激振方式对旁孔透射波法检测既有工程桩的影响分析

对于既有工程桩,其顶面非裸露自由,常规低应变法难以有效检测其桩底深度,而旁孔透射波法则对此有着良好的应用前景。旁孔透射波法可以在桩侧采用竖向、斜向和水平横向敲击的激振方式。通过建立三维有限元模型,对既有工程桩在桩侧竖向、斜向下45°、水平向敲击下进行旁孔透射波法测试模拟分析。读取不同深度信号的首至波走时并进行分段线性拟合的结果表明:在桩侧竖向或斜向敲击时,主要是基于桩身一维P波信号进行分析;在桩侧水平向敲击时,应主要基于桩身的弯曲波信号进行测试。当地基土饱和时,桩身弯曲波波速与土的P波波速相差较小,采用现行的桩身和桩底土拟合直线交点法难以较为可靠地确定桩底深度,而采用在桩侧竖向或斜向敲击方式更为适宜。     

钻孔灌注桩的超声波透射法检测

大直径超长桩的桩身混凝土质量检测一直是困扰工程界的一个难题。本文提出和探讨了大直径超长桩桩身混凝土质量的超声波透射检测方法、技术及可靠程度。工程实践证明采用超声波透射法对大直径超长桩检测 ,其检测精度高 ,结果直观可靠 ,可以较详细查明桩身内部缺陷的性质、深度位置、范围大小及严重程度 ,为控制大直径超长桩桩身混凝土质量提供了一种有效的检测方法。     

被动双桩侧向土压力群桩效应的三维数值研究

被动桩侧向土压力的群桩效应是研究被动桩的重要问题。运用岩土数值计算程序FLAC3D,对土体沿深度发生均匀侧移,桩基两端简化为铰接的刚性双桩基础(桩中心连线与土体位移方向平行)进行研究。土体采用摩尔-库伦本构关系,桩基采用线弹性本构关系,桩土之间建立接触面。结果表明,在土位移增加的过程中,两桩侧向土压力均小于单桩,呈近桩大、远桩小。在浅层土体,加筋效应很小,但遮拦效应明显。在深层土体内,加筋和遮拦效应都很显著,p—δ曲线形状与单桩明显不同,在经历较短直线增长后,沿曲线增长至极限土压力,达到桩侧极限土压力所需的桩土相对位移量明显增加,当桩间距增长至6 D,群桩效应基本消失。最后与室内模型试验所得到的桩侧极限土压力群桩效应系数进行了对比分析。     

浆固碎石桩荷载传递特性试验与数值分析

通过室内模型试验,对浆固碎石桩这一新型桩基技术的承载性状、荷载传递特性进行了探讨。试验结果显示,浆固碎石桩极限承载力明显大于桩底注浆桩和素混凝土桩的极限承载力,说明浆固碎石桩中水泥砂浆胶结桩侧泥皮和桩底沉渣改善了桩侧摩阻和端阻能力。通过对模型桩P—S关系、桩端阻力Q_p—P关系的分析,初步了解了浆固碎石桩在竖向荷载作用下的承载性状,同时给出了浆固碎石桩的端阻力及侧摩阻力的提高系数。在此基础上,利用Flac~(3D)三维有限差分软件对模型试验进行计算分析,进一步研究浆固碎石柱的承载性状,揭示了模型桩受荷后的荷载传递规律。     

高速铁路采空区地基活化判据与工程实例分析∗

为探究高速铁路采空区地基活化问题,基于附加应力分析法,以引起叠加附加应力值等于 5% 岩土层自重应力的深度为附加应力影响深度,推导出高速铁路有砟轨道双线路堤段及路堑段在无列车、有列车情况下的附加应力影响深度计算公式,提出了以附加应力影响深度与垮落断裂带深度大小关系为依据的采空区地基活化判别标准,并分析了高速铁路采空区稳定性影响程度的评价标准。以沁水煤田太焦高速铁路为工程实例,研究结果表明： 高速铁路在采空区地基附加应力影响深度从大到小分别是列车交会、单车、无车;路堤段在采空区地基中附加应力影响深度大于路堑段;路堤段与路堑段在采空区地基中附加应力随深度衰减规律相同;随着路堤高度的增加,附加应力影响深度几乎成线性增加。     

强夯法加固夹砂粘土吹填场地的现场试验研究

江苏省连云港赣榆港区陆域采用航道和港池的疏浚土方吹填形成作业港区,吹填工艺以绞吸式疏浚为主,疏浚涉及土层为粘土和砂土,由此形成了粘土和砂土的混合土地基。为了提高地基承载力和均匀性,采用了强夯法对地基进行加固,但是目前对夹砂粘土地基强夯加固的理论和实践较少。为此,以砂夹粘土构成的混合土地基为对象,测试了多种能量单点夯击时的地基土夯沉量、孔压和夯坑周围土体强度等参数,探讨了强夯法加固该类地基的加固深度和水平影响范围。结果表明:对于该类地基而言,有效加固深度修正系数取0.35~0.5为宜;强夯过程中,孔压与强度的增长范围不对应,即孔压影响范围远大于强度影响范围。     

波流组合作用下钢板桩围堰的受力分析*

在涨落潮明显的河道中,如何在波流组合作用下确定钢板桩围堰的最小埋置深度,对钢板桩围堰的设计、施工具有重要的理论意义和实用价值。采用三维源汇分布法建立了大尺度结构物波浪力的数学计算模型,并叠加了通过《公路桥涵设计通用规范》相关公式得出的水流力,确定了围堰结构所承受的波流组合作用力。然后通过某实际工程的钢板桩围堰在"强流水、弱波浪"荷载组合和"强流水、强波浪"荷载组合下的围堰最小埋置深度的应用算例,验证了本文方法的可行性。最后讨论了波流组合作用与矩形围堰结构位移、转角的关系,并对影响围堰埋置深度的因素做了多参数分析,并得出了一些有益结论。     

海洋平台桩腿周围局部冲刷及其对基础承载力的影响∗

在海洋平台桩靴基础安装施工过程中,容易发生穿透现象而导致破坏。业界建议可通过在桩靴周边加设向上的袖结构来抑制贯入时周围土体的回流,从而缓解穿透破坏。但这种袖结构的存在会导致局部冲刷,形成的冲刷坑会减小桩靴有效埋深,进而影响其使用期的承载力。通过一系列水槽试验,探讨了不同形式桩腿的面积比、开孔率、来流角度等因素对于冲刷坑形状的影响,进而开展了考虑冲刷坑影响的桩靴基础承载力数值计算,并与忽略最大冲刷深度以上土体的传统模型、假设冲刷坑为倒圆台状的简化模型计算结果进行了对比。主要研究结果如下：（1）加设圆形袖结构的桩腿引起的冲刷深度要比方形袖结构桩腿小,建议工程中采用面积比较小的圆形袖结构来缓解穿透破坏;（2）桩腿的面积比、开孔率、来流角度等因素对冲刷坑形状都存在影响。最大冲刷深度随着开孔率的增大而减小,当开孔率较大时,冲刷现象近似于群桩冲刷,出现随着冲刷角度的增大冲刷深度先增大后减小的现象;（3）当考虑冲刷坑对于桩靴承载力的影响时,简化模型能够合理反映冲刷坑对于桩靴基础承载力的影响。     

饱和土中任意排列的排孔屏障对P波的多重散射

基于Biot饱和土波动理论,采用波函数展开法,对饱和土体中任意排列的排孔对P波的多重散射进行了理论求解,通过排孔-土体间应力、位移自由的边界条件,得到波函数展开后的待定复系数,由此确定屏障前后总波场的解。数值算例中考察了P波入射下饱和土体中周期性排列的排孔屏障前后无量纲位移幅值的变化情况,对影响屏蔽效果的主要几何参数如排孔间距、排距、数量、布置方式等进行了分析和讨论,得到了排孔的优化设计建议,为弹性波在饱和介质中的传播规律和屏障隔振提供理论计算依据。     

面波测试在汶川强震区土体损伤调查中的应用

汶川地震后,确定地震对岩土体扰动的范围和损伤程度,是预测震后次生山地灾害演化趋势,以及制定道路修复加固工程对策的重要依据。面波勘察是通过获取剪切波速变化情况,推断土体扰动范围的快捷手段。本文在位于汶川地震强震区的213国道都汶段内的2个边坡工点和3个路堤工点,布设6个测段进行了高精度面波浅层地震勘查。结果表明:①9度和10度地震烈度区土体扰动的深度无明显差别;②在汶川地震强震区,人工填筑的路堤工程所造成的强扰动区深度不小于5 m,自然土体造成的强扰动区深度为0~5 m;③路堤工程表面填、挖交界处的损伤明显。上述结论可供灾后道路修复工程设计中确定边坡加固深度和路堤翻挖深度时参考。     

爆破地震作用下桩-土-结构相互作用的数值模拟

土-结构动力相互作用是地震工程和结构抗震的重要研究内容,但目前对爆破地震作用下土-结构动力相互作用的研究较少。运用大型有限元软件ANSYS/LS-DYNA,建立了桩-土-结构相互作用体系的三维有限元模型,由桩尖输入实测爆破地震波,取得了良好的计算效果。计算结果表明:考虑桩-土-结构相互作用后,群桩基础中每个桩的位移、加速度和剪应力幅值均呈桩顶大、桩尖小的倒三角分布,桩与承台的接合部比较容易受到损坏;桩-土-结构相互作用体系在爆破地震波冲击后,还会发生几次振动,但是这些振动产生的影响要小于爆破地震产生的影响,这与实测结果相符合;爆破地震波冲击下,群桩基础中,角桩顶部表面的桩土接触压力较大,但在爆破地震波冲击后,中心桩顶部表面的桩土接触压力较大,且具有一定的周期性,直至衰减为零。     

变频规则波输入下直斜群桩动力响应对比试验研究

通过对2×2直斜群桩结构进行振动台模型相似比设计,围绕不同频率正弦波输入下的非液化砂土与饱和砂土中群桩-承台-上部结构体系开展横向动力响应特性试验研究。结果表明:①在输入相同频率正弦波情况下,无论是直桩群还是斜桩群,其位于饱和砂土中的动力响应放大倍数均大于相应非液化砂土工况下的放大系数,且直群桩的横向动力响应比斜群桩动力响应更显著;②随着输入波频率的增加,各试验工况的承台结构动力反应系数均有所增长,直桩群和斜桩群在饱和砂土工况中的加速度和位移的放大倍数增长较非液化砂土工况明显,直群桩比斜群桩增长显著。     

扩底桩抗拔承载特性数值分析

基于通用软件ABAQU S,建立了扩底抗拔桩三维弹塑性有限元模型,通过对模型的计算与分析,探讨了扩底桩的抗拔承载特性。为验证数值模型的可靠性,将数值计算得到的荷载—位移关系曲线与试桩资料进行比较,两者吻合较好,表明本文所建立的模型可较好地模拟扩底抗拔桩的工作性状。通过计算与分析,探讨了扩底抗拔桩的轴力、侧摩阻力分布特征,桩身和扩大头周围土体变形与塑性应变的发展规律,以及扩大头的挤压作用对扩大头周围土体竖向应力的影响。同时,通过变动参数研究了扩大头的形状、土体的性质对扩底桩抗拔承载力的影响,结果表明,扩大头直径和扩大头周围土体的性质对抗拔承载力的影响较大,而扩底高度的影响相对较小。     

路堤荷载下水泥土桩复合地基沉降理论计算

基于路堤荷载下桩土非等应变条件和考虑了桩土相互作用、桩间土竖向与径向位移、桩土侧面产生相对滑移以及桩侧产生负摩阻力等特点的复合地基桩间土竖向变形模式,推导了水泥土桩复合地基桩间土沉降的理论计算公式,并以桩土单元体范围内的桩间土平均沉降值作为复合地基沉降,进一步推导了水泥土桩复合地基总沉降量、下卧层压缩变形量的理论计算表达式(两者之差即为加固区压缩变形量)。理论分析表明,复合地基加固区压缩量小于同深度天然地基压缩量,复合地基下卧层压缩量小于天然地基下卧层压缩量,复合地基总沉降量小于天然地基总沉降量。同时,理论计算结果与有限元计算结果以及现场实测结果三者比较一致。     

桩基缺陷偏心的二维效应分析

桩基低应变动测中经常会遇到桩身缺陷偏于一边的情况。对此 ,不同的检测人员可能会给出有一定差异的检测结果 ,这给有关部门对缺陷桩的定性以及决策带来不便。本文针对桩基低应变动测中可能遇到的桩身缺陷偏心问题 ,采用二维波动有限元方法进行数值模拟分析 ,研究桩身缺陷偏心的二维效应 ,分析缺陷偏心时桩顶各部位振动信号的差异 ,探讨对缺陷偏心桩在现场检测中应注意的问题。     

风浪流共同作用下海上风电基础与海床的动力响应分析

我国近海风资源丰富,但由于海洋环境条件的复杂性,开发利用近海风资源的规模和效益受到很大的制约;而风、波浪和海流等作为近海主要环境荷载对近海风机的正常运行起到决定性作用。采用谐波叠加法模拟得到近海风电场的风荷载时程,利用Morison方程和非线性波浪理论推导了波浪荷载和波流荷载的计算公式,最后根据Turkstra准则将风浪流荷载进行叠加组合,建立风浪流荷载共同作用下海上风电基础与海床动力相互作用的三维有限元计算模型。基于此模型,针对不同荷载组合条件下风机塔筒的水平位移、竖向应力以及基础的水平位移、桩身弯矩、桩身剪力等进行了动力分析,同时对风浪流荷载共同作用下桩基础周围海床的超孔隙水压力响应进行了计算分析,讨论了不同的荷载参数对海床超孔隙水压力的影响。结果表明:风荷载对风机塔筒顶端水平位移、塔底应力影响较大,波流荷载对风机基础顶端水平位移、桩身弯矩、桩身剪力影响较大,而波浪荷载则对海床孔隙水压力影响较大。可取最大风荷载和最大波流荷载叠加波浪荷载时程的组合为最不利组合方式。     

刚性桩复合地基地震响应的拟静力简化计算方法

刚性桩复合地基在建筑结构中已得到广泛应用,但对其地震作用下的动力响应研究还不够充分。采用上海市《建筑抗震设计规程》8度罕遇地震的规范标准反应谱拟合生成人工地震波,以软土场地中的某10层钢筋混凝土框架结构为对象,将土体自由场变形和上部结构惯性力对桩身内力的影响分开考虑,提出一种拟静力简化计算方法,分析刚性桩复合地基的地震响应。并建立刚性桩复合地基-筏板-上部结构体系整体有限元模型,利用数值方法进行动力时程分析,验证了拟静力方法的合理性。进一步分别计算了自由场位移对桩基的作用、刚性桩复合地基-筏板-上部结构体系整体地震响应以及桩筏基础地震响应。结果表明:拟静力方法与数值方法较为吻合,复合地基的桩身内力和筏板底加速度峰值均小于桩筏基础,褥垫层对地震波具有滤过作用,显著减轻了地震的作用效应。     

土-桩-框架结构非线性相互作用的精细数值模型及其验证

利用有限元软件ABAQUS,建立了土-桩-框架结构非线性相互作用(SSI)的二维精细有限元模型,分别采用记忆型粘塑性嵌套面模型和损伤塑性模型模拟土体和混凝土材料,采用梁单元和rebar单元模拟RC桩基及其内部纵筋,采用接触面对法模拟桩土接触效应,取得了良好的计算效果。将自由场、框架、土-桩-框架结构模型的分析结果和其它成熟的计算软件进行对比,验证了数值模型的有效性。分析发现:桩基外侧靠近承台处的土体的非线性反应很强烈,而桩基内部土体的非线性反应较小,很大程度上只是跟随群桩一起运动。由于桩土动力接触,桩顶的加速度反应可能超出上部结构,并且桩顶的加速度时程曲线上有非常明显的"针"状突变。随着地震动强度的增加,上部框架逐渐表现出单自由度体系的动力特征,加速度反应谱有从多个波峰退化为单一波峰的趋势。     

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。     

SMW围护结构的深基坑隆起变形有限元分析

影响基坑基底隆起的因素存在极大的模糊性和随机性,基底隆起变形量的计算是一个复杂的非线性过程,而采用有限元法对基坑基底隆起变形量进行分析是个有效的途径。本文以上海某深基坑为例,基于ABAQU S软件对该基坑基底隆起变形量进行有限元分析。研究表明,基底隆起最大变形量发生在离基坑侧壁约以SMW围护桩入土深度为半径的圆内侧。本文将为基坑隆起问题的定量研究提供有价值的参考。