堆载下被动桩与土体相互作用的FLAC三维分析

被动桩问题是近年来岩土工程领域的一个研究热点,但是对于堆载下桩、土之间复杂的相互作用一直缺乏系统的三维分析。本文采用FLAC3D建立了有限差分模型,对单排桩三维工作性状进行分析,重点研究堆载条件、桩身刚度及土层分布对桩身位移和桩侧土压力的影响情况,并籍此对软土地基的桩、土共同作用机理加以阐述,得出一些有益结论。分析表明,软土地基中桩侧土压力的分布可简化为线性模式,本文对此进行了线性拟合。     

侧移土体被动桩成拱效应及主动侧土压力计算

采用三维数值模型模拟土体水平位移条件下被动桩的成拱效应。分析结果表明,被动桩的成拱效应和桩间距关系最为密切,桩间距较小时,侧移土体在桩周附近呈现出明显的土拱效应,应力等值线密集,相互连通成一整体,并向两端突出,桩间距增大时土拱效应减弱;随着作用于土体侧向荷载的增大,土拱效应增强,桩周应力区增大。在数值分析的基础上,以T.Itos土压力为依据,考虑土体的实际分层,探讨了考虑土拱效应的土压力计算方法,给出了被动桩计算模式,最后将简化方法与数值分析的桩侧土压力进行了对比。     

临近复合地基侧向土压力模型试验方案设计研究

为了研究刚性桩复合地基对邻近支护结构侧土压力的影响,在室内模型试验方案设计前,通过有限元软件建立了邻近天然地基与复合地基模型进行数值模拟研究,对不同地基形式下静止挡墙侧土压力分布规律进行预估。两组数值模拟结果对比表明:复合地基土压力分布规律不同于天然地基,当复合地基褥垫层下方桩间土应力与天然地基土应力相同时,天然地基对挡墙相同位置处的墙侧土压力的附加作用效果要明显大于复合地基,但在"载荷传递效应"作用下,复合地基对挡墙侧向土压力的影响随着加载量的增加,逐步向更深处土体传递;与天然地基相比,复合地基对挡墙侧向土压力的影响在浅部土层相对较弱,但在深部土层中较强,并且在桩端应力集中对挡墙底部侧向土压力影响尤为显著。     

DESIGN OF LATERAL SOIL PRESSURE MODEL TEST SCHEME FOR ADJACENT COMPOSITE FOUNDATION1)

为了研究刚性桩复合地基对邻近支护结构侧土压力的影响,在室内模型试验方案设计前,通过有限元软件建立了邻近天然地基与复合地基模型进行数值模拟研究,对不同地基形式下静止挡墙侧土压力分布规律进行预估。两组数值模拟结果对比表明：复合地基土压力分布规律不同于天然地基,当复合地基褥垫层下方桩间土应力与天然地基土应力相同时,天然地基对挡墙相同位置处的墙侧土压力的附加作用效果要明显大于复合地基,但在"载荷传递效应"作用下,复合地基对挡墙侧向土压力的影响随着加载量的增加,逐步向更深处土体传递;与天然地基相比,复合地基对挡墙侧向土压力的影响在浅部土层相对较弱,但在深部土层中较强,并且在桩端应力集中对挡墙底部侧向土压力影响尤为显著。     

被动桩中土拱效应特征与影响参数研究

采用平面有限元方法,对被动桩在粘性、无粘性土体条件下的土拱形成机理进行了分析。从土拱效应的4个主要方面:土拱形状、桩周土体塑性(拉裂)区的分布、竖向位移等值线及桩后土体残余荷载分担比,探讨了改变桩、土参数,如粘聚力、内摩擦角、弹性模量、泊松比、剪胀角、桩土接触面特性时,土拱效应的变化规律。研究表明,土性不同时,土拱形成过程中土体的受力和破坏形式不同;泊松比、剪胀角、桩土接触特征对土拱效应的影响最明显;强度高、剪胀角大、桩土接触面粗糙或泊松比小的土体,易形成土拱。根据研究结果,指出Tom io Ito排桩塑性绕流土压力理论计算公式尚存不足。     

填土荷载下复合地基加固区压缩量的简化算法

在假设的位移模式下考虑桩土相互作用，通过力学推导，得到了填土荷载下复合地基桩侧摩阻力、加固区桩间土压缩量和桩土应力比的解析解．考虑到桩侧摩阻力的发挥水平，给出了假设位移模式下的简化算法．     

沉桩挤土位移应力变分解和积分泛函收敛性分析

静压桩是一种挤土桩,沉桩挤土作用将引发很多工程问题. 实际的贯桩过程发生在半无限成层土体中,且单桩具有空间轴对称性,桩的形状和长度也各不相同,因此需要研究半无限土体中一般桩孔扩张的特性和解. 通过对沉桩挤土的研究现状和实际存在问题的分析,建立沉桩挤土三维模型、设定符合变分约束条件的位移函数. 根据研究区域的积分泛函得到问题的位移和应力解. 由于能量泛函涉及三维广义积分问题,所以重点对积分和解的收敛性进行了分析,并应用经典土压力理论、小孔扩张理论和Ansys计算结果对计算和分析结果进行验证.      

桩-土接触效应及对桥梁结构地震反应的影响

目前有关涉及桥梁桩基础地震反应的研究大多是基于桩与桩侧土体之间无相对滑动、位移保持协调的假定。本文针对地震作用下桥梁桩基础的接触面效应及其对结构地震反应的影响问题，以某桥梁工程为背景，通过在桩-土交界面处设置接触单元来模拟桩-土间的接触非线性，建立了土-桩-桥梁结构相互作用体系的三维分析模型。利用这一模型，分析了地震作用下桩-土交界面处的动力反应形态，探讨了桩-土间的接触非线性及其对桥梁结构地震反应的影响。初步分析结果表明：在强震作用下，桩-土间会产生较强的接触非线性，在本文模型中，这种非线性主要表现为桩-土交界面处的滑移；考虑桩-土间的接触面效应将使结构的位移反应结果较基于桩-土间位移协调的情形有所增大。     

考虑横向惯性效应的非饱和土中单桩的竖向动力响应

基于非饱和土的动力控制方程,考虑横向惯性效应,建立了三相非饱和介质中嵌岩桩的竖向动力响应连续介质模型,对桩侧非饱和土的动力控制方程进行Laplace变换,在频域内,通过引入势函数、算子分解等手段对控制方程进行解析,得到了桩侧土体剪应力及竖向振动位移的表达式.结合桩基的竖向振动方程及桩–土接触面的连续性条件,使桩土耦合振动系统得以解答,最终在频域内得到了桩顶复刚度、导纳、桩–土系统振动位移及应力的解析解,借助Laplace逆变换得到了半正弦激励载荷下桩顶的速度时程曲线.最后,通过算例分析验证了计算结果的准确性,分析了横向惯性、泊松比、饱和度、长径比、桩土模量比等因素对桩基动力响应的影响.结果表明:(1)单桩动刚度、阻尼、导纳等变量随频率变化发生周期性振荡,在桩基各阶固有频率处发生共振;(2)泊松比、饱和度、长径比、桩土模量比等因素对桩基的动力响应有较大影响,且频率越大,影响越明显;(3)泊松比越大,单桩动刚度、阻尼、导纳的波动幅值及对应的频率越小,桩顶时程曲线中的桩底反射信号越弱;(4)饱和度越大,对应各动力响应的波动幅值越大,且桩底反射信号的波峰越大.     

圆弧型墙背下的主动土压力研究

基于平面滑裂面假设,采用水平层分析法计算墙背为圆弧型情况下的挡土墙主动土压力及其分布情况,分析了挡土墙与墙后填土的各参数对主动土压力大小及分布的影响。计算结果表明,随着挡土墙倾斜角的减小,土压力分布曲线由凸曲线变成凹曲线。最后通过算例将圆弧型墙背下主动土压力及分布的计算结果与平面墙背下的进行分析对比,结果表明当墙背倾斜...     

Distribution of active earth pressure of retaining wall with wall movement of rotation about top

Based on the Coulomb‘s theory that the earth pressure against the back of a retaining wall is due to the thrust exerted by the sliding wedge of soil from the back of the wall to a plane which passes through the bottom edge of the wall and has an inclination equal to the angle of O, the theoretical answers to the unit earth pressure, the resultant earth pressure and the point of application of the resultant earth pressure on a retaining wall were obtained for the wall movement mode of rotation about top. The comparisons were made among the formula presented here, the formula for the wall movement mode of translation, the Coulomb‘ s formula and some experimental observations. It is demonstrated that the magnitudes of the resultant earth pressures for the wall movement mode of rotation about top is equal to that determined by the formula for the wall movement mode of translation and the Coulomb‘s theory. But the distribution of the earth pressure and the points of application of the resultant earth pressures have significant difference.     

基于对数螺旋滑裂面的有限宽度土体被动土压力计算方法

基于半无限空间假定的经典朗肯和库仑土压力理论无法准确求解有限宽土体的被动土压力．为了求得不同宽度及墙土摩擦角影响下的被动土压力,首先,基于对数螺旋滑裂面假定,建立大主应力与滑裂面的耦合关系,结合应力莫尔圆导出了滑裂面与两侧墙体的夹角,提出了有限宽度土体的滑裂面控制方程;然后,通过对滑动土楔薄层单元应力分析,推导出被动土压力的大小和分布表达式;最后,采用离散元软件对不同宽度填土进行单侧挡墙平动模式下的被动土压力试验模拟,结果表明,所提出计算理论与数值模拟结果基本一致．该方法求解形式简单,具有很好的工程应用价值．     

边坡支护结构荷载取值问题研究

边坡支护结构上的荷载一般采用传统的土(岩)压力理论计算,本文对这种荷载取值方法存在的问题进行了分析,提出了以稳定性为基础确定边坡支挡结构上荷载的方法,该方法能弥补现行荷载取值方法的不足。     

临近既有地下室平动模式挡土墙主动土压力研究

对于挡土墙距既有地下室很近,挡土墙与既有地下室外墙之间的填土宽度有限的情形,采用经典的库伦、郎肯土压力理论计算挡墙主动土压力是不合适的,设计偏于保守.本文基于库伦滑动土楔假定,考虑地面超载以及墙土之间的摩擦作用,推导出了临近既有地下室的挡土墙主动极限状态下滑裂面倾角和主动土压力系数的解析公式.分析结果表明滑裂面倾角、主动土压力系数与填土宽高比、土内摩擦角、墙土摩擦角以及地面超载等因素有关.并与经典土压力理论及前人研究成果进行对比,所得结论对实际工程有参考价值.     

台阶式加筋土挡墙的原型试验研究

对一座台阶式钢筋混凝土串联拉筋加筋土挡墙的筋带应力、土侧向压力、土竖向压力及挡墙变形进行了实测和分析, 所得结论可供设计类似支挡结构时参考。     

Upper bound limit analysis of active earth pressure with different fracture surface and nonlinear yield criterion

Conventional calculations of static and seismic active earth pressures of soils on a retaining wall are formulated assuming the soils obeying a linear Mohr–Coulomb yield criterion. However, experimental evidences show that the strength envelopes of almost all geomaterials are nonlinear in nature over a wide range of normal stresses. In this paper, the strength envelope of the backfill behind a retaining wall is considered to follow a nonlinear yield criterion. A simple method is proposed for calculating the static and seismic active earth pressures acting against a retaining wall using a nonlinear yield criterion. This method is based on the upper bound theorem of limit analysis. Both translational and rotational fracture surfaces are employed in the formulation for calculating active earth pressures. Quasi-static representation of earthquake effects using a seismic coefficient concept is adopted for seismic active earth pressure calculations. Instead of using directly the actual nonlinear yield criterion, a linear Mohr–Coulomb yield criterion, which is tangential to the nonlinear yield criterion, is used to formulate the active earth pressure problem as a classical nonlinear programming problem. A nonlinear sequential quadratic programming algorithm is used to search for the maximum solution. In order to assess the validity of the proposed method, values of active earth pressures for different values of seismic coefficients and nonlinear parameters in the yield criterion are calculated and compared with solutions obtained using an extended Rankine’s active earth pressure theory. For the case of static active earth pressure, the upper bound solutions using the present method with a translational fracture surface are equal to the extended Rankine’s theoretical solutions and are slightly smaller than those obtained using the present method with a rotational fracture surface. For the case of seismic active earth pressure, numerical results obtained using the present method with a rotational fracture surface is very close to the extended Rankine’s theoretical solutions. A study is conducted to investigate the effects of the parameters in the nonlinear yield criterion on the active earth pressures.     

深基坑桩锚支护体系主动区土压力试验研究

通过深大基坑桩锚支护体系主动区土压力现场试验,依据基坑工程时空效应理念,研究分析了在深大基坑开挖过程中桩锚支护体系的受力特性,得出了主动区土压力随开挖进程发展而变化的分布规律,对类似深大基坑支护体系设计时的土压力计算具有重要参考价值。     

Rankine pseudo-static earth pressure for c–ϕ soils

This study provides an analytical solution for calculation of seismic active earth pressure on the back of a rigid wall retaining cohesional–frictional (c–φ) soil. The proposed formulation is based on the conjugate stress concept, without employing any additional assumptions, similar to Rankine's original earth pressure formulation. The effects of sloping backfill and wall inclination are considered. In addition, a closed form solution has been derived for the soil–wall friction angle as a function of inertial forces and problem geometry for any given pseudo-static acceleration, as opposed to the constant value commonly employed in practice. The net seismic active force calculated based on the proposed formulations is found to be comparable with those obtained from previously published methods.