沉桩扩孔速度对非饱和土中柱形扩孔挤土效应的影响

以柱形孔扩张模型模拟沉桩过程,推导出考虑速度因素时桩周土体的位移、应力解析解.以弹塑性交界面处单元体的运动情况作为参考标准,将区域内任何一点的应力、位移描述成塑性区半径和扩张后土体单元距孔心的距离函数.采用小变形理论求解出r处的径向扩张速度与弹塑性交界面的径向扩张速度之比应满足的关系式.最后结合沉桩扩孔速度的已知条件推导出沉桩后桩周土体塑性区、破坏区的范围.整个土体范围内应力、位移表达式形式仍与不考虑沉桩扩孔速度因素时一样.对比分析表明:相同桩径条件下,随着沉桩扩孔速度的增加,沉桩影响范围也越来越大;随着桩径的增加,沉桩影响范围受沉桩扩孔速度的影响程度则降低.此外,相应于一定的桩径存在一个临界速度,当沉桩扩孔速度大于临界速度时,需要考虑速度因素;小于临界速度时不考虑则是偏于安全的.本文的研究成果主要适合于软土.     

基于微结构指标主成分分析的沉桩挤土效应研究

前期研究已认识到,土的宏观力学性质及其表现从本质上应取决于土的微观结构。在结构性较强的软土中沉桩,桩周土体内部结构会发生显著变化,土体的强度与变形性质是这种内在变化的宏观表现,研究土体微观结构与宏观力学行为变化之间的关系,对认知土体的力学性质,从微观出发去认识沉桩挤土效应的机理,指导工程实践具有重要地理论和现实意义。本文基于天津滨海地基土实际静压桩工程,在沉桩的不同时刻、沿桩身的不同位置取桩周土体原状土样进行室内三轴固结不排水剪切试验,得到土体强度指标参数,同时进行对应的微观结构试验,得到垂直与水平方向的10个微结构指标。采用主成分分析方法,在微结构指标中提取3个主成分,较好地分析了土体微结构特征。研究表明: 3个主成分与黏聚力之间存在较好的相关关系,而与内摩擦角之间的相关性相对较弱; 第一主成分对各微结构信息的提取比较充分,第二、第三主成分是对第一主成分未反映信息的进一步补充。同时主成分分析表明,土体微结构性质对强度性质起控制作用,在沉桩过程中,近地表和下部土层宏观力学指标表现出了相反的变化规律。主成分分析方法较好地表述了土体的微结构性质,为进一步从微观入手解释沉桩挤土效应机理提供了有力依据。     

海底防沉板-桩复合基础竖向受力变形特性研究

为了研究海底防沉板-桩复合基础在竖向荷载作用下的受力变形特性,以我国南海某200m水深项目为研究对象,将防沉板-桩复合基础简化为防沉板加角桩的形式,利用FLAC3D数值模拟软件建立了防沉板-桩复合基础数值计算模型。研究了海底防沉板-桩复合基础在竖向荷载作用下海床土体、防沉板、桩身的受力变形特性,并对不同竖向荷载作用下海床土体沉降、防沉板弯矩、桩身位移、桩身弯矩进行了对比分析。研究表明:防沉板的正负弯矩最大值分别出现在防沉板中部和防沉板与桩顶端的连接处,荷载越大,对防沉板的影响越大,桩在防沉板-桩复合基础中的作用越大;荷载越大,桩身产生的水平位移越大,其倾斜程度也越大;竖向荷载较小时,桩身同时出现正负弯矩,竖向荷载较大时,桩身只有正弯矩或只有负弯矩;复合基础的破坏容易发生在防沉板与桩身顶端的连接处。研究内容和计算结果可为防沉板-桩复合基础的设计提供合理可靠的理论依据。     

分数阶黏弹性土层中分数阶三维轴对称桩的竖向振动

将桩基和土体视为三维连续介质,桩基和土体的应力一应变关系采用分数阶黏弹性模型描述。在三维轴对称情况下,利用三维弹性理论和连续介质力学理论,运用分离变量法和分数阶导数的性质,得到了分数阶黏弹性土层中分数阶黏弹性桩基的三维轴对称解;并分析了相关参数对桩顸动态刚度和等效阻尼的影响。研究结果表明：与土体相比,桩基的相关参量对桩顶复刚度的影响较大;桩基和土体的密度比、模量比对桩顶复刚度都有较大的影响。     

静压沉桩挤土机理探讨及有限元分析

针对预制桩在静压沉桩过程中出现的挤土现象,从土体小主应力方向加载的角度考虑,视浅层土体的隆起为小主应力方向(水平向)加载引起大主应力(垂直向应力)增加所致.在已有的柱形小孔扩张理论基础上,通过引入考虑位移的土压力计算方法提出了桩周土体隆起分界面表达式.利用该表达式分析浅层土体的隆起量,并利用Randolph提出的深层土体径向位移解析公式给出深层土体的变形量.最后运用有限元数值模拟计算与本文的数值解答进行对比分析,结果相近.     

考虑渗流影响的球孔扩张理论解答

为研究沉桩过程中渗流作用下球孔扩张引起的土体力学响应,基于桩端应力为三轴压缩状态下的空间滑动面(SMP)准则和非相关联流动法则,考虑渗流和剪胀特性等因素的综合影响,结合弹塑性边界条件推导了饱和无黏性土球孔扩张问题的弹塑性解答。利用体积守恒并考虑塑性区的弹性变形条件,得出了极限扩孔压力的理论解答。在此基础上,通过与不考虑渗流影响的球孔扩张解答对比,研究了渗流体积力对球孔扩张中应力和塑性区半径的影响。研究结果表明:随着渗流体积力的增大,扩孔压力和塑性区半径均减小;剪胀特性对土体的位移和变形影响显著,随着剪胀角的增加,扩孔周围土体的径向位移减小,并沿径向逐渐趋于零;随着土体强度的增大,扩孔压力明显增大。该解答可为富水工程中进行扩底沉桩等岩土渗流问题提供必要的理论依据。     

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.      

考虑土体三维波动效应时弹性支承桩的振动理论及其应用

从三维轴对称土体模型出发,同时考虑土体竖向和径向位移,对弹性支承桩在垂直谐和激振力作用下与土的耦合振动特性进行了分析。假定桩为竖直弹性等截面体,土为线性粘弹性体,其材料阻尼为滞回阻尼。首先通过引入势函数对土体位移进行分解,从而将土体动力平衡方程解耦,求解得到了土层的振动模态形式,然后利用桩土接触面上力平衡和位移连续条件来考虑桩土耦合作用,求解桩的动力平衡方程,得到了桩顶的频域响应解析解、复刚度和速度导纳,利用卷积定理和傅立叶逆变换,求得了半正弦脉冲激振力作用下桩顶速度时域响应半解析解。利用所得解对桩的振动特性进行了无量纲参数分析,得到了许多新的结论。     

考虑土体损伤的挤土效应计算探讨

摘 要：圆孔扩张理论应用于静压桩沉桩、搅拌桩成桩过程周围土体的应力和变形分析,取得了一定的成果,但其理论分析结果和实验结果仍存在一定的偏差,主要原因在于理论推导时未考虑桩周一定范围内的土体受施工因素影响而产生的损伤。为更有效地发挥圆孔扩张理论在指导桩基施工中的作用,本文通过构造桩周土体粘聚力变化的表达式来考虑施工造成的土体损伤,基于连续介质力学的原理,依据边界条件确定了表达式中的土体损伤因子,得到了能够反映造成土体损伤主要因素的土体粘聚力变化表达式。基于圆孔扩张理论,并引入土体损伤因子,通过平衡微分方程的迭代计算,分析了成桩过程中的土体塑性区半径及应力分布,发现考虑土体损伤时,塑性区范围相对较大且应力的变化会相对较缓。通过不考虑损伤和考虑损伤的分析结果与既有理论的计算结果对比分析,表明本文提出的考虑土体损伤的分析方法简单合理,为精细化分析桩基施工对地基的影响提供了新方法。     

上海地区沉桩阻力估算方法分析探讨

分析了估算沉桩阻力的必要性。在简单介绍了上海地区土层特性的基础上，按照桩端持力层土层性质和桩侧土性质的不同组合，将上海地区地基土分为4类进行研究。选择了4个具有代表性的已有计算沉桩阻力的计算公式，针对不同地基土类型，分别利用大量工程实测数据对各公式进行了分析研究，结果表明没有一个公式普遍适用于各种地基土。在分析各公式在不同地基土中的优缺点的基础上，提出了推荐使用的以静力触探比贯入阻力Ps值为主要参数，同时考虑土体灵敏度和侧阻力、端阻力深度修正的沉桩阻力估算公式。运用大量的工程实测数据对该公式进行了验证，结果表明对不同的地层组合都比较适合。推荐公式对判定静压桩沉桩可能性和施工设备选型具有参考价值。     

实散组合桩承载原理及应用

本文提出了实散组合桩概念,即一根桩由上下两段组成,上段是实体桩,下段是散体桩。这样就克服了散体桩通常桩头承载能力低的缺陷。本文对实散组合桩的受力概念进行了分析研究,给出了其承载力、沉降、临界桩长等计算方法和公式。最后介绍了首次工程实例。     

单桩的动刚度测试和数据处理方法的研究

依据地基动力特性测试规范（GB/T50269-97）,提出了测试桩基竖向动刚度的稳态-敲击激励综合试验法，应用实验模态分析技术识别了桩基的模态参数，成功地完成了陕西某热电厂试桩的动刚度测试。     

弹性地基梁理论在锚索抗滑桩计算中的应用

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针对目前锚索抗滑桩的内力计算通常未考虑滑面以上桩身与岩土体的相互作用关系,而将滑面以上桩身按一般静力结构或有限次超静定结构计算的现状。本文根据弹性地基梁理论,考虑锚索与桩的变形协调,将初参数法运用到锚索抗滑桩的计算中,通过选取合理的初参数作为未知量,得到了锚索拉力以及桩身内力的计算过程。并结合皖南地区某处产生滑移弯曲变形的顺层滑坡治理工程进行了分析,与传统方法计算结果相比,本方法所得内力值较大,偏于安全,桩身内力分布规律与传统方法所得结果较吻合。
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A wavenumber domain boundary element model for the vibration isolation via a new type of pile structure: linked pile rows

In this study, a new kind of pile structure, namely linked periodic pile rows, is proposed for the vibration isolation facility. The proposed linked periodic pile rows consist of pile rows with pile tops rigidly linked by beams. To investigate the vibration isolation effect of linked pile rows, a numerical model is developed for the simulation of the dynamic response of linked pile rows. To address the pile–soil interaction problem, based on the sequence Fourier transform method, a wavenumber domain boundary element method is developed for the pile–soil system. The beams linking the pile tops are dealt with by the bar and beam vibrational theories. By using the coupling conditions between the pile tops and linking beams as well as the periodicity condition for the beam–pile–soil system, the complementary equations for the system are established. With the proposed model, the vibration isolation effects of the linked pile rows are investigated and compared with those of free pile rows. The comparison indicates that linked pile rows usually yield a better isolation vibration effect than free pile rows. Hence, linked pile rows are a more effective wave barrier for vibration isolation than free pile rows.     

三维轴对称基桩动力特性研究

针对目前基桩动力特性研究中把桩视为一维杆件的缺陷,采用三维轴对称模型,对基桩的动 力响应进行了更深入研究,并与一维杆件模型结果进行了对比. 结果表明桩的长径比对桩振 动的固有频率有影响,只在不考虑桩的高阶固有频率时,把桩视为一维杆件进行计算分析是 可行的;若只考虑前四阶固有频率,则只要桩的长径比大于3即可;桩-土刚度对桩振动的 第一、二阶固有频率有较大的影响,提出了由第一、二阶固有频率反算求出桩-土刚度,进 而求出桩的承载力的方法.     

抗滑桩与滑坡相互作用分析的常微分方程组边值法

将抗滑桩与滑坡的相互作用抽象为一阶常微分方程组在特定边界条件约束下的定解问题,通过龙格-库塔(Runge-Kutta)差分法求解该方程组可得桩身内力与变形及滑床抗力,该方法不同于常规的基于桩体挠曲四阶微分方程的级数解法、差分法及有限元法,可以一次性解出桩身内力及变形值,无需进行二次换算;可对全桩进行整体分析,无需像传统方法那样以滑动面为界将桩身分成受荷段和锚固段分别计算;该方法一改传统的求解高阶微分方程为解低阶微分方程组,符合计算力学的优化思想,并且可以方便地考虑桩身的剪切变形,为抗滑桩的计算分析提供了一种切实可行的新思路,可作为传统抗滑桩内力分析方法的有效补充。本文还编写了基于该法的全桩内力计算和图形处理程序。工程算例表明,该方法与传统方法的计算结果能很好吻合,且程序运行效率更高。     

基于有限元强度折减法的复式抗滑桩内力计算及桩土作用机理分析

在边坡、滑坡防治工程中已得到广泛应用的“П”形、“h”形等复合式抗滑桩,由于其多属于复杂的超静定结构,受力形式或荷载分配方式仍存在较大争议,桩土相互作用关系复杂,传统方法在求解其内力时往往面临较大困难。有限单元法和强度折减法的结合为解决这类问题提供了一条可行的途径,该方法求解这一类问题时不需要假定抗滑桩系统的结构类型以及岩土体作用在抗滑桩上的荷载分布形式,因此获得的计算结果往往更符合实际情况。本文以某隧道进口岸坡的“П”形抗滑桩为例,在详细分析岸坡稳定性状况以及可能失稳模式的基础上,采用有限元强度折减法对桩身内力、桩土作用关系以及治理效果进行计算和分析,结果表明利用有限元强度折减法求解这类具有复杂超静定结构抗滑桩系统的内力是一条有效的途径,计算结果对该治理工程的设计具有一定的应用参考意义。     

影响群桩动力特性的单因素规律研究

本文利用复合平面应变近似法的改进,通过单桩动力特性的分析;进一步分析群桩的动力特性,探讨影响群桩动力特性的因素,分析单因素影响规律,旨在更深入地了解桩基在动荷载作用下的特性,得到了一些有实际意义的结论．     

层状土中群桩沉降分析

本文提出一个半解析的方法分析单桩和群桩基础的沉降，地基土可以是任意层状的，并且可以是有限深的，单桩沉降采用荷载传递法计算。群桩中桩－桩相互作用采用近解析法计算。通过与其它数值分析方法结果的对比，表明本文提出的方法与更严密的计算方法有很好的一致性，能大大减少计算量，可分析桩数较多的群桩基础。