黄土山区冲沟地形对桥梁桩基有效桩长影响研究∗

为全面了解黄土山区冲沟地形对桥梁桩基有效长度的影响,在对山西省典型黄土山区桥梁下部全面调查的基础上,依据黄土地区现场桩基静载试验,应用FLAC^3D建立黄土山区地形桥梁桩基有限差分模型,分析了不同坡度、临坡距、桩长变化对桩基有效桩长的影响,揭示了桩基承载力、桩侧摩阻力、桩端阻力及有效桩长变化规律,并依据计算结果提出相关工程技术建议。研究结果表明：一定桩长时,斜坡坡度、临坡距变化对桩侧摩阻力产生不同程度影响,对桩端阻力影响不大;坡度越大,临坡距越小,桩侧摩阻力减小幅度越显著,最大为70.89%;坡度较小、临坡距较大时,增长桩长使桩侧摩阻力从95.99%提高至99.71%;桩侧摩阻力变化的根本原因是桩基有效长度发生改变,桩基有效桩长折减程度同斜坡坡度及桩基临坡距有关,与桩长无关;建立的桩基有效长度计算公式可为黄土山区冲沟地形条件桩基础设计提供技术借鉴。     

盾构隧道开挖对邻近桩基三维影响试验研究∗

参考清华园隧道盾构段全线近距离侧穿北京地铁 13 号线桩基的工程背景建立试验模型,开展卵石地层中盾构施工对邻近桩基三维扰动特征研究。试验模型中共布置 5 根模型桩(1#~5#桩)。以 1#桩为例分析了盾构掘进过程对桩基的三维影响特征,发现附加弯矩主要产生在刀盘距桩基-0.5D 至 0D 阶段,横向弯矩最大值是纵向弯矩最大值的 2 倍;附加轴力主要产生在-0.5D 至 1.5D 阶段,桩顶附加沉降主要产生在-1D 至 1D 阶段,桩端附加承载力在-0.5D 至 2D 阶段持续增长。对比 1#、2#和 3#桩研究了桩-隧不同水平间距对桩基扰动规律的影响,发现桩基的附加沉降、附加弯矩和附加轴力均随与隧道水平距离的增大而减小,弯矩最大值的位置随着距离的增大而逐渐上移。对比 1#、4#和 5#桩分析了桩端相对竖向位置对桩基扰动规律的影响,得出桩端位于隧道拱顶的桩基的附加弯矩明显小于桩端位于中心线及拱底处桩基的附加弯矩。     

含小净距隧道岩石边坡地震动力响应特性研究

采用有限元分析软件建立一个通过大型振动台模型试验验证的边坡动力数值分析模型,研究了地震作用下含小净距隧道岩石边坡的动力响应规律,探讨了隧道结构对边坡动力响应规律的影响。结果表明:1)边坡加速度峰值放大系数沿坡面向上呈现出先减小后增大的非线性变化特征,存在临空面放大作用,边坡会改变输入地震波的频谱成分,对高频段地震波存在滤波作用,对低频段地震波存在放大作用;2)因小净距隧道的存在,含小净距隧道边坡的坡面加速度分布较无隧道边坡表现出明显的非线性高程特性,其坡体最大水平和竖向位移总体上小于无隧道边坡;3)强震作用下坡顶和结构面附近水平位移最大,两隧道中夹岩处及偏压侧隧道左侧拱脚处易发生拉裂破坏和剪切破坏。试验研究结果对含小净距隧道边坡抗震设计及其地震动力反应特性的研究有一定的指导意义。     

饱和土中考虑竖向荷载的端承桩水平振动响应解析解

考虑土体应力-应变的梯度变化及桩土耦合振动,对竖向荷载作用下饱和土中端承桩水平振动问题进行了理论研究。采用Euler模型模拟桩基,建立了竖向荷载作用下桩基水平振动控制方程;通过势函数解耦土体Biot动力固结方程,并利用Laplace变换和分离变量法得到土体应力和位移解析表达式;结合桩土连续性条件得到桩基位移、内力和桩顶水平动力复阻抗解析解。将退化解与已有文献进行对比,验证了解的合理性。通过算例分析,讨论了竖向荷载和长径比对桩基位移和内力的影响,研究结果表明:竖向荷载和长径比均会使桩身位移和内力发生重分布;在进行桩基水平向承载力设计时,有必要考虑竖向荷载的影响。     

进尺对浅埋隧道掌子面稳定性及变形受力影响

基于强度折减有限元法分析不同进尺对隧道掌子面稳定性和破坏形态的影响,研究不同进尺下掌子面变形形态、拱顶沉降特性、地表沉降槽形状,并揭示不同进尺下掌子面前方、进尺开挖段、支护段的应力传递路径、拱效应特征及应力演化过程。结果表明:进尺对稳定性的影响呈现非线性特征,整体上随着进尺的增大,稳定安全系数降低,塑性分布范围增大,位移影响范围增大,且从掌子面附近逐渐扩展到开挖段,位移矢量角呈现非线性增大,即竖向位移所占比重增加。掌子面前方及进尺开挖段均存在拱效应,竖向拱效应大于横向拱效应,水平拱效应最弱,应加强掌子面底部围岩的稳定和已支护段的强度;根据竖向应力距掌子面距离的不同,可以将其分为三个区段:掌子面附近为应力降低区,即卸荷区;掌子面前方一段距离为应力升高区,即应力承载区;掌子面较远处,为原岩应力区。     

岩溶隧道衬砌结构变形特征研究

以渝东南岩溶区马鞍山隧道为依托工程,运用有限元软件MADIS-GTS建立渗流-应力耦合模型进行数值模拟分析,通过监测隧道衬砌结构的拱顶、拱腰、拱脚和拱底四个部位的变形情况,控制单一变量,分析不同水头高度、不同注浆圈厚度、不同注浆圈渗透系数和不同衬砌厚度四种条件下的隧道衬砌变形特征,并对隧道设计参数进行优化。     

新建隧道上穿既有隧道引起的剪切错台变形研究

采用剪切错台模型,研究新建盾构隧道上穿对下方既有地铁盾构隧道的影响。考虑新建隧道上穿时刀盘附加推力、盾壳摩擦力、注浆附加压力以及土体损失在既有隧道轴线处产生的附加应力,将既有盾构隧道简化为由剪切弹簧连接的弹性地基短梁,运用最小势能原理并采用合理的位移试函数,建立计算方程来求解既有隧道的竖向位移值、盾构环之间的错台量以及环间剪切力值,同时对相关参数采用控制变量的方式研究其对既有隧道的影响。研究结果表明:本文方法计算得到的既有盾构隧道竖向隆起值与实测值较为吻合;既有盾构隧道竖向位移最大值处的隧道错台量接近0,在竖向位移曲线的反弯点处隧道错台量和环间剪切力值最大;随着新建隧道的掘进,既有隧道的竖向位移、错台量和环间剪力值不断增大,最后趋于稳定;两隧道的轴线交角越小,既有隧道的竖向位移值就越大;两隧道的净距减小时,既有隧道的隆起变形会更加明显。     

下穿隧道对地铁车站结构地震反应的影响研究*

针对下穿隧道对临近地铁车站地震反应的影响问题,本文采用数值模拟方法,基于 ABAQUS 平台建立了隧道下穿大开地铁车站的整体三维非线性数值分析模型,通过改变地震动类型和隧道与车站结构的交叉净距,从结构构件的破坏比和竖向变形等角度,定量分析了不同工况下隧道下穿对车站结构地震反应的影响,并与单体大开车站原型结构的地震反应进行了对比。研究表明：下穿隧道会增大地铁车站结构中柱和侧墙的破坏比(相应的最大增幅：中柱为 35%,侧墙为 26%);同时,底板的竖向变形显著增大,最大增幅达到 100%;随着交叉净距的增大, 中柱和侧墙地震反应减小,而底板竖向沉降有所增大;下穿隧道对车站结构地震反应的影响范围约为隧道直径的 3 倍。研究成果对隧道近距离穿越地铁车站结构的设计与分析具有一定的参考价值。     

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。     

单支撑深基坑围护结构及坑外土体变形分析

对某混凝土单支撑排桩支护深基坑开挖过程中围护桩的水平位移进行了实测,围护桩体现出内凸式的变形特征。由于水平支撑提供的支撑刚度不同,不同位置围护桩的水平位移有所差别。通过建立有限元模型对实际工程进行了数值模拟,结果表明,在内凸型模式下坑外地表沉降呈现凹槽形,沉降最大值位于距围护结构0.6倍开挖深度处;坑外深层土体的竖向变形可分为凹槽形沉降区、过渡区和隆起区,一倍开挖深度范围内为主要影响区域。分析表明,坑外深层土体的水平变形随着距围护结构距离的增加呈现出由内凸形向悬臂形演化的特征。     

砂泥岩地基大直径灌注桩竖向承载力试验研究

以某电厂桩基础为工程依托,进行了两试桩竖向静载荷试验,探讨了砂泥岩地基大直径灌注桩的荷载传递机理和竖向承载特性。试验结果表明,砂泥岩地基大直径灌注桩在极限荷载作用达到稳定的情况下,荷载由桩侧阻力与桩端阻力共同承担,但表现出很强的摩擦桩特征,桩侧阻力的发挥取决于桩土相对位移,对于不同的土层,桩侧摩阻力达到极限时所对应的桩土之间相对位移不尽相同。针对试验结果,根据上部结构对基础沉降的要求,以桩顶沉降量来控制桩的竖向承载力,并提出了简化的计算公式,该公式考虑了桩土相对位移对桩侧阻力发挥的影响。     

盾构施工对不同刚度桩体影响的数值分析

针对苏州轻轨一号线盾构隧道的施工情况,采用三维有限元数值模型,研究了盾构施工对不同刚度桩体的影响.计算结果表明:当盾构施工时,不同刚度桩体均偏向隧道移动,在隧道轴线处的横向位移均为最大.桩身横向位移最大值、竖向位移随桩体刚度增大而变小,桩身轴力、弯矩则随桩体刚度增大而逐渐增大,桩身最大负弯矩均出现在隧道轴线位置处.在盾...     

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。     

复杂地下环境中新建隧道侵入对桩基的力学影响

在多层多种地下结构相互作用的复杂环境中,新建隧道施工侵入到地下街群桩基础的内部,具有较高的工程风险。通过数值模拟与现场实测,重点研究新建隧道侵入过程对地下街桩位移与内力的影响。结果表明:开挖正洞下部会使与导洞初衬底板相交处的桩段弯矩急剧增大;截桩后,置于正洞上拱部衬砌中的残留桩段轴力明显减小,而衬砌的最小主应力明显增大;与不存在地铁隧道时相比,附近存在地铁隧道时的新建隧道施工引起的地下街桩基沉降会减小,应考虑第三方地下结构的作用。该研究结论可为新建隧道穿越复杂地下结构体系的灾害预防提供参考。     

与地裂缝正交马蹄形地铁隧道动力响应模拟分析

在地铁隧道—地裂缝动力相互作用模型试验中,拟采用点荷载的加载方式。为了合理制定模型试验加载方案,建立了点荷载和移动荷载2种加载方式下,与地裂缝正交的马蹄形隧道—地裂缝—地层动力相互作用的数值模型。通过对2种加载方式下的拱底土层竖向最大位移、土层最大加速度分布、土层加速度时程以及衬砌加速度时程进行对比分析,可以得出在2种加载方式下,拱底竖向最大位移、土层加速度分布、土层加速度时程以及衬砌加速度时程在分布上有相近的规律,从而说明了在模型试验中,可以用点荷载加载方式来代替移动荷载,为模型试验提供了依据。     

单排非连续排桩几何参量对减隔振效果的影响

为了研究砂土地基中单排非连续排桩几何参量对减隔振效果的影响,以振动波在岩土介质中的传播特性为理论基础,构造评价隔振效果的无量纲指标 A_RC(加速度消耗率)和 S_P(面积增加比),结合地表加速度消耗率等值线图,分析 A_RC分别为 0.2,0.3,0.4,0.5 时对应的排桩几何参量与 S_P之间的关系。结果表明：各 A_RC条件下,桩后屏蔽区面积均表现为长桩时较大,S_P值分布于 0%~9%;桩间距对 S_P的影响表现为小间距时桩后屏蔽区面积较大,S_P 分布范围在 0%~28%;振源距对 S_P的影响与桩长相反,S_P值处于 5%~12%;关于布置形式对 S_P的影响,振源正对桩间中心这一布置形式在桩长和间距变化时对 S_P的影响较大,而在振源距这一参量变化时,布置形式的差异对 S_P 值的影响不存在明显区别。     

大直径群桩基础承载特性现场试验及数值模拟

大直径群桩基础具有承载力高的特点,在软土区大型工程基础中具有广阔的应用前景。基于某桥梁群桩基础工程的单桩现场竖向静载试验数据,运用ABAQUS试算拟合土体参数,运用所得土体参数对基桩水平荷载作用下的承载特性进行计算和分析,并对承台-群桩基础在竖向和水平荷载下的承载特性进行了研究。研究表明：当最大竖向荷载作用于承台-群桩基础时,承台最大位移为84.83 mm,按照位移控制原则计算得到群桩效应上限值为83%,下限值约为62.8%;竖向荷载作用下群桩中各桩的沉降值存在差异,中心桩最大,其次是边桩,角桩沉降最小,且随着荷载的逐渐增大,角桩与边桩和中心桩位移差量呈现出先增大后减小的变化趋势;最大水平荷载作用于承台-群桩基础时,基础水平位移水平影响范围约为1.5倍承台边长,最大影响深度约为1.5倍承台边长。桩间土体在地表以下0.5倍承台边长范围内呈现出拉-剪应力状态。对群桩在水平和竖向荷载作用下承载特性的分析及其相关结论,可为相关工程设计借鉴。     

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。     

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。     

高喷插芯组合群桩竖向承载特性的数值分析

高喷插芯组合桩(简称JPP)是一种新型的复合材料桩,具有承载力高、造价低等优点。利用岩土工程专业软件FLAC3D对JPP群桩竖向承载特性进行了数值模拟分析,讨论了桩数、桩间距、桩长、不同组合形式、不同水泥土弹性模量等对竖向承载特性的影响。结果表明:承载力随着桩数的增加而减小,但16根群桩与25根群桩的承载力相差不多,16根群桩承载力可以代表16根以上群桩的承载力;桩间距越大,承载力越小,桩间距宜采用3倍的JPP组合桩径或4倍的芯桩桩径;承载力随着桩长的增加而增加;分段组合形式承载力效果较好,实际工程施工中宜采用之;水泥土弹性模量对竖向位移没有影响,但水泥土弹性模量越大,芯桩轴力越小。