砂土地基中开挖过程对立柱桩的影响分析简

立柱桩对基坑工程的稳定性有重要影响. 基于快速拉格朗日法（fast Lagrangian analysis of continua-3D, FLAC3D）,考虑桩土之间的相对滑移作用,深入分析了砂土地基中开挖条件下不同布桩方式对立柱桩桩身拉力、最大拉力位置及桩顶回弹量等的影响. 结果表明：开挖对立柱桩的影响有明显的空间效应,开挖对中心桩的影响最大,角桩最小;开挖使立柱桩桩身内产生了拉力,群桩基础内的中心桩最大拉力值大于 单桩的最大拉力值,且最大拉力值位置随桩数的增加而上移,并最终稳定在0.5倍的有效桩长;中心桩桩顶回弹量先随着桩数的增加而增大,然后当桩数增加到一定的数量后减小.     

柔性桩沉降的随机特性

本文采用小波动方法结合剪切位移法,将土体弹性模量视为沿深度方向的一维随机场,推导出了柔性桩桩顶沉降响应方差上限的解析表达式。通过算例探讨了四种不同相关函数及相关距离对桩身沉降及桩身应力响应方差的影响。得出了指数型相关函数较其它三种的计算值明显偏小;当竖向相关距离大于桩长时其变化对桩顶沉降响应方差影响不大的结论。     

盾构机下穿桩基施工对单桩承载力影响的数值研究

在大型有限差分软件FLAC3D平台上进行二次开发,利用内嵌FISH语言编程,对盾构隧道动态施工过程中上部基桩承载力的影响进行数值仿真模拟,模型考虑盾构前方土仓压力、盾尾同步注浆、注浆凝结和未凝结两种状态以及衬砌管片施加等施工参数。从桩侧摩阻力、桩端阻力等方面对盾构开挖过程中上部桩基承载力进行分析,以及土仓压力变化对承载力影响。研究结果表明：随着隧道开挖,桩侧摩阻力、桩端阻力发生复杂变化,桩底部出现负摩擦力,桩端轴力为拉力,对基桩竖向极限承载力有一定的影响;并且开挖面距桩轴线不同位置,土仓压力对基桩竖向极限承载力影响不同。     

考虑桩头约束的水平受荷单桩响应分析

基于m法的基本假定推导了考虑桩头转动约束程度、桩身自由长度和埋深比的水平受荷单桩响应解析解,获得了更具一般性的通解形式;基于该计算公式讨论了桩头转动刚度km、量纲为一的固定因子C、桩头约束度λ三种桩头约束定量表征参数间的关系;分析了桩身埋入深度和自由长度对桩头约束表征参数和单桩响应的影响。研究表明:桩头约束度λ(即有约束单桩桩头所受弯矩与桩头嵌固条件下桩头弯矩之比)不受桩和桩周土参数的影响。通过λ取0(表示桩头自由)和1(表示桩头嵌固)之间的数值有效表征桩头约束效果;采用桩身抗弯刚度和水平地基比例系数对桩头转动刚度进行量纲归一化获得系数β,在桩身埋入深度和自由长度给定的条件下,β和λ具有一一对应关系,β成为λ与单桩和桩周土体参数间相关联的关键参数。进一步的研究表明:在β相同的条件下,刚性桩的λ值大于弹性长桩,自由长度越大桩头约束度越大;桩头位移和土面下桩身最大弯矩随λ的增大呈线性变化;对于刚性桩和自由长度大于2倍桩土刚度系数的弹性长桩,自由长度变化对桩头位移比(有约束单桩的桩头位移与桩头自由单桩的比)随λ变化规律的影响不大;桩身土面下最大弯矩点深度随λ的增加而增加,随自由长度的增加而减小;在λ小于0.5时,刚性桩和弹性长桩的最大弯矩点深度基本一致,且此规律不受自由长度的影响。     

考虑桩头约束的纵横向受荷微倾单桩响应分析

考虑桩身初始微倾斜,假定地基水平抗力系数沿深度线性增加,推导出纵横向荷载下桩周土屈服时桩身挠曲线微分方程,继而求得桩身响应的幂级数解。采用桩头约束度表征桩头转动约束,结合已有的自由段和弹性段桩身响应的幂级数解及桩底的边界条件,并基于各分界点处桩身响应的连续性,提出了桩身变形和内力的计算方法。与模型实验结果及已有解计算结果的对比验证了该法的可靠性。计算结果表明:随着桩头约束度的增加,桩顶位移和地表以下桩身最大弯矩近似线性减小;桩头约束度存在一临界值,在该值处桩身最大弯矩达到最小值;随着桩身初始倾角的增加,桩顶位移和桩身最大弯矩近似线性增大,其变化速率随纵向荷载的增加而增大。     

黄土地基微型桩水平承载力及群桩效应研究

为了明确黄土地基微型桩水平承载力对上部结构安全性能的影响,本研究基于黄土地基微型桩现场静载试验,研究了桩长、桩径、桩身弹性模量及桩间距对微型桩水平承载力的影响;分析了沿基础深度的桩身水平位移和弯矩变化规律。并结合有限元分析了桩间距对群桩水平承载力的影响。研究结果表明：黄土地基微型桩基础弯矩较大的位置距桩顶4d～5d;桩径对微型桩水平承载力的影响较大,而桩长超过33d～35d后对其水平承载力的影响较小;当桩间距达到8d时,可以不考虑群桩效应对群桩水平承载力的影响。上述研究成果为微型桩在黄土地基中的应用提供了参考。     

青岛胶东国际机场人工挖孔桩载荷试验数据分析与探讨

考虑人工挖孔桩施工过程演化影响和护壁与桩芯作为竖向叠合受力构件,依据青岛胶东国际机场人工挖孔桩载荷试验数据,分析探讨了大直径嵌岩桩竖向载荷传递特性。分析表明,桩孔开挖卸土对上部填土、全风化岩扰动明显,而对下部强风化岩、中风化岩扰动较小。护壁与桩芯为竖向受力叠合构件,桩在较大竖向载荷下,上部护壁在分节处会开裂。在护壁端下继续开挖,会对护壁端及周边岩体产生扰动,进行护壁未至桩底的“悬挂式”护壁端阻力计算时应考虑实际开挖的影响。同时桩嵌岩深度为1.92D～3.15D(D为桩直径)时,桩端阻力占比为10.5%～31.5%,表现出摩擦桩特性。桩嵌岩深度调至1.0D～1.5D,桩端阻力占加载量比例可至38.2%～76.1%,使桩受力更为合理。     

土体参数对大直径空心桩承载性状影响的仿真分析

借助MARC软件,系统分析了桩周土体c、值及土体模量E值对大直径空心桩承载力的影响,分析表明E值是影响 大直径桩承载力的主要因素。文章进一步分析了桩端土体模量E对Se值(桩端沉降与桩顶沉降之比)及对桩身轴力曲线的影 响。通过与实测结果比较,证明所建模型合理。     

考虑固结的基坑开挖回弹问题有限层求解

在综述前人有关基坑变形研究成果的基础上,指出开挖回弹量直接影响到基坑的稳定性和建筑物的后期沉降,但相关研究很少考虑土体在开挖过程中的固结影响.现引入固结有限层法,通过增加开挖部分的耦合矩阵和开挖部分的渗透矩阵,建立三维横观各向同性土体考虑固结的开挖回弹问题的有限层求解格式,并编制了相应的计算程序,以分析开挖过程中坑底土体的动态固结过程和负孔压的消散规律,研究固结对坑底土体回弹的影响程度.结果表明坑底土体的孔压随时间逐步消散,从负孔压慢慢消散到零,且符合Mandel-Cryer效应,坑底的回弹量随时间不断增加,且中心点回弹量较大,边缘点回弹量相对较小,总体成中心对称的倒锅底形.     

非饱和土中弹性支承桩的扭转振动响应分析

基于已建立的非饱和土中的波动方程,对均质非饱和滞回阻尼土层中的弹性支承桩扭转振动特性进行了分析.首先利用拉普拉斯变换,在拉氏交换域中求得了土体振动位移形式解,依据桩土接触面处的衔接条件将该解耦合进桩身动力平衡方程,求解桩的动力平衡方程,得到了桩顶速度导纳的频域响应解析解和半正弦脉冲激励作用下桩顶时域响应的半解析解,并分析了主要参数对振动特性的影响.结果表明,桩底支承刚度因子影响较大,土滞回材料阻尼有一定的影响,而土底支承剐度因子基本没有影响.     

考虑桩土相互作用效应的桩顶纵向振动时域响应分析

在考虑桩土耦合作用以及土竖向波动效应条件下，对均质滞回材料阻尼土中弹性支承桩桩顶纵向振动时域响应进行了理论研究。首先建立了桩与滞回阻尼土在谐和振动情况下的定解问题，然后先对土层动力平衡方程进行求解并得到土体振动位移形式解，接着依据平衡条件将该形式解祸合进桩身动力平衡方程，并通过对桩动力平衡方程的求解，最终得到桩顶位移和速度频域响应解析解和半正弦脉冲激励作用下桩顶时域响应的半解析解。通过与其它相关理论解的对比验证了本文解的正确性和适用性，并基于所得解对桩顶时域响应特性进行了分析，最后将理论曲线与现场工程实测曲线进行了拟合对比，结果表明两者符合较好。     

西部山区双排抗滑桩的机理及设计研究

将公路、铁路桥梁多排桩计算的结构力学方法引入到双排抗滑桩的计算中。与其不同的是,滑动面以上存在滑坡体,而桥梁的最大冲刷线以上没有考虑这种土体的存在对滑动面以下m法的影响。本文提出了滑动面以下考虑滑坡体存在的修改m法一和修改m法二。本文还对滑动面以上前排桩桩后及后排桩桩前的土压力计算进行了实验分析研究,认为滑动面以上后排桩桩前的土压力可按静止土压力计算,滑动面以上前排桩桩后的土压力按静止土压力计算,但要增加排桩间土体的下滑力。同时,用有限杆单元法对双排桩的连梁刚度进行了分析,当满足不相互影响排桩间距的情况下,桩顶连梁与桩的刚度比不小于0.48是合适的,此时再增加连梁刚度无意义。本文认为双排桩节省费用,而且抵抗变形的能力强,值得在工程中研究和广泛应用。     

有限长完整桩中的扭转波

解析地研究了桩顶受到冲击扭矩作用时桩的扭转波及其特征。把桩身当作有限长均匀弹性杆,并考虑桩土相互作用,由Laplace正变换和反变换,分别得到桩土系统扭转振动的传递函数和脉冲响应。进一步得到桩顶扭转振动速度的频响函数、频域和时域表达式。对桩中扭转波和纵波进行对比研究;研究了摩檫桩、自由桩和嵌岩桩中扭转波的特征;由参数研究及推出的理论公式揭示,桩中扭转波的衰减取决于下面三个比值:桩周土剪切波速与桩身扭转波速比、桩长与桩直径比、桩周土密度与桩身密度比。     

深基坑桩锚与土钉墙联合支护的数值模拟

目前工程界桩锚与土钉墙联合支护设计采用的是土钉墙与桩锚分开单独设计的思路。根据单独设计思路和桩锚与土钉墙联合支护基坑工程实际情况分别建立单独土钉墙数值模拟、单独桩锚数值模拟与联合支护数值模拟模型。通过不同设计方法的数值模拟与对比分析,得到以下结论:联合支护数值模拟同时考虑了上部土钉墙与下部桩锚支护结构,模拟过程与实际施工过程相符,结果较为合理;与联合支护模拟结果相比,单独土钉墙模拟得到的土钉内力,坡顶水平位移、坡顶沉降均较小,以此为设计依据使土钉墙偏于不安全;单独桩锚模拟与联合支护模拟相比则高估了锚杆拉力、桩顶沉降、桩身最大弯矩,使设计有些保守。     

梁-桩-土竖向耦合振动特性分析

针对桩与连续梁组合这一基础形式,研究了梁—桩—土竖向耦合振动特性. 首先,将桩假设为一维黏弹性杆件,采用平面应变模型模拟桩侧成层土对桩的动力作用. 同时,桩顶对梁的支撑简化为竖向点支撑. 然后,分别根据一维杆件纵向振动理论和Timoshenko梁理论给出桩和梁的竖向振动控制方程并求解,进而借助离散傅里叶逆变换获得在梁上瞬时激振下梁和土层以上桩段的时域响应半解析解. 通过与有限元模拟结果对比,验证了解的合理性. 在此基础上,讨论了梁几何参数和桩身缺陷对梁—桩—土竖向耦合振动特性的影响.      

上海软土地区静力压桩若干问题的探讨

我国目前桩基设计规范对压桩施工过程中的桩身结构强度验算,尚未做出明确的规定,本文围绕这一问题讨论了以下问题:(1)进入持力层不同深度对压桩阻力的影响;(2)用静力触探比贯入阻力预估压桩阻力;(3)压桩施工过程中桩身结构强度的验算。     

基于文克勒模型的饱和土中单桩对瑞利波动力响应研究

基于Boit饱和多孔介质理论,采用文克勒地基梁模型,研究了表面透水的饱和土介质中顶部固接的桩对瑞利波的横向响应。分别计算了软土和硬土两种情况下不同深度桩的响应、饱和土的孔隙率对桩响应的影响、土介质相对刚度对桩响应的影响、fc-z空间桩响应的分布、桩顶约束条件的影响,并与桩顶自由的结果进行了比较。结果表明,饱和土介质中桩对瑞利波的横向响应受波的频率、土介质性质、桩土刚度比、桩顶约束条件等因素的影响。整体来看,瑞利波对桩的横向影响自上而下大致呈衰减趋势,在地表处影响最大;瑞利波对桩的影响深度随频率的降低而扩大;桩、土之间的水平相对位移幅度与土的孔隙率、相对刚度比均呈正相关关系;同频率下,相对软土地基来说硬土地基中桩受瑞利波的影响较深;顶部固接比顶部自由的桩对瑞利波的响应小。计算结果对工程抗震设计具有参考价值。     

STS管幕结合洞桩法修建地铁车站数值模拟研究

沈阳地铁某车站采用STS(Steel Tube Slab)管幕结构结合洞桩法进行修建,它是国内首次用来修建超浅埋暗挖车站,国内研究较少,工程经验不足,给现场施工带来一系列技术难题。本文旨在获取指导现场施工的关键性参数,采用FLAC~(3D)建立三维有限差分模型,对STS管幕结构支护下的车站施工过程进行研究,分析导洞不同的开挖顺序、台阶长度、开挖步距等因素对地表沉降和开挖面稳定性的影响。研究表明:先开挖下导洞,相比于其他方案引起地表沉降和地层损失率均较小,分别为4.05mm和0.0179%,并满足现场施工条件;不同台阶长度对开挖面前方土体纵向位移影响不大,但采用台阶法可以有效地控制开挖面纵向位移;台阶开挖长度每增加D/3,开挖面纵向地表沉降增加0.4mm~0.5mm,距开挖面前方约1.5D洞径内为扰动较大区域;导洞开挖步距在1m~4m内每增加1m,对开挖面纵向位移影响甚微,但地表沉降约增加2.8%~6.07%。     

岩溶区桩端基岩极限承载力及破坏模式试验研究

基于室内模型试验对不同溶洞顶板厚度和位置偏移量下桩端基岩极限承载力及破坏模式进行了研究。试验结果表明:基岩承载力随着溶洞顶板厚度的增加呈线性增长,到5D(D为桩径)时达到完整基岩极限承载力;随着位置偏移量的增大,基岩极限承载力也随之增大;当位置偏移溶洞轴线1.0l(l为洞跨)时,基岩承载力达到完整基岩极限承载力;顶板厚度达到5D时,位置偏移对基岩承载力无影响。溶洞顶板厚度在1D~3D时,在中心荷载作用下破坏模式为冲切破坏,破坏体为一旋转体;随着荷载位置偏移量的增加,破坏模式转变为扇形冲切破坏;当位置偏移量为1.0l时,破坏模式由冲切破坏过渡到桩端基岩塑性区发展破坏;溶洞顶板厚度为4D时,在中心荷载下呈现撕裂和冲切复合的破坏模式;溶洞顶板厚度为5D时,沿溶洞轴线方向发生撕裂破坏并伴随桩端基岩塑性区发展。最后结合规范给出了完整顶板不同厚度时的安全系数。     

均质土中半埋入变截面桩的瞬态波动响应

基于回传射线矩阵法,求得单位脉冲作用下均质土中半埋入变截面桩的桩顶速度导纳,然后利用Fourier逆变换和卷积定理得到瞬态半正弦激振力作用下的桩顶时域速度响应。比较半埋入缩颈桩、半埋入扩颈桩与半埋入完整桩的速度导纳和反射波,分析缺陷类型和长度、缺陷埋深和程度对速度导纳和反射波的影响,并进行缩颈-扩颈桩与扩颈-缩颈桩的桩顶速度导纳和反射波曲线的对比。结果表明,桩侧介质变化对桩顶速度导纳和反射波的影响小于桩身缺陷。