考虑地基刚度分区的能源支护桩有限元模拟北大核心CSCD

能源支护桩在工程实践中已有应用,但国内外相关研究甚少。以雄安城市计算(超算云)中心能源支护桩的应用为背景,使用COMSOL Multiphysics软件对深基坑桩锚支护结构进行了基坑开挖和变温过程的有限元模拟。在开挖模拟中通过对比模拟结果和现场实测数据,优化了模型参数设置,提出了同时考虑回弹区土体的卸载状态、剪切区土体的小应变刚度以及土体刚度随深度增加而增大的“地基刚度分区”建模思路;在基坑开挖模拟的基础上,研究了不同温度荷载对支护桩变形和内力的影响,并对如何在工程设计计算中考虑温度荷载对支护桩的影响提出建议。结果表明,考虑地基刚度分区的建模方法能有效优化基坑开挖线弹性模型的模拟结果,温度荷载对支护桩的变形和内力影响较小,工程设计时可以忽略。     

排桩+斜支撑在某大面积基坑开挖中的受力变形性状研究

随着基坑工程开挖面积越来越大,出现了一种排桩+斜支撑的组合支护结构。本文基于两阶段分析方法,首先采用Winkler地基模型模拟排桩的桩土作用,运用有限差分法考虑土的分层特性,然后应用水平受荷桩简化Mindlin解,考虑该组合支护结构的桩-桩相互影响,计算其遮拦效应,从而得到开挖条件下支护结构桩水平反应的简化分析方法。最后,结合济南某基坑工程实例,通过有限差分的方法,研究了排桩+斜支撑组合支护结构的受力变形特性。结果表明,该组合支护结构能够通过支撑桩和排桩的合理布置,有效调动基坑内部土体抵抗荷载,协调基坑土体变形以及支护结构的变形。     

基坑工程安全的故障树分析方法研究

总结了基坑事故的引发原因,介绍了一种有效的可靠性分析方法——故障树分析法。应用故障树分析法对基坑排桩支护结构体系和放坡开挖体系进行研究,建立了排桩支护结构体系故障树和放坡开挖体系故障树,并通过定性分析,找出了它们的潜在破坏模式。通过对某放坡开挖工程实例的计算分析,说明了故障树分析法在基坑工程安全评价中应用的可行性。     

某基坑支护结构中双排桩的设计与应用北大核心CSCD

在工程实践中,基坑开挖深度越来越大,导致土体和周围建筑对于支护结构的变形要求较高,因此双排桩支护广泛应用于深基坑支护结构中。双排桩支护结构形式选择以及前后排桩的间距、桩顶点位移的控制、冠梁的大小等仍是设计的难点。结合合肥某基坑工程实例,运用有限元软件ABAQUS建立双排桩支护结构三维模型,通过有限元分析,研究了开挖深度、排距、结构形式等因素对双排桩受力与变形的影响,并将变形分析结果与实测结果进行比较,两者接近,实测位移量满足相关要求,施工过程证明该支护效果良好。     

微型群桩预支护高陡边坡模型试验研究

山区房建工程中常通过开挖边坡拓展用地空间,对于存在潜在滑动面的高边坡进行削坡处理会降低坡体安全系数,诱发滑坡灾害,造成财产与人员损失。开展微型群桩支护高边坡的物理模型试验,研究微型群桩在高陡边坡支护中的受力变形状态。试验结果表明:钢管微型群桩对高陡边坡的支护效果较好,未支护时坡体在削坡完成后沿预设滑面滑动破坏,采用微型群桩支护后削坡过程高边坡变形被有效抑制,坡体由不稳定状态提高至安全系数1.5。三排桩的受力分布规律相近,抗滑段土压力成倒三角分布,滑面以上20cm土体推力最为集中。由于第一排桩间无法形成有效土拱作用,第二排桩体受力明显,一至三排桩抗滑段的受力分配比例约为1.3∶2∶1。试验结果为山区高边坡的预支护设计提供了参考。     

某基坑支护结构中双排桩的设计与应用

在工程实践中,基坑开挖深度越来越大,导致土体和周围建筑对于支护结构的变形要求较高,因此双排桩支护广泛应用于深基坑支护结构中。双排桩支护结构形式选择以及前后排桩的间距、桩顶点位移的控制、冠梁的大小等仍是设计的难点。结合合肥某基坑工程实例,运用有限元软件ABAQUS建立双排桩支护结构三维模型,通过有限元分析,研究了开挖深度、排距、结构形式等因素对双排桩受力与变形的影响,并将变形分析结果与实测结果进行比较,两者接近,实测位移量满足相关要求,施工过程证明该支护效果良好。     

浅覆地层盾构开挖面被动破坏极限支护力及破坏模式研究

浅覆地层盾构掘进时支护力过大极易导致开挖面前方土体发生被动破坏,造成地表隆起。基于筒仓理论,通过优化传统三维楔形体模型,建立楔形块+倒棱台的土体被动破坏三维计算模型(修正三维楔形体模型),并推导被动极限支护力计算公式;对不同埋深下滑动破裂角β分析研究;采用有限元分析软件MIDAS-GTS对盾构隧道开挖面的被动破坏进行模拟,揭示被动破坏支护力变化规律及破坏模式。结果表明:本文研究计算模型更符合开挖面土体被动破坏模式;通过对破裂角β分析,解析土体被动破坏时其最优解30°左右;在浅覆盾构开挖面中,揭示S/(γD)受土体内摩擦角φ、埋深比K的影响,文中S/(γD)随内摩擦角φ的增大呈非线性增加,埋深比K越大,其幅度越明显;破坏模式分析中,K越小,土体位移变形对S/(γD)越敏感,越容易发生开挖面被动破坏;发生被动破坏时,土体纵向位移变形大于横向位移变形。     

水平分层土质条件下浅埋隧道掌子面支护稳定性研究

浅埋隧道由于具有埋深浅、开挖面大的特点,在开挖过程中遇到的土质分层情况往往比较复杂。隧道掌子面的稳定性会对隧道施工的安全产生重要影响。保证掌子面稳定性的关键在于如何确定合适的极限支护压力。因此对水平分层土质条件下掌子面的极限支护压力进行研究。首先,根据村山公式的对数螺旋线假设,建立了具有共同旋转中心的分层超前核心土旋转破坏模式。其次,依据覆盖层楔形破坏模式和前人模型试验结果,简化隧道覆盖层土体对掌子面的影响模型;同时,根据极限分析理论计算了土体的外部荷载功率和内能耗散功率。然后,建立引入支护压力的极限方程,推导出了保证浅埋隧道掌子面稳定的极限支护压力的计算公式。最后,为验证理论计算的准确性,将理论分析结果和Flac3D数值模拟结果进行了对比分析。以上理论为研究水平分层土质条件下浅埋隧道掌子面的支护稳定性提供了一定的理论指导。     

滑移孤石稳定性分析及失稳过程研究——以四川省马边县某孤石为例∗

停留在高陡山坡且部分埋入土体的大体积独立崩积物——孤石,在降雨和地震等不良地质情况下会发生失稳破坏并威胁坡脚居民的生命财产安全,独立滑移破坏为孤石的一种主要破坏形式。为了探究独立滑移孤石的滑移力学原理,分析土体物理力学参数对孤石滑移失稳的影响。基于库伦土压力理论,建立上部楔形体土压力计算模型、下部楔形体模型和左右土体模型,使用Mathematics软件分析模型公式中的抗剪强度、黏聚力和滑裂角等对土压力的影响,并使用Flac3D有限差分法分析滑移孤石的失稳过程。结果显示,上部土体所提供的下滑推力随着抗剪强度和黏聚力值的增大而呈减小趋势,下部土体模型能承受的孤石最大推力约19 kN,当孤石推力大于19 kN时,孤石下部土体将以29.22°的滑裂角滑出;下部土体所提供的抗滑力随着抗剪强度和黏聚力的增大而增大,有限差分法模拟得到了孤石以推动表层土体向临空面滑移的方式失稳。孤石周围土体的抗剪强度和黏聚力对孤石稳定性具有控制作用,降雨使抗剪强度和黏聚力降低是孤石滑移失稳的主要原因。     

库水位变化对库岸边坡稳定性影响研究

水库、河流等水位的变化对土石坝及边坡的稳定性有着重要的影响。水位上升时，边坡浸水部分的土体由于浸泡作用导致抗剪强度下降，从而可能诱发边坡失稳；水位下降时，由于坡体内孔隙水来不及排出而使坡体水位高于库水位，使潜在滑动面的抗滑能力降低，也可能诱发边坡失稳。分析了库水位变化引起库岸边坡失稳的原因及破坏形式，并以某水电工程库岸边坡作为工程实例，研究探讨该边坡在开挖前与开挖后水库水位变化过程中的稳定性。结果发现，库岸边坡在库水位上升过程中其稳定性有降低的趋势，而在库水位下降过程中其稳定性有增加的趋势。     

国内外能量桩技术标准对比分析与探讨

随着我国碳达峰、碳中和目标的提出,基于浅层地温能的能量桩技术受到工程技术人员的广泛关注,能量桩技术标准是相关技术推广应用的基石。对比中英法等国内外能量桩技术标准,从法规与合同责任、工程勘察、传热性能测试、换热管路、系统设计与计算五个方面探讨了能量桩技术标准的异同点,分析了各国技术标准内容中的不足之处,对于部分不足提出了完善方法,以期为我国能量桩技术的标准化发展与提升标准编制水平提供参考。通过对比分析发现,国内外能量桩技术标准的核心方面如传热性能测试、能量桩施工工艺参数、系统设计计算等内容均大同小异,其中英国能量桩技术标准涵盖的内容相对更为全面     

现浇X型混凝土桩的荷载传递机理初探

现浇X型混凝土桩技术是河海大学开发研制的用于地基加固处理的一项新技术。在模型试验的基础上,通过有限元方法研究了现浇X型混凝土桩的荷载传递机理,并与模型槽试验结果进行了对比,分析中考虑了桩和土之间的接触和土的非线性。通过数值分析,揭示了X型桩的截面形式对侧摩阻力分布、端阻力发挥的影响。计算结果表明,由于桩的泊松比效应,X型桩截面周边不同位置的侧阻力大小有所不同;X型桩中出现了类似于H型桩的"半封闭土塞",与圆截面桩相比,桩端附近的侧摩阻力有较明显的增加;X型桩的桩端承载力系数要小于圆截面桩的情况,体现了X型桩截面形状的影响。     

地基土特性变化对桩基抗震反应的影响

地震荷载作用下的桩基动力反应在工程设计中越来越受到重视。基于桩-土-结构整体动力有限元法,结合工程实例,建立有限元分析模型,设置粘弹性人工边界,研究水平地震荷载作用下地基土层特性变化对桩基抗震反应的影响。着重探讨了上软下硬和上硬下软两种土层分布情况下,软硬土层相对厚度及弹模比变化对桩基抗震反应的影响。结果显示:桩基和筏基交接处桩顶截面和软硬土层分界处的桩身截面均可能是内力最大截面,桩顶截面和软硬土分界处桩身截面都应是设计需考虑的控制性截面,地基土层特性变化对于桩基弯矩的影响较剪力的影响显著。     

长短桩复合地基承载力发挥系数取值研究

根据水泥土长短桩复合地基试验结果,得到了考虑荷载水平的水泥土长短桩复合地基承载力计算公式。然后,考虑复合地基中桩体、桩间土和复合地基沉降量之间的相互关系,利用现场载荷试验成果,对单桩复合地基和长短桩复合地基的桩间土承载力发挥系数和合理的s/b取值范围进行了对比研究,得到了长短桩复合地基桩间土承载力发挥系数的计算方法。结果表明:长短桩复合地基桩体先于桩间土出现破坏,桩体极限荷载点对应的复合地基s/b值为s/b的上限;当垫层模量Ec为100M Pa时,长短桩复合地基s/b上限为0.0034,对应的桩间土承载力发挥系数为0.29。     

地震作用下三维抗滑桩加固土质边坡稳定性分析∗

基于三维抗滑桩加固边坡稳定性极限分析法,采用拟静力法分别对水平地震作用和竖向地震作用下的三维抗滑桩加固边坡稳定性进行了分析,得到以下结论:在水平地震力作用下,边坡的三维效应(限制宽度B/H)对抗滑桩的最有效位置几乎没有影响,但在较大水平地震强度下,最有效的桩位置更靠近边坡顶部;竖向地震力方向向下时(kv0),竖向地震强度绝对值|kv|越大,边坡临界滑动面会变浅,坡顶的破坏区域变小,最有效的桩位置随宽高比B/H的减小而越来越远离坡顶,但当竖向地震力方向向上时(kv0),竖向地震强度绝对值|kv|越大,边坡临界滑动面会变深,坡顶的破坏区域变大,最有效的桩位置随宽高比B/H的减小而越来越接近坡顶,并且三维边坡的安全系数要远大于二维解。     

锥型组合桩竖向承载力模型试验研究北大核心CSCD

阶梯型变截面桩竖向承载力大,但其在变径处应力集中现象明显,限制了该桩型的适用范围,为减轻其在变径处的轴力突变,将水平变截面设置为一定倾角,形成锥型组合桩。为了摸清该新桩型的竖向承载性能,基于室内模型试验对锥型组合桩在竖向荷载作用下的力学响应进行测试,并与传统等截面桩、阶梯型桩进行对比,揭示锥型组合桩的竖向承载机理。模型试验依据相似理论进行设计,在试验中保持三种桩型的体积近似相等,竖向荷载采用分级加载,获取桩顶沉降曲线以及桩身轴力分布。研究结果表明:(1)等截面桩的竖向承载力最小,阶梯型桩的竖向承载力居中,锥型组合桩的竖向承载力最大;(2)等截面桩的轴力随深度增大近似线性减小,阶梯型桩在截面变小处轴力发生突变,产生应力集中,锥型组合桩在上下两个截面变化处轴力未发生显著突变,在下变截面处往下一定位置产生轴力极大值,轴力分布较为均衡;(3)等截面桩侧阻力占比随荷载增大急剧减小,阶梯型桩侧阻力占比随着荷载非线性变化,锥型组合桩侧阻力占比稳定在55%左右;(4)锥型组合桩既可以发挥阶梯型桩承载力大的优点,又可以克服阶梯型桩在变截面处的轴力突变问题,竖向承载力大于阶梯型桩,具有良好的工程应用价值。     

水泥土桩复合地基场地地震效应分析

将复合地基加固区视为均质体,采用课题组提出的基于Davidenkov骨架曲线的土体动弹塑性模型描述复合地基加固区和非加固区土体的动应力-应变关系,基于大型有限元软件ABAQUS的操作平台,开发了土体动粘弹塑性模型的子程序。选择南京某典型软弱场地为研究对象,采用ABAQUS软件进行了复合地基二维弹塑性地震反应分析,研究了输入地震动强度和频谱特性、水泥土桩加固宽度和深度、复合地基模量对复合地基场地地震效应的影响。结果表明:输入地震动强度和频谱特性对复合地基地震效应影响较大;复合地基加固区地表的峰值加速度反应较自由场的反应明显减小,而加固体区外侧地表的峰值加速度反应较之自由场的反应可能增大;复合地基地表的峰值加速度反应随着水泥土桩加固深度和复合模量的增加而减小,而与加固宽度无关。     

硅藻土地区桥梁灌注桩成孔测试研究∗

硅藻土作为一种特殊的黏性土,在分布上具有一定的区域性,目前针对该类型土的工程特性以及硅藻土地区灌注桩成孔方法的研究都较少。以杭绍台高铁项目为工程依托,为了研究硅藻土层中灌注桩的成孔方法,开展了灌注桩成孔方法现场试验;分别采用冲击锤锤击成孔、旋挖干钻成孔和旋挖泥浆护壁成孔三种方法进行施工,对三种方法的成孔质量进行分析对比。研究结果表明:在硅藻土地区施工灌注桩,旋挖干钻成孔工艺施工速度较快,效率高,桩长、桩径、桩位偏差和垂直度均能满足设计要求,成孔后孔壁稳定性好,成孔质量更为可靠;冲击锤法成孔,成孔速度较慢,且存在桩孔扩径现象;旋挖泥浆护壁法成孔后平稳性较差,波动性较大,且存在局部塌孔现象,成孔效果较差。因此建议硅藻土地段优先考虑采用旋挖干钻法施工桥梁灌注桩。     

多排抗滑桩治理工程的有限元设计计算与优化

在现行计算方法中,通常采用不平衡推力法等传统方法设计抗滑桩.尽管国内外岩土工程技术人员通过研究使传统算法取得了较大的进展,但仍有许多不完善的地方,特别对于多排抗滑桩治理工程的设计计算,传统方法更难胜任,而采用有限元强度折减法则能解决这些问题.通过文中工程实例的设计计算可以看出,由于有限元强度折减法可以充分考虑桩—土之间...     

拱形双排隔离桩对既有隧道的保护效果研究

采用隔离桩来保护邻近基坑的既有隧道是工程中常用方法,目前隔离桩平面排列形式多采用传统的矩形行列式。以杭州市某房建地下室基坑工程为例,提出由直线形排桩和弧形排桩组成的拱形双排隔离桩及相应的优化方案,采用ABAQUS有限元软件建立三维模型,研究了隔离桩中心距、桩半径、平面位置以及弧形排桩曲率半径等因素对隔离效果的影响,并与实测结果进行对比。结果表明:隧道衬砌总位移存在最大值和最小值,隧道衬砌总位移最大值点位于拱底,最小值点位于拱顶,隧道衬砌整体呈现出沉降的趋势。减小隔离桩中心距或增大隔离桩半径均可减小隧道衬砌的位移,拱形双排隔离桩的保护效果优于传统形式;将拱形双排隔离桩设在距基坑10 m处,并将弧形排桩设在隧道一侧更合理;弧形排桩曲率半径对隧道保护效果存在合理值;采用优化方案时隧道位移比原方案减小45.7%,隧道更趋于安全。