海上风机变径单桩基础竖向承载特性及变径参数影响研究

为适应施工与承载能力要求，海上风机单桩基础常采用桩身变径措施，变径段可能会对桩基竖向承载特性产生影响。采用有限元分析软件ABAQUS建立变径桩数值模型，开展变径单桩竖向承载性能的数值模拟研究，并分析其尺寸参数对竖向承载能力的影响。计算结果表明：与通长桩相比，变径特性基本不影响其桩身轴力分布；随着竖向荷载增加，两类桩各承载分量占比首先保持不变，随后外侧摩阻力占比下降，内侧摩阻力和桩端阻力占比增加；增大变径桩底部桩径能有效提高桩基竖向承载力，且提高外侧摩阻力承载占比；增大变径段上部长度和变径段长度对桩基竖向极限承载力无明显影响，但会导致外侧摩阻力占比降低和内侧摩阻力占比提高。     

非均质成层地基海上风电单桩基础轴向承载特性研究

依托某海上风电项目，通过数值方法研究非均质成层地基环境下单桩轴向承载性能影响因素，并提出优化建议。结果表明，桩身轴力从桩顶至泥面缓慢增长，泥面以下桩身轴力随埋深增加而显著减少；轴向承载力各分量占比随桩顶荷载增长而逐渐变化，内外侧摩阻力随着桩顶荷载的增加存在“错位发挥”趋势；桩外侧摩阻力在空间上随深度增长较为均匀，而桩内侧摩阻力主要集中在单桩下部发挥作用。桩径及埋深对轴向承载力有着较大影响。桩身磨砂可以较为有效地提高桩轴向承载性能尤其是外侧摩阻力，同时还能减小磨砂部分桩身轴力。实际工程中应综合考虑多种因素确定桩径及埋深，也可对单桩靠近桩端部分的外表面采取磨砂处理以提高单桩轴向承载性能。     

嵌岩桩承载特性的试验研究

为研究嵌岩桩的承载特性并为武汉天兴洲大桥桩基工程提供技术咨询,进行了室内模型试验。试验依托该桩基工程,依据相似原理,确定了模型桩的抗压强度、弹性模量以及周围岩土体的强度参数等,并用有机玻璃棒模拟桩体,用石膏砂混合体模拟基岩,用粉细砂模拟上覆土层,设计了粗糙度不同、嵌岩深径比不同的两组试验,研究了桩侧粗糙度和嵌岩深径比对嵌岩桩承载特性的影响。试验结果表明,桩侧越粗糙,其极限承载力越高,桩端阻力的分担比例越小,桩侧阻力的分担比例越大;随着嵌岩深度增加,桩项沉降减小,桩端阻力所占比例减小,当嵌岩深度超过5D（D为桩的直径）时,桩端阻力所占比例不超过30％;桩底的沉渣影响其承载特性。试验表明嵌岩桩的桩侧粗糙程度、嵌岩深径比直接影响其承载力以及桩侧阻力和桩端阻力的分担比例,嵌岩桩的设计嵌岩深度不宜超过5D,当桩底存在沉渣时,可适当加大,这也反映了施工质量影响其承载特性。     

基于希尔伯特-黄变换的覆土层厚度动态探测

准确揭示动态沉降过程中土层厚度及其变化情况对合理确定覆土层厚度，科学评价复垦土体稳定性具有重要意义。通过野外试验，结合探地雷达数据，基于希尔伯特-黄变换(Hilbert-Huang transform, HHT)进行信号处理，根据希尔伯特谱确定覆土层所在的时域范围；提取由HHT获取的多个固有模态函数(Intrinsic mode function, IMF)的时间-瞬时频率信息，建立IMF2分量与相对介电常数的关系模型，进而获取覆土层厚度；将所建立的关系模型进一步应用于时间序列上的覆土层厚度的探测之中，实现覆土层厚度的动态探测。研究结果表明：覆土层下沉会引起层状介质之间的介电常数差异，进而导致分界面处的振幅变化；瞬时频率平均值与相对介电常数之间存在较高相关性，其利用多项式回归的建模决定系数R²达到0.887 0;综合考虑时域下的振幅与瞬时频率变化的联合时频分析可有效探测覆土层厚度，随覆土层厚度的增加和时间的推移探测精度整体略有下降，探测结果的平均相对误差为3.65%。     

层状地基中超长桩荷载-沉降关系

论文基于超长桩试验资料，提出桩侧广义双曲荷载传递模型以反映桩侧土弹塑性、软化与稳定三阶段工作特性，桩端采用双曲线荷载传递模型模拟土的非线性变形特性，并引入混凝土的Rusch模型来考虑高荷载水平作用下超长桩桩身混凝土的弹塑性性状，从而建立了与超长桩工作性状相适应的层状地基中超长桩荷载传递分析理论。该理论可用于计算多层地基中超长桩的沉降和极限承载力，也可用于分析层状地基中超长桩的荷载传递规律。计算得到的荷载-沉降曲线与实测的曲线较为吻合，可作为确定桩承载力的依据，经过对工程实例的计算与实测对比分析，证明该理论可靠、方法简单，且具有较好的适用性。     

基于非匀速修正圆锥指数的土层厚度测量方法

为快速获取土层厚度信息,提出利用土壤机械阻力判别土壤层次结构,设计了一种能够自动记录土壤机械阻力、测量深度、加速度等参数的便携式圆锥仪,在加速度补偿修正非匀速误差的基础上,利用圆锥指数,基于包络检波和Hilbert瞬时振幅特征值聚类算法实现土层结构及土层厚度信息的精细获取。仿真试验和实地测量对比分析结果表明,对于土层物理特性差异明显的土体结构,该方法能有效获取土层厚度信息,相对误差不超过10%,本研究可为耕层厚度的测量提供有效的方法。     

泥皮对灌注桩承载能力的影响研究

灌注桩桩侧泥皮的存在改变了桩土相互作用性状,降低了单桩承载力。以往对泥皮缺陷桩的各种实验研究都得出泥皮的存在会降低桩的极限承载力的结论,然而对其中的影响机理和改善措施却缺乏进一步的研究。鉴于对施工质量的需要,结合天津市某原水枢纽泵站工程,利用有限元法分析了泥皮对灌注桩承载力的影响,并且证明了有效改善泥皮桩承载性状的后注浆施工工艺。结果表明泥皮的存在使桩和土之间的法向应力减小,并且泥皮的润滑作用使桩土之间的极限剪应力减小。桩端后注浆技术显著的提高了桩侧摩阻力,改变了桩身轴力分布,延长了桩基弹性工作阶段,提高了单桩承载力,减小了桩基沉降。     

海堤地基土变形和强度分析

采用平面应变有限单元法对海堤位移(沉降)和地基强度的发展变化进行了研究分析,计算结果表明:在海堤地基固结过程中,随着土体有效应力的提高,海堤地基土体抗剪强度相应增大,且上覆土层越厚,土体抗剪强度增长越大。计算结果与实测资料较为接近,验证了有限元模型及参数的合理性,对海堤地基评价具有显示意义。     

垂直护岸板桩受力及变形特性现场试验研究

依托平湖和湖州的航道护岸工程,开展现场试验,分析U形钢筋混凝土板桩和U形钢板桩的变形和受力特性及岸后土体的位移规律。结果显示:规范土压力计算方法与本研究中的2种板桩的实测值差距较大;钢筋混凝土板桩后方回填土后,板桩的受拉区应力明显增大,验证了钢筋主要是发挥其优良的受拉承载性能;钢板桩的施工过程在垂直于板桩墙的方向上的沉降要比平行于板桩墙方向的沉降要小;钢筋混凝土板桩和钢板桩从桩尖到桩顶方向上,横向位移均呈现出先增大后减小的分布规律。     

桩土共同作用下的桩基开裂特性分析

以某输电线路跨越塔桩基计算为例,针对桩土接触问题的高度非线性,通过引入三维接触单元来模拟桩与桩侧土体之间的非线性"滑移破坏",采用弹塑性有限元的方法计算了桩土共同作用下的桩基位移及应力,确定了桩侧土体可能产生缝隙的宽度和深度,并在此基础上复核土体的渗流特性.计算结果表明:在各种不利荷裁组合作用下,跨越塔桩基与土层的缝隙开展宽度及深度均非常有限,桩体所受的拉、压应力均较小,桩基建设对渗流场整体分布特征的影响极为微弱.     

浮泥、流泥的检测及对海堤的安全影响分析

浮泥、流泥的工程性质极差,已影响到围垦工程的安全、进度及投资。通过测定土体含水率和湿密度的方法检测出工程中的浮泥及流泥厚度,并对海堤的稳定、沉降和工程量进行分析,结果表明,浮泥及流泥基本无承载力,对海堤的整体稳定和沉降均存在不利影响,海堤填筑工程量相应增加。在类似围垦工程的设计和建设中应将它们与淤泥区别对待,直接采用实测涂面高程扣除浮泥、流泥层的厚度,相当于涂面线降低、堤身高度加大,对实际工程具有很高的参考价值和现实意义。     

武汉青山地区老粘土的变形参数及

基于室内土工试验和现场试验成果，对青山地区的老粘土地基的变形参数进行研究；利用ANSYS有限元软件对老粘土地基进行数值模拟，并与构筑物地基沉降实测值对比，对地基承载性能进行研究。在小于600kPa荷载的作用下，可用Es1-2作为沉降计算参数；老粘土具有较高的承载能力，由老粘土构成的地基，其承载能力可按《建筑地基基础设计规范》中推荐的公式计算。     

竖向荷载下复合桩基承载特性的弹塑性分析

为了研究竖向荷载下复合桩基的承载特性，分别采用Lade-Duncan本构模型和刚塑性薄单元模拟土体的弹塑性和桩土界面的相对运动，对竖向荷载下的复合桩基进行了三维弹塑性有限元计算分析。研究表明：由于桩基－承台，地基土三者的共同作用，复合桩基与单桩的承载性状有着明显的差异。     

斜桩在桥梁工程中的应用

对斜桩受力及承载力计算进行了探讨，并通过对斜拉和竖桩的比较，认为在有水平荷载作用时，斜桩受力比竖极有利，因此在有水平荷载作用时，建筑物桩基础可采用带有一定倾斜角的斜桩。     

基于AK-SS-CSM的海上风机支撑结构抗震可靠度分析

为探讨地震荷载和结构抗力的不确定性对海上风机支撑结构抗震性能的影响，采用OpenSEES软件建立了塔筒-桩基础-土体非线性数值简化模型，将基于Kriging模型和子集模拟法的主动学习可靠度方法（AK-SS）与能力谱法（CSM）结合，研究了不同地震影响工况下支撑结构在寿命期内的可靠度变化，并探究厚度、埋深、直径以及砂土内摩擦角对结构可靠度的影响。结果表明：AK-SS相比于子集模拟法（SS）等其他可靠度计算方法计算更准确、高效；振型组合分布加载模式（SRSS）适用于由多阶振型控制的海上风机支撑结构；罕遇地震工况为结构的危险控制工况，泥面位移超过临界值为主要失效模式，但对于任一失效模式结构在服役期结束之前均满足目标可靠度要求；与埋深等因素相比，基础厚度、基础直径为结构抗震性能的控制因素，设计时应合理选择桩基础的几何尺寸。     

层状地基中超长桩荷载-沉降关系非线性迭代计算方法

论文基于超长桩试验资料,提出桩侧广义双曲荷载传递模型以反映桩侧土弹塑性、软化与稳定三阶段工作特性,桩端采用双曲线荷载传递模型模拟土的非线性变形特性,并引入混凝土的Rusch模型来考虑高荷载水平作用下超长桩桩身混凝土的弹塑性性状,从而建立了与超长桩工作性状相适应的层状地基中超长桩荷载传递分析理论.该理论可用于计算多层地基中超长桩的沉降和极限承载力,也可用于分析层状地基中超长桩的荷载传递规律.计算得到的荷载一沉降曲线与实测的曲线较为吻合,可作为确定桩承载力的依据,经过对工程实例的计算与实测对比分析,证明该理论可靠、方法简单,且具有较好的适用性.     

卵石土地层桩侧摩阻力确定方法研究

桩基承载力的确定与计算其所需的地基土层土工参数和原位测试参数关系密切,规范中只给出了取值原则,不涉及具体的方法.在此,以太原某工程桩基设计为研究对象,立足该场地工程地质条件,选择合适的土工参数,对卵石土地基桩侧摩阻力标准值取值进行了讨论和分析,进而预估了桩的抗拔承载力,并利用抗拔静载试验验证了预估结果的正确性,从而缩短了工期,降低了成本.     

卵石土地层桩侧摩阻力确定方法研

桩基承载力的确定与计算其所需的地基土层土工参数和原位测试参数关系密切,规范中只给出了取值原则,不涉及具体的方法。在此,以太原某工程桩基设计为研究对象,立足该场地工程地质条件,选择合适的土工参数,对卵石土地基桩侧摩阻力标准值取值进行了讨论和分析,进而预估了桩的抗拔承载力,并利用抗拔静载试验验证了预估结果的正确性,从而缩短了工期,降低了成本。     

武汉市青山地区老粘土的变形参数及承载性能研究

基于室内土工试验和现场试验成果，对武汉市青山地区的老粘土地基的变形参数进行研究；利用ANSYS有限元软件对老粘土地基进行数值模拟，并与构筑物地基沉降实测值对比，对地基承载性能进行研究。在小于600kPa荷载的作用下，可用Ew作为沉降计算参数；老粘土具有较高的承载能力，由老粘土构成的地基，其承载能力可按《建筑地基基础设计规范》中推荐的公式计算。     

铁塔基础下软弱地基砂石垫层的处理

针对软弱地基压缩性高含水量高强度低等特点及在以往软弱基础设计中所出现的问题,在输电线路铁塔基础设计阶段提出采用应用广泛工期短造价低的砂石垫层法对软弱地基进行处理,在设计过程分别从软弱土的承载力自重应力与附加应力分布两条曲线的关系,以及基底附加压力及软土的容许承载压力比值三种不同方法计算砂石垫层的厚度,从而计算出砂石垫层的宽度,并且阐述了在施工阶段砂石材料的选用特点以及施工过程中的技术要点和注意事项。