建筑荷载下桩-土作用机理与数值模拟

桩-土间相互作用机理的研究是保证桩基础在建筑荷载下安全稳定的关键。本文在分析建筑荷载下桩-土间相互作用机理的基础上,利用有限元分析软件对桩在建筑荷载作用下桩-土之间相互作用方式进行了有限元数值模拟研究,采用弹簧单元以及表面效应单元模拟土层对桩的作用力,建立了完整的桩-土作用模型,并得到了在建筑荷载和土层作用力下桩的位移量及其轴向应力分布。该研究可为建筑基础设计提供理论依据。     

软土基坑采用双排桩-锚索复合支护结构的工作性状测试与模拟

在分析双排桩工作机理的基础上,通过现场测试获取了悬臂双排桩和带锚双排桩在不同深度处的水平位移,为进一步了解连梁刚度和排距对双排桩支护结构的影响效果,采用PLAXIS有限元软件对双排桩支护结构的性能进行了数值模拟与分析。结果表明:双排桩支护结构能有效地控制基坑侧向变形,通过锚索能够进一步减小双排支护桩的水平位移;提高桩顶连梁的高度可以减小前、后排桩的水平位移,但当连梁高度增加到一定程度后对桩身水平位移的限制作用不再明显增加;双排桩之间排距的变化直接影响桩体水平位移,且存在位移控制效果最优的排距。     

基于岩土工程原位测试技术的桩基水平承载力分析

软土地区的高速公路与高层建筑经常选用桩基作为其基础,桩基础的水平承载特性对建(构)筑物的稳定性有着重要影响。为分析桩基础在水平荷载作用下的承载力特性,在传统的桩基p-y曲线计算方法的基础上,提出利用岩土工程原位测试数据计算桩基p-y曲线的方法,对现场两根钻孔灌注桩进行载荷试验与有限元模拟,并将基于岩土工程原位测试技术的桩基p-y曲线法计算结果与传统的Matlock桩基p-y曲线法计算结果进行对比分析。结果表明:基于岩土工程原位测试技术的桩基p-y曲线法可计算水平荷载下桩身水平位移、桩身截面弯矩和桩侧土体抗力;不同土层深度处得到的桩基p-y曲线与有限元模拟结果吻合较好,验证了本文所提出的方法的可靠性和适用性。基于岩土工程原位测试技术的桩基水平承载力评价方法可借助原位测试技术获得准确、可靠的土性参数,避免了原位取样、载荷试验所需的高额费用,为桩基水平承载特性研究提供了新的思路。     

武汉某深基坑工程变形数值模拟与现场监测的对比分析

为保证深基坑工程的稳定性和安全性,掌握深基坑支护结构及土体的变形规律尤为重要。以武汉某深基坑工程为研究背景,利用MIDAS/GTS三维有限元软件对基坑开挖过程中三种工况下基坑支护桩水平位移、基坑土体水平位移及基坑外地表土体沉降变形特征进行了数值模拟,并与现场实际监测数据进行了对比分析。结果表明:随着基坑开挖深度的增加,基坑支护桩水平位移、基坑土体水平位移、基坑外地表土体沉降量越来越大,需要在施工过程中注意及时处理;模拟曲线与现场实际监测曲线的形状和变形趋势基本吻合,验证了数值模拟结果的合理性,对类似基坑工程的设计和施工具有一定的参考价值。     

桩周土体物理力学性质对滑坡抗滑桩桩间距的影响

抗滑桩加固是滑坡防治的主要工程措施之一,桩周土体物理力学性质对桩-土相互作用有较大影响,进而影响抗滑桩桩间距的确定。基于抗滑桩最小桩间距的计算方法,通过解析法分析了桩周土体物理力学性质对土拱强度条件和桩-土相互作用平衡条件的影响,并利用数值模拟方法研究了桩周土体物理力学性质改变后对抗滑桩桩后滑坡推力分布形式的影响;针对部分渣土边坡中土体物理力学性质较差导致抗滑桩桩间距较小的问题,提出了渣土边坡堆积过程中在抗滑桩设桩处周围填筑改良土体的方法来优化抗滑桩的最小桩间距,并对填筑土体类型、填筑范围和填筑深度进行了研究;讨论了桩周土体物理力学性质对抗滑桩最大桩间距的影响,并将其影响结果与桩周土体物理力学性质对抗滑桩最小桩间距的影响结果进行对比,分析了桩周土体物理力学性质对抗滑桩最小和最大两种桩间距影响效果不同的原因。以深圳某渣土边坡为例验证了在桩周填筑改良土体优化抗滑桩最小桩间距的方法,结果表明该方法在不增加施工成本和施工难度的基础上优化了抗滑桩的最小桩间距,可达到节省渣土边坡治理成本的目的。     

浅水非线性长波演化的高精度模拟

波-波相互作用引起不同频率波浪之间的能量交换,在浅水非线性效应更为明显。波浪演化经历非稳态与稳态过程,为了精确模拟这一过程,要求水波模型具有足够高的线性与非线性精度。基于一组具有良好色散性和非线性的双层Boussinesq水波方程,在非交错网格下建立了数值模型,模型采用混合4阶Adams-Bashforth-Moulton格式的时间步进。为了模拟造波板运动产生的波浪,数值模型中选用了适合该模型的两点造波,并在首个周期内边界两点波浪乘以从0到1缓变的正弦函数。模型计算了水槽中非线性长波的演化过程,将固定点的波面位移、不同频率的波幅和物理模型试验结果进行了比较,二者与试验结果的吻合程度均较高。最后模拟了不同波幅下的波浪演化,分析了再现长度随波幅的变化。研究表明,波浪近似线性时再现长度与理论解析基本吻合,伴随波浪非线性增强,再现长度呈现非线性减少。     

管-土相互作用模型试验的尺寸效应及可靠性分析

为了分析北京地区粉质黏土场地中管-土相互作用土弹簧模型参数,进行了一系列管土相互作用试验。由于人力、经费、场地等原因,模型箱尺寸无法取到无限大,模型箱的尺寸效应有可能使试验数据出现一定偏差。为了检验已开展模型试验结果的可靠性,基于ABAQUS有限元软件进行了数值仿真,探讨了土体的破坏模式,研究了管-土相互作用试验的尺寸效应,并得到如下结论:土体破坏模式可分为深埋和浅埋两种破坏模式;模型箱下方和后方边界对试验结果影响较小,当深径比大于6时,前方边界开始对试验结果产生影响。最后,分析和修正了试验结果并对类似试验中的模型箱尺寸选取给出了建议。     

高速铁路桩网结构路基沉降变形数值模拟分析

本文以武广高速铁路乐昌段路基工程为依托,利用有限差分软件FLAC3D建立了数值模型,构造出作用于路基表面的列车荷载函数,并对该路基工程桩土应力分布、桩土沉降特征及路堤等沉面与桩间距、桩径等参数的关系进行了数值模拟计算与分析.结果表明:在桩体打穿软土层的情况下,桩土应力比主要由桩间距决定,且桩间距越大,桩土应力比也越大;桩间距越大,桩土差异沉降也越大;等沉面的高度约为桩间距的1.5～1.7倍.该研究可为高速铁路桩网结构路基的设计提供参考.     

大直径桩端阻力面积修正系数研究

桩端阻力和桩端直径呈非线性关系,随着桩端直径的增加而逐渐减小。本文根据线弹性理论和非线性弹性理论分别求得大直径灌注桩桩端阻力的面积修正系数的上限解和下限解,得到了桩端土承载力标准值与桩端直径的非线性关系和桩端土承载力面积修正系数与桩端直径的非线性关系。与现行建筑桩基技术规范相比,当桩径 0．80～3．00 m时,规范给定的面积修正系数稍大于理论上限值,其它桩径范围的桩端面积修正系数均在理论值的上、下限范围。当桩径0．80～2．00 m时,按规范给定的面积修正系数修正后的承载力标准值稍大于理论上限值, 其它桩径范围按规范修正后的桩端土承载力标准值均在理论值的上、下限范围。     

氨氧化菌对填埋场CH_4协同氧化及铵抑制作用的研究

借助乙炔(C2H2)抑制和添加外源铵盐,采用批式培养试验,在初始CH4浓度为16%的条件下模拟填埋场高CH4浓度环境,通过分析样品中氨氧化菌对CH4氧化的贡献率及铵对CH4氧化的抑制率,研究了填埋场覆盖土、矿化垃圾、砂土和黏土中氨氧化菌对CH4协同氧化及铵抑制作用.结果表明:4种供试样品中氨氧化菌对CH4氧化的贡献率在5.64%~16.24%之间,次序为砂土黏土覆盖土矿化垃圾,覆盖土中的贡献率为14.90%,比矿化垃圾低8.25%,填埋场样品(矿化垃圾和覆盖土)是一般土壤(砂土和黏土)的1.8~10.9倍.铵对CH4氧化过程的抑制率在11.90%~24.84%之间,次序为砂土黏土覆盖土矿化垃圾,覆盖土中为23.21%,比矿化垃圾低6.56%,填埋场样品是一般土壤的0.9~2.1倍.填埋场样品中氨氧化菌对CH4氧化的贡献率及铵对CH4氧化的抑制率明显高于一般土壤.     

大型基坑复合土钉支护结构的数值模拟与分析

随着城市发展和建设,大型深基坑工程越来越多,受场地空间限制,在基坑设计与施工过程中,支护结构内力的变化、基坑周围地层的沉降以及周围环境的影响已成为评价基坑稳定的关键因素.本文基于FLAC3D软件,以邯郸天琴大厦深基坑工程为例,对该基坑复合钉支护结构进行了数值模拟,研究了复合土钉支护下边坡的变形与沉降、基坑开挖时塑性区的分布以及支护构件的力学特性变化规律.结果表明:土体的沉降影响范围和水平位移都与基坑开挖深度成一定的比例关系;通过基坑复合土钉支护结构的轴力与剪切变化特征分析,可推算出失稳区域的发生位置与形状.将数值模拟结果与实际监测数据进行对比分析,从而验证了模拟结果的可靠性,对基坑工程的设计与施工具有重要的参考价值.     

船舶撞击下10 MW单桩基础风机动力响应特性分析

目的 探究风机在遭遇船舶撞击时的动力响应,以及不同工况下的失效模式。方法 采用 SACS 软件,建立DTU 10MW单桩基础风机的动力分析模型,并利用p-y曲线模拟桩土相互作用,计算不同撞击速度、撞击角度、风载方向作用下海上风机的动态响应,探究风机在停机工况和运行工况下的失效模式。结果 风机受风载作用时,最大机舱加速度和塔顶最大位移分别较无风载时增加了8.5%、68.1%。以5 000 t撞击船为例,风机在停机状态下,撞击速度超过2.13 m/s时,风机面临因机舱故障而引发的失效;风机在运行状态下,撞击速度超过1.88 m/s时,风机面临因挠度超过最大允许值而引发的失效。结论 有、无风载时,机舱加速度响应的差异不明显,而有风载时的塔顶位移较无风载时增长明显。根据风机在停机工况和运行工况下的失效模式,提出了相应的船舶撞击速度临界值。     

水位波动对双岩性土层中苯系物运移规律的影响

以苯和甲苯为研究对象,构造双岩性土柱I(砂土-粉土-砂土)和单岩性土柱II(砂土),模拟水位波动、土层介质对苯系物运移的影响。结果表明:水位波动前苯多集聚在粉土夹层上界面,水位波动后下界面苯浓度升高了27.04倍,水位波动有助于苯的垂向运移。波动周期内,苯和甲苯在夹层界面处浓度变化趋势一致,但两者浓度峰值出现阶段不同,且甲苯穿透夹层的浓度小于苯,仅为苯的17.55%。在柱I粉土夹层下界面与柱II相同位置,水位下降时,苯的浓度变化趋势相反;波动周期内,柱I中苯浓度变化速率的改变幅度小于柱II,其受水位波动影响较小。由此,苯系物在不同条件下的运移特征,可为土壤和地下水污染的精准修复和防治提供技术支持。     

双向地震作用下填充墙框架结构反应分析

填充墙框架结构是普遍存在的结构形式,在结构抗震性能分析中填充墙倒塌以及结构整体的抗倒塌能力是需要研究的首要问题.本文介绍了可模拟填充墙平面内外相互作用的五撑杆模型,利用试验结果验证所使用的五撑杆模型模拟填充墙是有效的,最后基于校准后的数值分析模型,利用OpenSees软件,分别考虑双向地震动与单向地震动情况下,对某钢筋...     

基于PFC对含断续节理岩质边坡静力荷载下破坏形式的研究

在含断续节理岩质边坡的破坏中,阶梯状破坏尤其显著,是一种常见的失稳破坏形式。借助二维颗粒流软件(PFC2D5.0)进行简单地质结构模型下的边坡数值模拟,通过采用PFC软件中的人工合成岩体技术,研究了7种不同组合形式下含断续节理岩质边坡的破坏形式及其内部微观接触力场的演变规律。首先对PFC软件中采用的微观力学性质参数进行了验证模拟,通过对完整岩块进行双轴压缩试验和巴西劈裂试验的模拟,得出其应力-应变曲线和强度包络线,从而计算出完整岩块的内聚力、内摩擦角等宏观力学参数;然后通过对含裂隙的颗粒集合体进行直剪试验的模拟,得出其剪应力-剪切位移曲线以及峰值强度和残余强度与正应力的关系曲线,从而计算出裂隙的内聚力和内摩擦角;最后对含上述微观力学性质参数的边坡进行静力荷载下破坏形式的模拟,得出裂隙萌生前应力集中、裂隙萌生后应力释放,以及可将潜在滑动面上方的坡体位移分成4个区,即坡脚处最大位移区、坡肩处较大位移区、坡体内部较小位移区、坡体后缘最小位移区,并验证了萌生的裂隙一般会近垂直于岩桥向坡体表面扩展,切割潜在滑动面以上坡体。     

岩溶区大直径嵌岩桩荷载传递特征的数值分析

当大直径嵌岩桩桩基穿过岩溶区域时,其受力情况相对较为复杂,且承载力会受到较大的影响,弄清楚岩溶区桩基荷载的传递特征,对分析计算桩基承载力、桩基沉降变形具有重要的意义。根据丹霞枢纽互通区钻探及物探资料,通过简化地层,建立概化地质模型,采用FLAC~(3D)软件对该岩溶区大直径嵌岩桩的荷载传递特征进行数值计算,分析影响桩基荷载传递特征的因素,讨论在不同桩径、嵌岩深径比、厚跨比、桩土刚度比、桩岩刚度比条件下桩基荷载的传递规律。结果表明:由于岩溶区溶洞的存在,桩侧摩阻力会出现多个峰值,峰值的大小与桩径、顶板厚度、嵌岩深度、岩土体的性质有关,桩侧摩阻力会集中分布在溶洞顶板处,且桩径越小,溶洞顶板处桩侧摩阻力会越大;随着桩径的增大,桩侧摩阻力发挥越均衡,桩端阻力所占荷载的分担比越大,表现出端承桩的性质;随着嵌岩深径比的增加,桩底侧摩阻力的发挥程度越低;桩径、嵌岩深径比、厚跨比对桩基荷载传递的影响相对较大,桩径越小,桩侧摩阻力对嵌岩深径比、厚跨比的变化越敏感,桩径越大,桩侧摩阻力对桩土刚度比、桩岩刚度比的变化越敏感;相对增加嵌岩深径比,适当提高桩径,对提高桩基承载力的效果更为明显。     

基于改进应变楔模型的大直径桩基水平承载力分析方法

针对传统分析方法对于大直径计算结果与实测结果存在偏差的问题,提出了一种基于改进应变楔模型的大直径桩基水平承载力的分析方法。该方法首先推导了考虑桩侧摩阻的桩身侧向位移微分控制方程,并基于改进的应变楔模型计算大直径桩基的桩侧径向地基反力模量;然后考虑桩端弯矩和桩端剪力的影响,将其作为边界条件代入微分控制方程对大直径桩基的水平响应进行求解;最后通过算例分析,并与现场试验的实测结果进行对比,验证了该方法的可靠性和准确性。结果表明:桩侧摩阻、桩端弯矩和桩端剪力有利于大直径桩基水平承载能力的发挥,不考虑上述因素时,计算结果将偏于保守;除桩身抗弯刚度外,桩基尺寸效应是桩侧摩阻、桩端弯矩和桩端剪力3个因素共同作用的结果,对于大直径桩基水平承载力的计算应综合考虑这些因素的影响。     

氨氧化菌对填埋场CH4协同氧化及铵抑制作用的研究

借助乙炔(C₂H₂)抑制和添加外源铵盐,采用批式培养试验,在初始CH₄浓度为16%的条件下模拟填埋场高CH₄浓度环境,通过分析样品中氨氧化菌对CH₄氧化的贡献率及铵对CH₄氧化的抑制率,研究了填埋场覆盖土、矿化垃圾、砂土和黏土中氨氧化菌对CH₄协同氧化及铵抑制作用. 结果表明:4种供试样品中氨氧化菌对CH₄氧化的贡献率在5.64%~16.24%之间,次序为砂土＜黏土＜覆盖土＜矿化垃圾,覆盖土中的贡献率为14.90%,比矿化垃圾低8.25%,填埋场样品(矿化垃圾和覆盖土)是一般土壤(砂土和黏土)的1.8~10.9倍. 铵对CH₄氧化过程的抑制率在11.90%~24.84%之间,次序为砂土＜黏土＜覆盖土＜矿化垃圾,覆盖土中为23.21%,比矿化垃圾低6.56%,填埋场样品是一般土壤的0.9~2.1倍. 填埋场样品中氨氧化菌对CH₄氧化的贡献率及铵对CH₄氧化的抑制率明显高于一般土壤.      

LNAPL在砂质含水层中动态迁移的电阻率法监测试验研究

在海滨潮间带采集细砂,通过室内柴油泄漏模拟试验,利用自制电阻率监测系统对轻非水相液体在砂土-地下水系统垂向渗透过程进行电阻率变化动态监测;通过配制不同含油率砂土测定其静态电阻率变化规律,探讨电阻率变化的影响因素;最后取样分析测定污染含水介质稳定后含水率及含油率,对监测结果有效性进行了验证;并利用显微成像法对污染砂土进行了微观形态分析.结果表明,柴油污染砂土微观形态上胶结现象明显;柴油渗透海滨砂土过程电阻率大小同含水饱和度,比电阻率和含油饱和度之间存在良好的相关性,均可用Archie公式拟合,n值分别为2.36和0.15;通过电阻率测定可以有效估算柴油透镜体厚度;电阻率随深度的变化可以反映含油率和含水率的垂向分布.本研究为轻质油品储罐或者海上油品输运过程泄露造成的海滨砂土地下污染扩散过程监测及机制研究提供了一种有效的方法,也可为其他典型石油泄漏污染场地的电阻率法探测或监测提供参考.     

黄土塬区高层建筑钻孔灌注桩承载特性试验

本文针对西安黄土塬区某高层建筑钻孔灌注桩试桩的静载荷试验和应力测试结果,利用数值模拟技术分析了桩的载荷传递特性,结果表明:在该场地的工程地质条件下,此钻孔灌注桩为摩擦桩类型,桩端阻力仅占总荷载的0.40%~1.61%;随着桩端土与桩周土刚度比Eb/Es的增大,桩端传递给土层的荷载增加;随着桩的长径比L/d值的增大,桩端传递给土层的荷载减少。