大直径单桩水平循环弱化有限元分析

处于复杂海洋环境下的大直径单桩基础需要承受波流等长期水平循环荷载作用,建立能反映其循环弱化特性的有限元分析方法尤为重要。为此,采用非线性运动硬化准则和饱和软黏土循环弱化模型描述土体循环加载时的滞回特性和强度弱化,并建议了模型参数的选取方法。为验证该本构模型在分析桩土循环弱化时的有效性,先将大直径单桩循环加载有限元模拟结果与离心试验结果进行对比。并进一步研究了循环位移幅值、弱化参数对于大直径单桩基础桩顶反力弱化的影响。     

冲刷作用下两种不同直径的单桩基础循环加载特性∗

海上风电大直径单桩基础长期承受来自环境效应的循环荷载以及海床的冲刷作用，冲刷条件下的水平受荷单桩的循环加载特性是海上风电桩基础设计关注的内容。开展了砂土中大直径和小直径单桩基础冲刷条件下长期循环加载的模型试验，探讨了冲刷深度和循环加载幅值对两种基础形式长期承载变形特性的影响。试验研究表明：砂土中循环加载提高了循环后的单桩承载力，其中小直径桩循环后的水平承载力提高更为显著。冲刷导致循环后的单桩承载力下降，随着冲刷深度增加该效果越明显。在循环加载初期，小直径桩残余累积变形的增加速度小于大直径桩。循环次数大于1 000次冲刷深度为2倍桩径条件下，小直径桩的累积变形趋于稳定，大直径桩的累积变形仍继续发展。通过在无量纲循环加载幅值参数中引入冲刷深度对承载力的影响，建立了冲刷条件下两种不同直径桩基的水平循环累积位移计算模型，适用于考虑冲刷影响的单桩长期水平循环累积变形预测。     

扩底桩桩侧土水平抗力的分布特性

桩侧土的水平抗力是计算桩基水平承载力的重要因素。本文对扩底桩基础桩侧水平抗力特性进行研究。制定模型试验方案,进行扩底桩水平加载室内模型试验。整理模型试验加载数据获得扩底桩在水平荷载作用下的桩顶加载位移曲线、桩侧土抗力、桩底土抗力的分布曲线等重要数据,分析各数据获得扩底桩桩侧土水平抗力的分布规律。通过有限元软件模拟不同桩长、扩底尺寸的扩底桩承受水平荷载时的加载情况,通过对数值模拟结果的分析获得扩底桩受水平荷载作用时的受力变形特性,研究不同尺寸参数对扩底桩水平受力特性的影响情况。研究表明,桩长越短越有利于发挥扩大头的嵌固作用。根据对桩底扩大头处土抗力分布曲线的分析研究扩大头的嵌固力作用,进而提出扩大头嵌固力的计算方法。     

循环荷载作用下三明治形加筋土挡墙的模型试验与数值模拟∗

为研究循环荷载作用下三明治形加筋土挡墙的受力特性,进行了一系列砂土加筋土挡墙和三明治形加筋土挡墙的动加载室内模型试验.针对不同的加载特征,分析加筋土挡墙的变形和应力响应.采用FLAC3D建立三明治形加筋土挡墙的数值计算模型,通过与模型试验的对比,验证了计算模型的可靠性,分析了循环荷载下挡墙的变形、加速度和潜在破裂面.研究结果表明:三明治形加筋土挡墙变形与竖向土压力随荷载幅值、荷载频率和激振器个数的增加而增大;荷载对土压力的影响随距振源距离的增大而减小;相同加载条件下,三明治形挡墙的顶部沉降更大;随着挡墙高度的增加,土压力的振动幅值逐渐增大,土压力峰值减小;挡墙沉降并非成层均匀沉降,内部分层沉降出现双峰值;随墙高减小加速度衰减,加速度峰值在挡墙上部的平均衰减率最大;三明治形加筋土挡墙与砂土加筋土挡墙破裂面位置相近.地面交通荷载引起的振动对挡墙结构产生不利影响是加筋挡墙的研究重点.     

桩靴贯入与拔出引起的邻近桩附加及残余荷载分析∗

自升式钻井船桩靴贯入与拔出土层后会导致周围土体发生不可恢复的大变形,从而使邻近平台桩基础受到附加荷载作用。目前,对于钻井船插拔桩引起的附加荷载少有分析,且没有较成熟的计算方法。为此,建议了一种分析钻井船插拔桩附加荷载的方法。该方法首先通过耦合欧拉?拉格朗日(CEL)大变形有限元算法计算出桩靴贯入与拔出土层时邻近桩的水平位移;然后依据计算出的桩身水平位移,利用正交函数最小二乘法确定桩身位移分布函数,进而依据主动桩的 p―y 关系曲线及梁的弯曲理论确定出桩身受到的附加荷载;最后利用非线性地基梁模型,分析附加荷载作用下的桩身内力响应。通过对软粘土中钻井船插拔桩离心模型试验的数值仿真模拟,验证了这种分析附加及残余荷载方法的可行性。     

PCC桩水平承载特性足尺模型试验与数值模拟

通过进行大型模型槽足尺模型试验,根据桩身变形和桩身弯矩的试验结果,分析了水平荷载作用下现浇混凝土大直径管桩(以下简称PCC桩)的水平承载特性和桩-土共同作用性状。采用大型通用有限元软件ABAQUS对PCC桩的水平承载特性进行了数值模拟,计算结果与试验结果符合得较好,并进一步探讨了PCC桩水平承载特性的主要影响因素。结果表明:表层土体的弹性模量对水平受力性状影响较大,表层土体的厚度对桩身水平位移也有较大影响,因此可以通过改良表层土体来控制桩身水平位移,以达到工程设计要求;土体强度参数对水平承载特性也有影响,尤其是内摩擦角和粘聚力较小时更为明显。     

饱和砂土地基相变桩的热力学特性试验研究

能源桩是一种新型的能源地下结构,相变材料能够改变自身状态来提供潜热。制作相变混凝土能源桩来实施室内大尺寸模型试验,将直径为0.2 m,长度为1.5 m的相变能源桩放入长宽高分别为2.45 m×2.45 m×2 m的模型箱中,模型箱中为饱和砂土地基。随后对能源桩施加三次循环温度荷载,测量桩体内部以及桩周土体温度的分布,并对相变能源桩的力学特性进行监测和分析,研究了循环温度荷载下相变能源桩的应力应变以及桩顶位移。研究结果表明:① 能源桩在循环温度荷载作用下产生的温度变化会给桩周土体带来一定的温度累积;② 沿桩身深度方向及桩体内部同一平面内都存在着不均匀的应力应变分布;③ 桩顶位移随温度循环过程变化,温度循环结束后会产生不可恢复的塑性位移。     

条形荷载下三明治形加筋土挡墙的变形特性分析∗

为了研究条形荷载作用下三明治形混合填土方式对加筋土挡墙变形特性的影响,采用 FLAC3D建立了数值计算模型,分析了三明治形加筋土挡墙的黏土弹性模量 E1、砂土弹性模量 E2、砂土厚度 d、筋材长度 L 以及荷载距面板距离 D 对挡墙变形特性的影响。结果表明：相对于加筋黏土挡墙,三明治形加筋土挡墙变形大幅减小,减少其墙顶沉降约 32%,减少面板位移约 44%;其土压力分布规律为墙后水平土压力大体上随填土深度的增加而增大;适当增大黏土弹性模量有利于减小挡墙顶面差异沉降;砂土存在一个最优弹性模量,使得面板水平位移最小;三明治形加筋土挡墙存在一个最优砂土厚度,使得三明治加筋土挡墙工作性能最佳;当 L/H≥0.7 时,继续增加筋材长度或当 D/H≥0.3 时,继续增大荷载距面板距离对挡墙影响相对较小。     

不同承台形式斜直交替群桩⁃土⁃结构地震相互作用特性分析∗

为研究不同承台形式斜直交替群桩?土?结构在地震互相作用, 利用FLAC^3D有限差分软件作为研究工具，采用El Centro地震波作为动荷载。分别建立了斜直交替群桩?土?结构的低承台、高承台数值模型。并对地震作用下可液化土体的孔压比变化、桩基的受力与位移、桥墩顶部的位移进行分析研究。研究结果表明：在地震作用下,土层中孔隙水压力分布是自上而下逐渐增大。振动加速度峰值时部分土体由于发生剪胀孔压出现瞬时负值。砂土层中桩基中部区域容易产生液化现象。同一模型中，直桩的最大弯矩小于斜桩的最大弯矩。在低承台模型中，直桩和斜桩的最大水平位移均发生在桩基顶端，直桩的竖向位移沿埋深是一恒值，而斜桩的竖向位移沿埋深是变化的。在高承台模型中，斜桩的水平位移沿埋深不再是单调变化，最大值发生在砂土层中。高承台模型中斜桩和直桩的竖向位移和水平位移均明显大于低承台模型桩体。两个模型的桥墩顶部最大水平位移出现的时刻基本相同。     

水平荷载下扩底群桩桩土共同作用研究

本文通过室内模型试验,研究扩底群桩在水平荷载作用下桩土相互作用的变形机理。通过埋设的传感器测得桩间土压力、桩侧土压力等数据,换算桩身应力、弯矩,分析桩土相互作用变化规律;结合有限元软件建立多种扩底桩计算模型,研究桩长对桩土相互作用的影响规律,本文的研究结果对扩底桩基础的理论发展及工程推广应用提供有力的科学依据。