土体侧移作用下桩基侧向土压力的群桩效应∗

当前工程建设中受土体侧移作用影响的桩基问题越来越突出,桩侧土压力是桩?土相互作用研究中的重要问题,并且受群桩效应影响很大,运用岩土数值计算程序 FLAC3D ,针对粘土饱和不排水情况进行了平面应变数值模拟研究,土体采用摩尔?库伦理想弹塑性本构关系,桩基采用线弹性本构关系,桩?土之间建立接触面。研究结果表明,桩周粘结力对桩侧极限土压力有明显影响,达到桩侧极限土压力所需要的桩土相对位移随 E/Cu 的增大而减小。单排桩时,随着桩间距增大桩土荷载分担比降低,桩侧极限土压力值增大,达到极限土压力时所需要的桩土相对位移增大。双排桩时,当桩间距大约为 2D 时加筋和遮拦效应影响范围比较小,然后随桩间距增大加筋和遮拦效应影响范围增大,而排间距的增大会使遮拦和加筋作用降低,当排间距大于 6D 后遮拦和加筋效应基本消失,桩间距和排间距的增大都使达到桩侧极限土压力所需要的桩土相对位移量增大,并将计算结果与先前学者试验结果进行了对比与分析,具有较好的一致性并有所发展。     

桩顶约束下桥梁大直径能量桩热力响应现场试验北大核心CSCD

能量桩是一种绿色新技术,符合工程建设节能减排与绿色发展理念。为了研究大直径能量桩的热力学特性及结构响应,依托河南省三门峡灵宝市国道310底董桥台2×2群桩基础,在大直径灌注桩内埋设换热管形成能量桩。开展了无荷载夏季工况能量桩热响应现场试验,实测能量桩运行期间出、入水口温度、应力、回温后残余温度、温度变化量-热致应力/轴力关系、桩顶位移等变化规律。试验结果表明:三组不同流速试验下,流速增大,桩身温度、应力有小幅增大;停止试验后回温5 d后残余温度仍有16%~28%,7 d后回温残余温度约11%~17%;桩身最大应力约为3.5 MPa;能量桩桩顶累积变形-0.98 mm(约仅为桩径的0.81‰);桩顶在单桩无荷载、无荷载承台群桩约束、单桩逐级加载、恒载承台群桩约束的不同条件下,K值分别为28.6%、37.8%、43.2%和71.4%;试验流速为0.6、0.8 m/s,每平米桩-土接触面积换热量q分别是0.4 m/s流速下q的53%和128%。     

砼芯水泥土搅拌桩基坑支护的有限元分析

砼芯水泥土搅拌桩支护方法异于常用的支护方法,没有现成的经验可借鉴,用普通的近似方法分析和设计有较大难度。为了准确了解基坑支护结构的变形情况,确保工程安全,也为了便于该新型支护方法的推广,对该基坑支护形式进行了二维有限元分析。有限元分析中采用理想弹塑性模型,考虑了支护结构和土体之间的相互作用,并将计算结果与普通的近似方法计算结果进行了比较,发现用普通近似方法进行设计存在一定的安全隐患。对砼芯水泥土搅拌桩支护设计涉及到的水泥土桩长、方桩桩长、岩土的弹模、桩间距等关键参数进行了分析和讨论,最后对砼芯水泥土搅拌桩支护设计提出了可行建议。     

软土场地路堤-加筋碎石桩复合地基工作状态分析

软土场地碎石桩因具备桩体侧向变形大、超孔隙水压力消散慢的问题,导致出现基础沉降大、土体固结排水速度慢等工程病害。路堤下采用加筋碎石桩复合地基是处理软土场地的主流方法。本文采用二维有限元方法,建立考虑路堤填筑过程的软土场地路堤-加筋碎石桩复合地基数值模型,探讨了加筋碎石桩复合地基承载力的影响因素。基于达西定律和比奥固结理论,分析高地下水位场地条件下加筋体刚度和桩数对加筋碎石桩复合地基工作状态的影响规律。研究表明:增大褥垫层厚度和减小褥垫层模量均能够提高桩土应力比,改善桩顶应力集中的问题。与传统碎石桩相比,高地下水位条件下加筋碎石桩复合地基中超孔隙水压力消散速率快,桩数增加可以有效提高复合地基排水速率。     

堤防水泥土搅拌桩复合地基稳定分析及应用研究

提出将水泥搅拌桩运用于堤防工程的地基加固,以提高堤防工程的稳定性。分析了水泥搅拌桩的作用机理和水泥土搅拌桩复合地基承载特点,采用面积加权法计算复合土层的抗剪强度,在此基础上进行了复合地基堤防整体稳定计算。结合某河道整治工程实例,探讨了堤防地基水泥搅拌桩的加固效果,评价了不同工况下堤防的稳定性。研究表明,采用水泥搅拌桩加固堤防地基,可以有效提高地基的承载力和堤防的稳定性,且施工快捷,运用效果较好,可为类似工程提供参考。     

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。     

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。     

地基土层与含水率变化对湿喷桩成桩质量的影响

利用自行研制的模型试验系统,开展了土层性质及含水率变化对湿喷桩强度影响的定量研究。通过对不同土层及含水率的湿喷桩无侧限抗压强度测试数据的对比分析,发现粘土层中湿喷桩强度高于粉土层中湿喷桩的强度。其主要原因是粘土层中水泥浆液与土体颗粒和水体发生了更强的离子交换和团粒化作用及硬凝反应;地基土层含水率对湿喷桩强度有着显著的影响,且存在一最优含水率,在该含水率下,湿喷桩强度显著提高。     

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。     

桩端约束对桩身热力学特性影响的模拟分析

能量桩是一种在传递上部建筑荷载的同时承担地热能源传热器作用的新技术。实际运行过程中,桩身温度发生变化导致桩体膨胀或收缩;桩周及桩端土体对桩身的自由膨胀约束作用,使桩体内会产生附加应力。基于模型试验和数值模拟方法,开展冷-热温度循环荷载作用下桩基在不同桩端约束条件下的桩身应力和位移特性研究。结果表明,温度荷载作用下桩体最大应力出现在桩身中部;加热阶段桩端约束对桩身应力分布影响比制冷时大;桩身位移变化规律受温度与桩端约束的共同影响,温度变化量增加,桩身上部位移变化量变大,下部位移受影响较小。     

地下连续墙黏性土夹砂层槽壁稳定性分析∗

为了探讨地下连续墙黏性土夹砂层泥浆槽壁局部稳定性问题，建立稳定性分析力学模型，对槽壁夹砂层土体单元应力状态进行分析。基于朗肯极限平衡原理，提出泥浆槽壁局部稳定性系数计算方法。通过算例分析可知：（1）开挖将导致槽壁夹砂层土体单元产生负孔隙水压力，局部稳定性系数将会随负孔隙水压力的消散逐渐降低。（2）局部稳定性系数随相关因素的变化规律：地面超载每增大10 kPa，稳定性系数降低7%左右；泥浆重度每增大0.5 kN/m³，稳定性系数提高13%左右；有效内摩擦角每增大3°，稳定性系数提高11.5%左右；局部稳定性系数随地下水位埋深的增大而增大，但增幅逐渐减小；随泥浆液面深度的增大而减小，且降幅逐渐增大。     

被动桩-土相互作用的简化分析

首先简要地分析了地面堆载作用下处于被动状态下的桩及桩侧土的反应,基于桩和土的变形协调条件,确定了桩侧土压力表达式。在此基础上,建立了桩身挠曲的控制微分方程,并联合采用非线性p y关系曲线与有限差分法进行求解。通过算例分析,验证了所建议分析方法的合理性和实用性。最后对影响被动桩—土相互作用体系工作性能的各种因素进行了系统的对比计算与分析。     

钢管混凝土组合柱在标准火与真实火中的行为比较

以实际工程中常用的钢管混凝土组合柱为研究对象,通过ABAQU S大型有限元软件模拟钢管混凝土组合柱在标准火和真实火中的截面温度分布、应力、变形、破坏形态、耐火极限等力学行为。其中标准火选用ISO-834标准火模型,真实火采用欧洲规范Eurocode 1 Part 1-2中的参数火模型来近似模拟真实火灾的温度—时间关系。研究发现,钢管混凝土柱在两种火场环境中的行为差异很大,真实火中的冷却过程对钢管混凝土的破坏起重要的影响。基于本研究,还初步得到火灾过程中环境温度的升温速度、柱火灾荷载比等对钢管混凝土组合柱的抗火性能的影响。     

软土地下建筑物的地震响应及动力可靠性分析

在软土室内动力试验和有限元有效应力动力反应分析方法的基础上,引进可靠度理论,提出软土地下建筑物抗震稳定可靠性分析方法,对上海地铁一号线位于砂性土层及粘性土层这两种典型地质条件下的地铁车站及区间隧道的抗震稳定性进行了计算分析。计算中选用国内外6条强震地震记录曲线作为地震输入,计算分析内容包括:隧道、地铁车站、周围土体及注浆材料的动应力、孔隙水压力和震陷;地铁车站和周围土体的动力可靠度。所得结论可为软土地下建筑物抗震设计提供参考依据。     

碎石桩处理液化地基抗液化研究现状及存在问题

就目前国内外碎石桩处理液化地基抗液化理论、动力分析以及液化判别等方面的研究作简要的归纳和评述。在加固机理研究方面,主要认为碎石加固砂土有以下几种作用:(1)挤密作用;(2)振密作用;(3)排水减压作用;(4)预震作用;(5)加筋作用。其次,在理论研究方面如排水效应和桩体效应方面的研究也取得了长足进展,已经从总应力法深入到有效应力法,从只对孔压的研究发展到对水土共同作用的研究。并且随着计算机的发展,数值计算为复杂条件下的问题解答开辟了一个新的途径,现在已经可以模拟地震时土体的变形和孔压变化情况。但是在碎石桩处理液化地基的判别标准研究方面发展较慢。最后,对高速公路碎石桩复合地基抗液化研究方面的一些不足之处提出了解决的思路,主要包括:(1)上部荷载对复合地基的影响;(2)碎石桩处理深度设计时应考虑的影响因素;(3)碎石桩加固区与周围环境的相互作用;(4)考虑碎石桩排水、应力集中和附加应力共同影响下的液化判别标准。     

多高层钢结构耐火性能的子结构分析模型与分析方法

基于整体钢结构在局部火灾下的反应规律,将高层钢结构的初始倒塌破坏类型进行了分类(中间柱初始倒塌、边柱初始倒塌以及梁柱同时倒塌),根据整体结构约束影响和荷载影响,提出局部火灾下多高层钢结构耐火性能分析的相应子结构分析模型及其分析方法。子结构模型的边界充分考虑周围约束的影响,尤其是周围梁和上层柱构件以及层数的影响。针对不同类型的子结构模型,通过建立相应的具体子结构有限元模型,合理考虑边界条件的影响。最后基于建立的数值模型,研究了子结构的火灾反应规律与破坏机理,并与整体结构的分析结果进行了比较,结果表明:子结构分析模型与分析方法可以合理准确地分析整体结构的耐火性能。     

非塑性细粒粒径与含量对饱和砂类土强度的影响∗

松散状态下的饱和砂类土受剪切后出现静态液化现象,且受到细粒含量、颗粒级配、固结围压等因素的影响。而目前对于中密状态下砂类土的相关研究鲜有报道,特别对于细粒粒径的影响研究尚少。采用福建标准砂与三种不同粒径的石英粉进行混合,开展了一系列三轴不排水压缩试验。试验中保持所有土样的相对密度相同,相对密度控制为 50%,同时还考虑了细粒含量(FC = 10%,20%,30%)、围压(50,100,200 kPa)等因素的影响。试验结果表明:相同细粒含量下随着标准砂平均粒径与石英粉平均粒径比 R_d的增大(Rd = 10~65.76),最大孔隙比和最小孔隙比均有增大趋势;在细粒含量较低时(FC = 10% 和 20%),峰值偏应力随着 R_d的增大呈现近似线性递减关系,而在细粒含量较高时(FC =30%),峰值偏应力在 R_d达到某个临界值迅速下降,而后基本保持不变或者缓慢下降;中等密实状态的砂类土在高细粒含量的情况下可发生静态液化,且平均粒径比 R_d越大静态液化越容易发生,因此,评估饱和砂类土的强度需要考虑非塑性细粒粒径的不利影响。     

FRP加固震损RC柱建模方法及骨架模型研究

为研究震损RC柱采用FRP(Fiber Reinforced Polymer,FRP)加固修复后的抗震性能,本文基于OpenSees仿真平台,根据震后RC柱的表观损伤状态提出FRP加固震损RC柱的有限元模型建立方法。对FRP加固震损RC柱进行5120种工况的Pushover分析,采用三折线荷载-位移骨架曲线,研究损伤状态对骨架曲线特征点参数的影响规律,并通过数据回归分析提出FRP加固震损RC柱的骨架曲线计算模型。分析结果表明:损伤会降低FRP加固RC柱的承载力及刚度,且降低程度随损伤指数的增大而增加,两者近似成抛物线关系;在DS-5损伤状态下,相比于FRP加固完好RC柱,FRP加固震损RC柱的屈服承载力P y、峰值承载力P c、弹性刚度K 1、弹塑性刚度K 2及下降段刚度K 3的均值下降17.9%、14.5%、41.8%、43.1%和19.9%;损伤对FRP加固RC柱弹性刚度和弹塑性刚度的降低程度明显高于屈服承载力和峰值承载力;文中提出的FRP加固震损RC柱骨架曲线计算模型具有较高精度。     

混凝土轴压方柱满足目标抗火可靠指标的建议截面

对混凝土轴压柱抗火计算所用荷载比与其常温设计荷载比的换算关系进行了推导和分析,分别针对耐火等级一级和二级情况下的柱耐火极限要求,给出了四面受火轴压方柱满足目标抗火可靠指标的最小截面取值。研究表明:①常温设计荷载比大致为抗火计算所用荷载比的2～5倍,一般混凝土柱可近似取2.5倍;②荷载比小于0.2时,现行规范给出的300mm×300mm截面柱,在抗火可靠指标不小于目标抗火可靠指标的情况下可以满足二级耐火要求;③荷载比和耐火等级是影响轴压柱最小截面取值的主要因素。     

渗流场对地铁隧道沉降与受力影响的流固耦合分析

地下水问题是富水地层地下结构设计与施工中普遍存在的问题。为探讨地下水流动对软岩地铁隧道的稳定性及衬砌支护受力的影响,根据流固耦合理论,采用三维快速拉格朗日有限差分方法,在不同地下水位及排水边界条件下,对开挖后洞室周边场地位移、应力场、孔隙水压力的分布情况进行了综合分析。结果显示,由渗流引起的渗透力一定程度上会增加隧道周边场地变形及衬砌应力。从围岩-支护结构共同作用的原理出发,验证了隧道开挖与支护结构设计时需要考虑渗流效应,反映了地下水确实对隧道稳定性有着重要影响。