摩擦因数等参数对单桩基础水平极限承载力影响。结果表明:桩体预埋深度增加后,桩体从刚性桩向刚柔性桩转变,土体破坏模式从楔形、旋转破坏转变为楔形、满流和旋转破坏。土体弹性模量系数对单桩基础水平极限承载力影响较小,长径比和桩土摩擦系数对单桩基础水平极限承载力有较大影响。

粉土地基中劲性复合桩抗压承载特性与荷载传递机制研究

劲性复合桩(stiffened deep cement mixing pile,简称SDCM桩)兼具高强度芯桩的轴向荷载传递能力与搅拌桩较高的桩侧摩阻力优势,施工效率高、性价比高,在土木建筑领域中得到推广应用。然而,由于其荷载传递机制尚缺乏统一认识,现有计算方法与实测承载力差异较大。基于此,开展了粉土地基中SDCM桩现场足尺试验,研究了其抗压承载特性与荷载传递机制。搅拌桩固化剂采用普通水泥和GS固化剂(gypsum-slag soil hardening agent)。依据实测荷载-位移曲线分析了单桩抗压极限承载力及不同固化剂的影响,并通过现场桩身取芯及芯样无侧限抗压试验分析了现场施工水泥土与室内试样强度的差异。建立了考虑芯桩-水泥土、水泥土-土体接触面的三维弹塑性有限元模型,分析了竖向下压荷载条件下桩身轴力、接触面的剪切应力分布规律,探讨了SDCM桩的荷载传递机制与承载力提高原因。研究结果表明:粉土地基中SDCM桩抗压承载力大于纯搅拌桩和单独芯桩抗压承载力之和的1.5倍;在端阻力发挥作用后,桩底水泥土由于轴向受压变形,芯桩-水泥土之间的剪切变形会大幅增加,该位置易产生剪切破坏。水泥土固化后与地基土接触面性能的改善是SDCM桩相对传统灌注桩具有更高的承载力的主要原因。

不同桩长对GFRP复合桩竖向承载性能影响研究

目的探究不同桩长对玻璃纤维增强复合材料(GFRP)桩竖向承载性能的影响。方法分别对普通钢筋混凝土(RC)桩和GFRP复合桩的竖向承载性能进行研究,开展室内模型实验,同时利用有限元软件模拟不同桩长对其竖向承载特性的影响。结果模型试验中,GFRP复合桩的竖向承载力大于RC桩,在桩顶荷载6 kN时,GFRP复合桩侧摩阻力占桩顶荷载的34.1%,RC桩占24.7%,GFRP材料明显改变了桩身的粗糙程度,使桩身界面摩擦特性增强,从而在较高的竖向荷载作用下,产生较小的端阻力。有限元软件模拟中,与RC桩相比,GFRP布与土体的摩擦系数比混凝土与土体的摩擦系数大,有利于GFRP复合桩侧摩阻力的发挥,相同桩长的GFRP复合桩端阻力占比明显低于RC桩。对比桩长5,10,15 m,RC桩,侧摩阻力值占桩基极限承载力的35.69%,42.44%,50.54%,GFRP复合桩的桩身侧摩阻力分别占桩基极限承载力的42.44%,63.09%,75.69%,表明GFRP复合桩是通过增加侧摩阻力来提高竖向承载力的,且桩长越长,GFRP复合桩承载性能提升越明显。结论相同桩长的GFRP复合桩竖向承载力明显高于RC桩;随着桩长增大,GFRP复合桩桩侧摩阻力的发挥效果更好,对应的桩基极限承载力越高,GFRP桩-土的界面摩擦特性发挥越理想。试验结果可为GFRP复合桩的竖向承载力设计提供理论参考。

南宁盆地特殊地层静压随钻跟管桩适应性及单桩承载力特性研究

为了研究静压随钻跟管桩在南宁盆地特殊地层的适应性及单桩承载特性,对现场4根直径800mm的静压随钻跟管桩进行静载及低应变反射波法试验。研究结果表明:各地层中的试验桩承载力均能满足设计要求且均属于Ⅰ类桩,桩身回弹率较高,说明各试验桩仍具有较大的承载潜力;未进行破坏性试验时各地层中单桩承载力综合增强系数均大于1.00,以经验公式确定静压随钻跟管桩的单桩竖向承载力时应乘以相应的增强系数。基于以上研究,将静压随钻跟管桩工艺应用于实际工程,经验收检测表明,各项目受检基桩的桩身质量完好,承载力均满足设计要求,且仍具有一定的承载力富余量,良好的实际工程应用效果表明该工艺具有良好的适用性以及较高的推广使用价值。

成层土中长桩竖向承载激发规律研究

针对成层土中长桩承载问题,结合试桩数据建立了成层土中长桩-土相互作用特性分析模型,基于分析模型研究了上砂下黏和上黏下砂中砂-黏占比对长桩竖向荷载-位移曲线的影响,分析了成层土中长桩侧阻和端阻承载分担比,揭示了达到极限承载力时成层土中桩基侧阻、端阻激发规律,即黏土层侧阻可完全激发、砂土层侧阻未完全激发,桩底端阻完全激发,为实际工程中长桩承载力计算选取合理参数提供依据。

高原山区微型群桩基础承载特征及竖向-水平联合荷载研究

为探究高原山区微型群桩基础的承载特性以及水平、竖向荷载耦合作用(V-H联合荷载)的影响,揭示联合荷载相互作用规律,在高原山区微型群桩基础现场试验的基础上,采用FLAC 3D对三种单一荷载情况进行数值反演,并对不同荷载比例下微型群桩基础的V-H联合加载进行模拟。结果表明:①抗压和抗水平试验中,承台效应明显,荷载-位移曲线为“缓变型”;抗拔试验中,曲线为“陡变型”。②联合荷载下,施加水平荷载会削弱桩基竖向承载能力,水平荷载比例较大时,桩身抵抗力矩和桩侧极限摩阻力增大,荷载-上拔位移曲线突变点消失;在竖向荷载的影响下,存在临界荷载比n,下压-水平联合荷载中n 1=3.9,上拔-水平联合荷载中n 2=0.76,荷载比>n时,桩基水平承载力被削弱,<n时,桩基水平承载力提高。③联合荷载下,水平承载力与荷载比的倒数呈四次函数关系,竖向承载力与荷载比的倒数呈二次函数关系;联合荷载下的屈服包络线与单向极限荷载垂线所围空间分为“破坏区”与“安全区”,有别于单向加载的桩基承载特征,且桩基存在一个最优解,使各方向承载力均能得到充分发挥。

粮食筒仓群桩基础竖向承载变形特性数值模拟分析

粮食筒仓建设场地为原有海域经人工回填整平而成,极易引起沉降,为保证筒仓的安全性和稳定性,利用ABAQUS有限元分析软件,建立三维有限元计算模型,分析不同阶段荷载和邻仓对筒仓群桩基础竖向承载变形特性的影响。分析结果表明:群桩基础竖向承载变形不均匀分布受上部荷载影响较大。施工完成阶段,结构自重荷载主要作用于外边缘,边桩竖向承载变形较大,最小和最大沉降量分别为0.551 mm和0.959 mm;服役阶段,满仓荷载分布较为均匀,中心桩竖向承载变形较大,最小和最大沉降量分别为1.271 mm和2.335 mm。群桩基础竖向承载变形受邻仓影响较大。对群桩竖向承载变形的影响随距离的增加而减小,沉降量随邻仓数量的增加而增大;邻仓位置分布的不对称,导致沉降差异增大。

黏土中大直径钢管桩p-y曲线法适用性研究

大直径钢管桩作为常用的海上风机基础形式,其水平承载性能是风机基础结构设计中最关键的一环。API规范建议的p-y曲线法是目前计算钢管桩水平承载力最主流的方法,但其对大直径刚性桩及刚柔性桩的适用性有待探讨。通过开展数值模拟方法,研究了不同长径比水平受荷桩的桩身变形规律及桩周土体破坏规律,提出了基于长径比的刚柔性桩判断标准,并通过比较不同长径比下钢管桩水平极限承载力,得到了传统p-y曲线的适用范围。研究结果发现传统p-y曲线模型由于仅考虑了水平向的土阻力,适用于计算长径比≥15的刚柔性桩及柔性桩;而对于长径比<9的刚性短桩,其误差最高可达63%,严重低估了单桩的水平向承载力;对于长径比在9~15之间的刚柔性桩可适当使用API规范进行计算。

岩溶区桩基承载性能及影响因素研究进展综述

岩溶区地质环境复杂,溶洞隐蔽性较大,给桩基施工和设计带来了巨大挑战。充分考虑溶洞与桩基的相互作用,是确保上部建筑安全的关键。本文以岩溶区桩基承载性能为背景,综述了岩溶桩基相关模型实验、数值模拟和理论计算方法,发现下伏溶洞型桩基现研究的重点为顶板安全厚度、岩板质量、桩身直径、溶洞尺寸等,顶板相对安全厚度的计算仍是一个难题。对于贯穿溶洞型,现浇桩基需解决施工问题,如灌注桩施工中的漏浆和卡钻问题;预制桩基受桩径小和难嵌岩等因素的影响,其在岩溶区普遍存在承载力不足的问题。研究成果为溶洞发育区桩基竖向承载力计算提供了重要指导。

劲性复合桩桩筏基础竖向承载性能研究

为研究劲性复合桩桩筏基础的承载特性,采用ABAQUS三维有限元软件对劲性复合桩桩筏基础在竖向荷载作用下的响应规律进行分析。考虑在不同桩长、桩数、筏板厚度以及芯桩直径的影响因素下其荷载-沉降曲线的变化规律,并将荷载沉降进行归一化处理。结果表明在一定荷载范围内,角桩首先承受较大荷载,而随荷载的不断增加,中心桩则会分担更多的荷载;桩长一定的条件下,桩筏基础的位移随芯桩直径的增大而减小,而当芯桩直径一定时,沉降会随桩长的增加而减小;筏板厚度也会对桩筏系统的竖向承载性能产生一定的影响,分析表明筏板厚度处于1~1.5d时为最佳。研究为工程实际应用以及对劲性复合桩桩筏基础的推广提供参考。

单桩竖向静载试验异常在某工程中的处理及应用分析

为确保建设工程下部结构桩基础工程承载力的质量安全,采用低应变法先进行工程基桩桩身完整性的普查,再选取桩底反射波异常的桩进行单桩竖向抗压静载试验,对单桩竖向抗压静载试验沉降数据的应用进行分析。结果表明,基桩桩底反射波存在异常的桩对单桩竖向抗压静载试验沉降数据具有一定影响。说明选取桩底反射波存在异常的桩,进行单桩竖向抗压静载试验的沉降数据也存在异常,再通过单桩竖向抗压静载沉降数据异常分析,进而高效地保障基桩工程承载力的可靠性及安全性。