极限荷载下纵向截面异形桩破坏形式对比模型试验研究
桩基础有限元极限分析应用研究—强度折减法
如何在ANSYS软件中输入极限分析参数
(2) 公式(2)的岩土材料参数输入
岩土材料参数不仅涉及到桩土材料参数的输入，而且 涉及到接触界面材料力学性质，因此建议采用APDL参数 化语言编程方法，便捷地实现参数的输入。如：
TM1=6e6
（弹性模量）
PSB1=0.3
（泊松比）
MD1=1800
（密度）
CSR1=11500
分析桩的竖向承载力特征值。
1. 桩基础有限元极限分析方法
强度折减法
若评价桩基础的安全性，可以采用对岩土材料进行强
度折减的方法，实现安全性评价。c和值的折减如下：
c' c/ F
(3)
' arc tan(tan / F)
(4)
其中，F为桩基础的安全储备系数。
增量加载法
增量加载法是当前有限元极限分析的常用方法，桩基础 的极限载荷确定需要从计算P-S曲线和相关极限承载力判定 方法确定，安全系数为超载安全系数。
2 3 sin 2 3 (9 sin2 )
k
6 3c cos 2 3 (9 sin2 )
3. 桩土界面性质的模拟
（1）桩土
土两种材料的界面层力学特征。
接 触 单
（2）接触面的材料属性与 元 桩基础不同施工的工法
采用接触面材料属性的变
化解决不同工法对桩周地基的影 响。
(a) 实体分网
(b)桩身分网
图 桩基础有限元计算模型网格图
P/10kN
0
50
100
150
200
250
300
350
400
0
10
载荷试验的P-s曲线
20
30
40
几种单桩竖向极限承载力预测模型的对比分析
几 种 单 桩 竖 向极 限承 载 力 预 测 模 型 的对 比分 析
邓 志 勇 陆 陪 毅
（ 津 大学 建 筑 工程 学 院 天 津 灭 ３０ ７ ） ００２
摘 要 ：结 合天津 市钻孔灌 注桩静载荷试验 资料 ， 几种常用的 单桩极限 承载力预测模型进行对 比分析 ， 对 提出 了适 丁
Ｄ ｎ ｉ ｏ ｇ Ｌ ｅｙ ｅ ｇＺｈｙ ｎ ｕ Ｐ ｉｉ
（ｎｔ ｕ ｆ ｎ ｉ ｅｕ ｎ ｉｅ ｒ ｇ ｉ ｊ ｎ ｅｓ ｙ Ｔａｊ ３ ０ ７ ） Ｉ ｓｔｔ ｏ 、 ｔ ｔ ｅ Ｅ ｇｎｅｉ ，Ｔａ ｉ Ｕ ｉ ｒ ｔ ｉ ｅ Ａ ｈｅ ｒ ｎ ｎｎ ｖ ｉ ｉ ｉ ｎ ｎ ０ ０ ２
』 ， 足 我 国 规 范 规 定 的 方 法 。 然 存 上 实 践 中 ， 于 ‘ 也 法 由
Ｙ ＝ ｆ ＋ ｂ ｚ
（ ４）
按 最 小 二 乘 法 原 理 ， 求 出 式 （ ） 的参 数 ｎ、 ， 而 由 易 ４ 中 ｂ从 式 （ ） 到 桩 的极 限 承 载 力 。 ２得
ｐｌ ｓｉ ｄ ｔ Ｔ ａｊ ｒａｉ ｐｏ ｓｄ ｉ ｕ ｅ ｉ ｉ ａｅ ｒ ｅ ． ｅ ｔ ｏ ｎｎ ｓ ｐ ｏ
Ｋｅ ｗｏｒ ｓ ： ｐ ｌ ｕ ｔ ｔ ａ ｎ ａ ａ ｉ ｐ ｅ ｉｔ ｇ ｍｏ ｅ ｙ ｄ ｉ ｌ ｍａｅ ｂ ｒ ｇ ｃ ｐ ｃｔ ｅ ｉ ｅ ｉ ｙ ｒ ｄ ｃｉ ｄ ｌ ｎ
天 津 市 区 的单 桩 极 限 承 载 力预 测 模 型
关 键 词 ：桩
极限承载力
预测模 型
ＣｏＮＴＲＡＳ ＡＮＡＬＹＳｉ Ｆ ＴＨ Ｅ Ｔ Ｓ０ ＰＲＥＴＥＣＴＩ Ｎ ｏ ＤＥＬＳ Ｆｏ Ｒ ｏ Ｍ ＴＨ Ｅ ＶＥＲＴＩ ＣＡＬ
异形夯扩成孔灌注桩承载力及变形特性论文
异形夯扩成孔灌注桩承载力及变形特性摘要：异形夯扩成孔灌注桩是集合异形桩和夯扩桩优点的新型桩基。
本文所研究的异形桩横截面为y形，该桩形是根据等周边截面减少的原理，在侧摩阻力不变的情况下减少混凝土用量，在承载力允许的前提下降低了工程造价。
关键词：异形夯扩成孔灌注桩；承载力；变形abstract: abnormity ramming into hole enlargement is shaped piles and piles set ramming the advantages of the new type of pile foundation pile expansion. this paper studies the cross section for alien pile y shape, the pile is its shape according to the principle of reducing section, in the side friction under the condition of invariable reduce the dosage of concrete, in the premise of bearing capacity allowed to reduce project cost.key words: abnormity ramming into hole enlargement pile; bearing capacity; deformation中图分类号：u415.6文献标识码：a 文章编号：1 概述灌注桩具有寿命长、施工快、造价低、使用范围广等优点，但目前我国的灌注桩多为圆桩，无法最大限度地发挥地基土和桩本身的潜在能力。
例如我国传统的桩基础要么是圆形截面，要么是方形截面，特别是钻孔灌注桩，由于受施工机械的限制只能采用圆形截面，但从理论分析可知，在同样用材情况下，圆形截面桩的单桩承载力要比正方形或多边形截面桩小得多。
竖向荷载下桩承载变形性能的数值分析
竖向荷载下桩承载变形性能的数值分析
赵晓蕾
【期刊名称】《混凝土与水泥制品》
【年(卷),期】2014(000)009
【摘要】为了更好地反映工程中桩土实际工作性状，使桩基础基本性能在施工前
得到合理的预测，以便更好地指导桩基础的施工，利用数值模拟软件对某基桩工程中桩基础在施工过程中的承载性能进行分析，得到了单桩荷载-沉降曲线。
并与实
际工程测出的结果作了对比，同时，探讨了在改变桩径和桩长这两种因素的情况下，其对桩身轴力、侧摩阻力及整体沉降的影响。
【总页数】4页(P41-44)
【作者】赵晓蕾
【作者单位】同济大学土木工程学院，上海200092
【正文语种】中文
【中图分类】TU525
【相关文献】
1.竖向荷载下后压浆桩承载性状的数值分析 [J], 李小青
2.桩顶竖向荷载作用下桩土响应的数值分析 [J], 刘自由;林杭;江学良
3.竖向荷载作用下复合材料桩承载性能的数值分析 [J], 张长领;宋建夏;王敬
4.人工挖孔扩底灌注桩在竖向荷载下的承载性能试验研究 [J], 赵敏;何晖
5.竖向荷载作用下斜桩承载特性数值分析 [J], 杨磊
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竖向土工加筋体对碎石桩承载变形影响的模型试验研究_赵明华_顾美湘_张玲_刘猛
岩
土
工
程
学
报
Chinese Journal of Geotechnical Engineering
Vol.36 No.9 Sep. 2014
DOI：10.11779/CJGE201409003
竖向土工加筋体对碎石桩承载变形影响的模型试验研究
赵明华，顾美湘，张 玲，刘 猛
表 2 土工格栅物理参数 Table 2 Physical parameters of geogrid 网格尺寸 /mm 40×40 肋宽/mm 5.0 2%应变时拉 应力/(kN·m-1) 13.6 5%应变时拉 应力/(kN·m-1) 20.0
1.4
软基填筑和碎石桩施工
图 3 散体材料桩鼓胀量测试仪 Fig. 3 Ballooning tester of granular column
(湖南大学岩土工程研究所，湖南 长沙 410082)
摘
要：在碎石桩桩顶一定深度内包裹竖向土工加筋体形成筋箍碎石桩，能有效提高碎石桩的承载能力，控制复合地
基沉降量。采用分级加载方式，设计并完成了两组较大比例室内模型试验，对比分析了筋箍碎石桩和传统碎石桩的承 载变形特性，进而探讨了筋箍碎石桩的加筋机理和鼓胀变形模式，重点分析了竖向土工加筋体的应力应变特征。分析 结果表明：竖向土工加筋体能有效约束碎石桩的侧向鼓胀，在微小侧向变形内提供足够的径向约束应力；筋箍碎石桩 的最大鼓胀变形多发生于加筋体以下区域，其破坏模式与筋体材料、桩体、桩周土体及其相互作用和协调变形密切相 关；筋箍碎石桩的桩顶和桩底桩土应力比均明显大于传统碎石桩，上部土工加筋体在提高桩体刚度的同时，可有效地 将上部荷载传递至桩底较好土层。 关键词：筋箍碎石桩；模型试验；复合地基；鼓胀变形；加筋体 中图分类号：TU44 mhzhaohd@。 文献标识码：A 文章编号：1000–4548(2014)09–1587–07 作者简介：赵明华(1956– )，男，湖南邵阳人，教授，博士生导师，主要从事桩基础和软土地基处理等研究基采用河漫滩冲洪积软土（湘江枯水期的淤泥 质软土） ，原状土的 cu≤10 kPa，含水率范围大多在 30%～60%之间，局部可达 70%甚至更高。试验所用 软土的物理参数如表 1 所示。
异形桩研究现状
异形桩研究现状作者：郭雪丰来源：《科技探索》2013年第11期摘要：本文通过分析异形桩的发展过程，论述了异形桩的研究现状并提出了在分析研究方法上的一些不足。
关键词：桩异形桩实验方法一、异形桩发展现状随着人类社会文明发展的需要，建筑结构化形式日趋复杂化。
桩基作为一种常见的深基础形式，已经在建筑行业占领了较大比重。
例如在公路、桥梁、堤坝等工程基础建设中，已经得到广泛应用[1]。
研究人员在继承传统的同时，也不断在尝试新工艺、新方法、新形式、新思路、新理论。
在奥运期间的场馆、上海世博会中的场馆、青藏线铁路运输工程的建设中都有体现。
在一些大跨度桥梁建筑工程的基础建设中，也能看到桩基的身影。
桩基的工作原理是将上部荷载传递给桩周及桩端土体，同时满足建筑物（构筑物）对荷载及沉降的要求。
桩基在承载力、稳定性、沉降量、沉降差等方面都能发挥很好的作用，满足一些大型建筑的基础要求。
由于桩基具有强大的稳定性，避免了很多高大建筑物倒塌破坏的现象出现。
桩基早期是在一些民用建筑、工业建筑中采用。
随着建造科技水平的提高，桩基工程在桥梁、港口、公路、船坞、近海钻采平台、高耸（重）建（构）筑物、支挡结构以及抗震工程中也得到了推广。
桩基的受力包括：侧向风力、波浪力、土压力、地震力、车辆制动力等。
由于行业需要，桩在产量方面有大幅度提高。
据近年来桩总产量统计，全国各行各业在桩的年使用量方面已经超过了1百万根[2]。
桩结构方面也有所改变，包括桩的施工工艺也有一定的突破。
由于桩形式的复杂多样，需要对其进行分类。
从不同异化的角度，将桩形分为横向截面异化和纵向截面异化。
也可以将桩分为等截面桩和变截面桩。
无论从哪些角度去划分，目的都是为了能够更好地区分桩的异化特点。
横向截面异化的桩型有：三角形桩、六角形桩、八角形桩、外方内圆空心桩、外方内异形空心桩、L形桩、C形桩、Z形桩、十字形桩、X形桩、T形桩及壁板桩等[3]。
纵向截面异化的桩型有：楔形桩（圆锥形桩和角锥形桩）、梯形桩、菱形桩、竹节桩、齿形桩、根形桩、扩底柱、多节桩（多节灌注桩和多节预制桩）、桩身扩大桩、波纹柱形桩、波纹锥形桩、带张开叶片的桩、螺旋桩、从一面削尖的成对预制斜桩及DX挤扩灌注桩等。
异型桩侧摩阻力影响因素研究
Research 研究探讨347 异型桩侧摩阻力影响因素研究傅洋燕吴瑞潜* 吕蓓凤李妙裘锦瑜葛柃岑沈佳怡（绍兴文理学院土木工程学院，浙江绍兴312000）中图分类号：G322 文献标识码：B 文章编号1007-6344（2019）07-0347-01摘要：桩侧摩阻力作为影响异型桩承载能力的重要因素，是当前异型桩实际应用的关注热点。
本文通过一些影响因素，如异形效应、深度效应、施工工艺、成桩效应、桩侧和桩端土体性质，以及时间效应、桩顶荷载等，分析了异型桩桩侧摩阻力的变化规律。
显然，这些影响因素不但对异型桩侧摩阻力的分布起单独作用，而且相互联系、相互制约。
因此，异型桩侧摩阻力的分布非常复杂，不能采用一般桩桩侧摩阻力均匀分布假定，现今也没有精确统一的计算公式。
本文主要综述在不同影响因素下异型桩侧摩阻力的分布状况，为进一步综合研究打下基础。
关键词：桩侧摩阻力；异型桩；影响因素0 引言我国传统桩基多由规则型桩（如圆桩、方桩等）组成，材料耗费大、经济效益低。
基于建筑节能和建造可持续发展的绿色建造理念，近几十年发展了异型桩，最大程度发挥桩本身优势，合理利用桩侧摩阻力特性、增强桩身承载能力，同时降低了工程造价，增加经济效益。
目前，一些大型工程都有异型桩的应用，如浙江杭浦、申嘉湖等高速公路、江苏南京长江四桥连接线等。
异型桩作为新式桩型，其桩侧摩阻力影响因素众多且异形结构受力复杂，仅套用一般类型桩桩侧摩阻力均匀分布模型，未能综合考虑工程实际侧摩阻力异形效应，因此无法得出确切计算公式。
笔者结合异型桩自身性状及其他因素，通过桩侧摩阻力经验计算公式中各项影响系数，综述不同影响条件下异型桩侧摩阻力的分布特性。
1 异型桩及侧摩阻力异型桩，也称为异形桩,是一种新型特殊种类桩，可分纵向截面异型桩和横向截面异型桩。
纵截面异型桩，即按照桩侧土层的不同性质，沿深度方向改变桩径或桩型，增加桩侧截面不平直度与粗糙度，以获得所能达到最大侧摩阻力的异型桩。
剪力环对钢管复合桩竖向承载特性影响的数值分析
2 试验结果分析 2.1 试验现象及破坏形态
试件最终破坏形态如图 1 所示。试验结束时，锚固 端钢管发生了屈曲破坏，桩身钢管表面并未出现可见的 横向裂纹。
图 1 试件破坏形态
2.2 试件荷载 - 变形关系曲线 加载初期，随着荷载的增加，试件的竖向变形呈线
2019 年第 10 期
· · Engineering Equipment and Materials | 工程设备与材料 | 103
剪力环对钢管复合桩竖向承载特性影响的数值分析
刘生平
（广州地铁设计研究院股份有限公司，广东 广州 510010）
摘 要 ： 文章为研究剪力环、防腐涂层和泥皮对钢管复合桩竖向承载性能的影响规律，开展了钢管复合桩模型试验。试 验结果表明，极限荷载作用下，钢管复合桩端部钢管发生屈曲破坏。同时，通过采用有限元软件 ABAQUS，研究了剪力环 间距及其截面形式对钢管复合桩承载特性的影响规律。其中，泥皮与防腐涂层的弱化效果通过定义接触面上的摩擦系数 来反映，泥皮和防腐涂层存在摩擦系数取为 0.2，计算结果与试验结果吻合。有限元计算结果表明，当剪力环截面形式 为矩形时，随剪力环间距的增加，钢管复合桩的承载能力降低；当剪力环间距为 2D（D 桩径）时，随剪力环截面形式的 改变，钢管复合桩承载力并无明显变化。
钢管与混凝土的法向接触选择“硬”接触，切向采 用库仑摩擦模型来模拟切向的粘结 - 滑移。
钢管与剪力环、混凝土与剪力环之间均通过 Tie 连接。 试验机加载板为一刚度很大的垫块，与混凝土间采 用约束形式为绑定（Tie）的法向硬接触，而与钢管间的 约束形式为壳 - 实体耦合。 箍 筋、 纵 筋 与 混 凝 土 的 约 束 形 式 为 embedded region，其中混凝土为主体区域，箍筋和纵筋为内置区域 且两者直接合并（merge）。 采用位移加载的方式在桩顶全截面内施加竖向荷 载，通过增量迭代法求解非线性方程。计算过程中的约 束边界条件为一端固定，一端自由。 3.4 模型验证 有限元计算结果与试验结果吻合良好，且竖向变形 随荷载的变化规律相同，如图 3 所示。由此可见，有限 元计算模型的选择较为合理。
桩的分类
桩的分类工程技术的不断发展，新型钢桩和钢筋混凝土桩在工程建设中用途越来越广泛。
而不同的桩型特点亦有不同。
按受力情况分类：摩擦桩——荷载绝大部分由桩周土的摩擦力承担，而桩端阻力可以忽略不计的桩基桩端承摩擦桩——荷载主要由桩身摩擦力承担的桩端承桩——荷载绝大部分由桩尖支承力来承担，而桩侧阻力可以忽略不计的摩擦端承桩——荷载主要由桩端阻力承担的桩按施工方法分类：机械成孔桩灌注桩人工挖孔桩沉管灌注桩钢筋混凝土桩基桩预制桩预应力混凝土桩钢桩水泥土搅拌桩搅拌桩其他化学材料搅拌桩按桩的外型尺寸分类长桩基桩短桩中长桩变截面桩按沉桩方法预制桩可分为打入桩、压入桩、振动沉入桩、旋入桩等。
预制桩按材料可分为普通钢筋混凝土桩和预应力钢筋混凝土桩。
按桩截面形状又可分为实心桩和空心桩，圆形桩和方形桩、异形桩等。
接桩的方法有钢板角钢焊接，法兰盘加螺栓联结，硫磺胶泥锚固以及机械联结（如插入楔块、销钉联结）等。
混凝土灌注桩按施工方法可分为振动沉管灌注桩、弗朗克桩、钢套管旋入冲抓成孔灌注桩、泥浆护壁成孔灌注桩、预压孔打入灌注桩、预压孔打入混凝土桩以及钻扩孔混凝土灌注桩等。
弗朗克桩在欧洲流行甚广，我国也有用此法施工的工程。
这种方法适用于松散砂、砾及超固结粘土，桩身直径30～60cm，桩长10～24m，管心锤重25～50kN，落距3～5m，单桩容许承载力可达1500kN。
旋转钢管下沉成孔的灌注桩，在钢管底部装有经过淬火的钢齿，可沉入至页岩或砂岩层，直径可达1.5米。
钢管用法兰盘联接,预压孔打入混凝土桩是介于打入桩和灌注桩之间的一种桩型。
其施工步骤是先将钢制的传力杆打入土中0.5～1.0m,然后拔出钢传力杆,往孔中灌注混凝土或砂浆,再将一根预制的钢筋混凝土桩置于孔中, 打到预定深度,这种桩的承载力高于普通桩。
钻孔扩底灌注桩，国内外都已广泛地应用，用于住宅及高层建筑。
由机械成孔，直径一般为0.6～2.5m，可一直钻到坚硬密实土层或基岩，但在有砂或粉砂的地下水位以下钻孔时，需要套管，有时将套管留在土中，或用膨润土泥浆护壁。
桩身变截面效应对异型摩擦桩承载性能的影响分析
浙江理工大学学报,第49卷,第5期,2023年9月J o u r n a l o f Z h e j i a n g S c i -T e c h U n i v e r s i t yD O I :10.3969/j.i s s n .1673-3851(n ).2023.05.015收稿日期:2022-12-05 网络出版日期:2023-05-05基金项目:浙江省自然科学基金探索项目(L Q 20E 080018)作者简介:张哲伦(1997- ),男,江西鄱阳人,硕士研究生,主要从事桩基工程方面的研究㊂通信作者:陈海兵,E -m a i l :c h e n h b @z s t u .e d u .c n桩身变截面效应对异型摩擦桩承载性能的影响分析张哲伦,陈海兵,俞 峰,陈 鑫(浙江理工大学建筑工程学院,杭州310018) 摘 要:变截面异型桩沿桩身每隔一定距离设置一个变截面环段,通过独特的桩土相互作用,在提升桩侧阻力的同时,充分发挥了桩身的结构强度㊂为了研究变截面效应对变截面异型桩承载性能的影响,采用有限元方法分析了变截面环数㊁变截面段直径对变截面异型桩桩周土体位移场㊁桩身轴力㊁桩段侧摩阻力的影响;采用规范经验公式和有限元计算的方法,对比不同土质条件下变截面效应对桩的竖向极限抗压承载力的影响㊂结果表明:当变截面异型桩竖向受荷时,桩周土的破坏形式由变截面环区域的局部破坏,逐渐转变为沿着桩变截面外径的整体剪切破坏;优化变截面的环数可提升变截面异型桩的竖向抗压承载力㊂变截面异型桩的桩身轴力和桩侧阻力的整体分布趋势同普通管桩一致,变截面段轴力和侧摩阻力远大于非变截面段,且桩身强度优势得到充分发挥㊂经规范经验公式计算得到的变截面异型桩极限抗压承载力,较数值计算结果偏于保守㊂该研究为变截面异型桩承载性能的理论分析和试验研究提供思路,同时为工程实际有效应用变截面异型桩提供参考㊂关键词:变截面效应;异型摩擦桩;承载性能;位移场;桩型参数;有限元方法中图分类号:T U 473.1文献标志码:A文章编号:1673-3851(2023)09-0651-13引文格式:张哲伦,陈海兵,俞峰,等.桩身变截面效应对异型摩擦桩承载性能的影响分析[J ].浙江理工大学学报(自然科学),2023,49(5):651-663.R e f e r e n c e F o r m a t :Z H A N G Z h e l u n ,C H E N H a i b i n g ,Y U F e n g ,e t a l .A n a l ys i s o f t h e i n f l u e n c e o f v a r i a b l e c r o s s -s e c t i o n e f f e c t o n t h e b e a r i n g p e r f o r m a n c e o f s p e c i a l -s h a p e d p i l e s [J ].J o u r n a l o f Z h e j i a n g S c i -T e c h U n i v e r s i t y,2023,49(5):651-663.A n a l ys i s o f t h e i n f l u e n c e o f v a r i a b l e c r o s s -s e c t i o n e f f e c t o n t h e b e a r i n g p e r f o r m a n c e o f s p e c i a l -s h a pe d p i l e s Z H A N G Z h e l u n ,C H E N H a i b i n g ,Y U F e n g ,C H E N X i n (S c h o o l o f C i v i l E n g i n e e r i n g a n d A r c h i t e c t u r e ,Z h e j i a n g S c i -T e c h U n i v e r s i t y ,H a n gz h o u 310018,C h i n a ) A b s t r a c t :T h e v a r i a b l e c r o s s -s e c t i o n p i l e i s s e t w i t h a v a r i a b l e c r o s s -s e c t i o n r i n g at a c e r t a i n d i s t a n c e a l o n g t h e p i l e b o d y .T h r o u g h t h e u n i q u e p i l e -s o i l i n t e r a c t i o n ,i t n o t o n l y i m pr o v e s t h e s h a f t r e s i s t a n c e o f t h e p i l e ,b u t a l s o e x e r t s t h e c h a r a c t e r i s t i c s o f t h e s t r u c t u r a l s t r e n g t h o f t h e p i l e b o d y .T o s t u d y th e i n f l u e n c e o f t h e v a r i a b l e c r o s s -s e c t i o n e f f e c t o n t h e b e a r i n g c a p a c i t y o f v a r i a b l e c r o s s -s e c t i o n s p e c i a l -s h a pe d p i l e s ,t h ef i n i t e e l e m e n t m e t h o d w a s u s e d t o a n a l y z e t h e i n f l u e n c e o f v a r i a b l e c r o s s -s e c t i o n r i ng nu m b e r a n d v a r i a b l e c r o s s -s e c t i o n d i a m e t e r o n t h e s o i l d i s pl a c e m e n t f i e l d a r o u n d t h e v a r i a b l e c r o s s -s e c t i o n p i l e ,t h e a x i a l f o r c e o f p i l e b o d y an d t h e s h a f t r e s i s t a n c e o f t h e p i l e s e c t i o n ;t h e i n f l u e n c e o f t h e v a r i a b l e c r o s s -s e c t i o n e f f e c t o n t h e v e r t i c a l u l t i m a t e c o m p r e s s i v e b e a r i n g c a p a c i t y o f p i l e s u n d e r d i f f e r e n t s o i l c o n d i t i o n s w a s c o m p a r e d b y u s i n g t h e e m pi r i c a l f o r m u l a a n d t h e f i n i t e e l e m e n t m e t h o d .T h e r e s u l t s s h o w t h a t w h e n t h e v a r i a b l e c r o s s -s e c t i o n s p e c i a l -s h a p e d p i l e i s l o a d e d v e r t i c a l l y,t h e f a i l u r e m o d e o f t h e s o i l a r o u n d t h e p i l e c h a n g e s f r o m l o c a l f a i l u r e i n t h e v a r i a b l e c r o s s -s e c t i o n r i n g a r e a t o o v e r a l l s h e a r f a i l u r e a l o n gt h e o u t e r d i a m e t e r o f t h e v a r i a b l e c r o s s -s e c t i o n p i l e ,a n d t h e v e r t i c a l c o m p r e s s i v e b e a r i n g c a p a c i t y of t h e v a r i a b l ec r o s s -s e c t i o n p i l e c a n b e i m p r o v ed b y o p t i m i ze i n g t h e r i n g n u m b e r of t h e v a r i a b l e s e c t i o n .T h e o v e r a l l d i s t r i b u t i o n t r e n d o f t h e a x i a l f o r c e a n d s h a f t r e s i s t a n c e o f t h e v a r i a b l e c r o s s -s e c t i o n s p e c i a l -s h a pe d p i l e i s c o n s i s t e n t w i t h t h a t of o r d i n a r y p i p e pi l e s ,t h e a x i a l f o r c e a n d s h a f t r e s i s t a n c e o f t h e v a r i a b l e s e c t i o n a r e f a r g r e a t e r t h a n t h o s e o f n o n -v a r i a b l e s e c t i o n s ,a n d t h e p i l e s t r e n g t h i s f u l l y ex e r t e d .T h e u l t i m a t e c o m p r e s s i v e b e a r i n g c a p a c i t y o f v a r i a b l e c r o s s -s e c t i o n s p e c i a l -s h a p e d p i l e s c a l c u l a t e d b y t h e e m p i r i c a l f o r m u l a i s c o n s e r v a t i v e c o m p a r e d w i t h t h e n u m e r i c a l c a l c u l a t i o n r e s u l t s .T h i s s t u d y pr o v i d e s i d e a s f o r t h e t h e o r e t i c a l a n d e x p e r i m e n t a l s t u d y o f t h e b e a r i n g c a p a c i t y o f v a r i a b l e c r o s s -s e c t i o n s p e c i a l -s h a pe d p i l e s ,a n d p r o v i d e s r ef e r e n c e f o r t h e i r e f f e c t i v e a p p l i c a t i o n i n e ng i n e e r i n g.K e y wo r d s :v a r i a b l e s e c t i o n e f f e c t ;s p e c i a l -s h a p e d f r i c t i o n p i l e ;l o a d -b e a r i n g p e r f o r m a n c e ;d i s p l a c e m e n t f i e l d ;pi l e p a r a m e t e r ;f i n i t e e l e m e n t m e t h o d (F E M )0 引 言传统等截面的预制管桩具有强度高㊁施工快㊁质量可靠等优点,被广泛应用于各类设施的基础中㊂传统等截面管桩的桩身相对较光滑,若桩周土体强度较低,等截面管桩提供的侧摩阻力有限[1],单桩承载力低;另一方面,传统管桩的桩身结构抗压强度明显高于由桩侧阻力和桩端阻力确定的竖向承载力,桩基失效往往以地基土破坏的形式出现,但桩身结构完好,桩身强度得不到充分利用[2]㊂针对传统等截面管桩的上述特点,国内外研发了各种变截面桩,传统管桩及各类变截面桩如图1所示㊂变截面的预制桩和灌注桩在实际工程中较为常见,在日本已得到广泛应用的竹节桩是其代表之一㊂竹节桩桩体上具有数个环状突起物,能有效提升桩侧阻力,有研究表明竹节桩的侧摩阻力约为等截面管桩的2.5~5.0倍[3-4]㊂近年来,螺旋钢管桩在北美地区得到了广泛应用[5-6]㊂螺旋钢管桩由一个或多个固定在桩体中心轴上的螺旋状支承板组成,由于螺旋支承板扩大了桩土接触面积,其抗压㊁抗侧向承载性能较传统管桩有了大幅提高㊂锥形桩自桩顶至桩端呈倒锥形,随着锥尖段深入土层,桩侧阻力得到极大提升,由于其承载力分布特殊,受到研究人员关注[7-8]㊂在国内钻孔灌注桩施工时增加挤扩工序,在桩身增加多个圆台状的扩大盘,形成了径向多节扩孔灌注桩,有研究表明扩大盘能承载单桩全部荷载的60%以上,承载性能显著优于传统钻孔灌注桩[9]㊂上述变截面桩型,大多是桩身上设置节㊁板等形式,增大桩土接触面积,达到提升桩侧阻力的目的,但桩身变截面区域的材料性能发挥受限,在我国未能实现大规模产业化应用㊂图1 传统管桩及各类变截面桩[3,5,7,9] 传统灌注桩施工时易形成变截面,由于其钢筋笼是为等截面桩型设计的,由施工工艺产生的变桩截面效应是不可控因素,桩身变截面区域的材料性能发挥有限,在实际应用上并不可靠㊂预制桩强度高㊁质量可靠,其在进行变截面设计时桩身应力均匀,因此在桩基设计和施工中须考虑变截面效应㊂国内外产业化应用和相应规程的制定,促进了变截面预制桩的蓬勃发展㊂我国自1992年引进竹节桩以来,自主研发了带桩大头或带翼板的预应力管桩,形成了竹节桩机械连接方式等[10]㊂其中,变截面异型桩(如图1(f )所示)沿桩身在定距长度上布置了众多宽度远大于竹节的变截面环,提高了桩土接触面积,加强了桩侧阻力发挥[11];同时实现了变截面区域的材料与桩身同质化,改善了变截面区域的桩身力学性能,此类型的预制桩在我国称为异型桩㊂异型桩的种类丰富,已有研究表明,带环肋预应力异256浙江理工大学学报(自然科学)2023年 第49卷型管桩的极限承载力较等截面圆桩提高13.10%[12]㊂竹节桩和水泥土结合,形成静钻根植竹节桩,利用了水泥土较大的比表面积,从而获得更高的侧摩阻力,又改善了竹节桩在软弱土层施工时的挤土效应[13]㊂国内学者针对异型桩做出了形式和研究方法上的创新,并取得了一定的成果,然而由于现场条件或模型数量的限制,试验仅适用于特定条件下承载变形特性的分析,结果有一定的局限性㊂数值模拟方法为桩基工程问题的研究提供了一种高效且便捷的有力手段[14]㊂刘清瑶等[15]利用A B A Q U S对预应力竹节桩进行三维模拟,土体采用摩尔-库仑(M o h r-C o u l o m b)模型,发现休止期在40d时,桩周围土体强度并未完全恢复,而有限元计算时忽略了这一点,因此得到模拟值大于实测值㊂工厂生产的预制桩具有鲜明的建筑工业化特色,由此研发的变截面异型预制桩在我国得到大规模推广和产业化应用㊂一方面,异型桩的侧摩阻力较同规格普通管桩得到了提升,在软弱土中可以减少布桩密度[16],从而改善布桩密集引发的严重挤土效应;另一方面,由于异型桩变截面区域的材料与桩身同质化,桩身的力学性能得到了提升[17],可适应硬土层㊁液化土层等对桩身承载力有更高要求的地层㊂然而,与等截面桩相比,变截面异型桩桩周土体易发生变形破坏,在各个加载阶段的变截面异型桩与土体的相互作用机理并不明确㊂量化桩身变截面效应对变截面异型摩擦桩承载性能的影响至关重要㊂本文通过有限元方法分析变截面环数㊁变截面段直径以及不同土质条件下变截面异型桩的周边土体位移场,变截面处的桩周土体破坏失效机理,以及变截面和非变截面的桩身轴力和桩周阻力分布,揭示变截面异型桩的桩土相互作用机理,为变截面异型桩承载性能的理论分析和试验研究提供思路,同时为工程实际有效应用变截面异型桩提供参考㊂1有限元模型构建1.1本构模型和参数由于桩身强度远大于桩周土体,桩身本构模型为线弹性;桩的弹性模量为20G P a,泊松比为0.15㊂桩周土体为砂性土,选用M o h r-C o u l o m b模型,杨氏模量为20M P a,泊松比为0.35,摩擦角为25ʎ,黏聚力为1k P a㊂桩土接触关系对于变截面异型桩的计算至关重要,需要定义的接触关系有法向行为和切向行为㊂在本文构建的模型中,桩土接触法向行为采用硬接触,即两物体只有在紧密接触时才能传递法向压力,两物体之间有间隙时不传递法向压力;切向行为采用摩擦模型中的罚刚度算法,指定摩擦系数以及弹性滑移㊂本文采用R a n d o l p h等[18]给出的摩擦系数μ进行桩土界面切向作用计算,计算公式为:ϕ=t a n-1s i nφ㊃c o sφ1+s i n2φ(1)μ=t a nϕ(2)其中:φ为土体内摩擦角,ϕ为桩土界面摩擦角㊂在模型中,以桩体表面为主控面㊁土体的表面为从控面来建立桩土接触关系㊂为使计算过程容易收敛,桩土接触面弹性滑移设置为0.005㊂1.2边界条件㊁网格划分及计算步骤建立轴对称模型,桩身变截面段直径D v为1.4m,非变截面段直径D p为1.0m,桩长L为18.0m,桩顶与土体表面齐平㊂考虑到模型的边界效应,土体采用宽度20D p㊁高2L的长方形㊂桩与土体模型绘制如图2(a)及图2(b)所示㊂模型网格划分时单元类型都采用轴对称四节点单元(C A X4),网格形状为四边形,采用扫掠网格划分技术(S W E E P),划分结果如图2(c)所示㊂模型边界条件约束侧边水平位移,底部水平位移以及竖向位移如图2(d)所示㊂本文对计算模型进行处理,其中加载方式采用位移控制加载,在桩顶设置竖直向下的位移荷载,输入各时间点的位移增幅,获取加载全过程的应力应变情况㊂初始分析步由系统自动生成,随后进行模型地应力平衡,最后在荷载分析步中添加位移控制㊂1.3变桩截面数据处理本模型由于桩体变截面段的存在,桩体对土体的剪切作用包含桩侧表面剪切以及变截面段剪切效应,因此不能直接选取接触面的剪切应力作为桩侧摩阻力㊂在桩体中心提取应力,利用公式N=σˑA p(N为桩身轴力,σ表示桩身截面应力,A p表示桩横截面积)求出桩的轴力分布㊂常规等截面桩侧土体仅受到桩侧表面的剪切力,一般选取接触面的剪切应力作为桩侧摩阻力㊂本文将相邻段桩身轴力之差除以包括变形台阶的桩段侧表面积,以此结果作为该段桩侧摩阻力㊂桩顶压力和位移分别由桩顶单元的内力和加载位移量得到㊂通过桩顶最上层单元的正应力σ22以及竖向位移s,得到其随位移加载步的变化,并取平均值,将σ22乘以A p得到桩顶荷载Q,并绘制Q-s曲线㊂356第5期张哲伦等:桩身变截面效应对异型摩擦桩承载性能的影响分析图2 桩与土体模型㊁网格划分及边界条件1.4 模型对比验证为验证所建模型的可靠性,对实际工程中的试桩进行数值模拟计算,将实测结果与计算结果对比㊂杭州某工程位于西湖区袁浦镇兰溪口村[19],建筑基础采用普通预应力管桩和变截面管桩,变截面试桩几何参数一致,为S 1和S 2,桩长15m ,桩身采用C 60混凝土,管桩变截面处桩径为500m m ,非变截面处桩径φ为430m m ,普通预应力管桩桩径为430m m ,壁厚为115m m ;桩持力层为第4层砂质粉土层,现场施工采用静压法压桩㊂场地地层及物理力学性质指标见表1,试桩基本特征见表2㊂表1 土层物理力学性质指标序号土层名称层厚/m 重度γ1/(kN ㊃m -3)黏聚力c /k P a内摩擦角φ/(ʎ)压缩模量E S /M P a 1黏质粉土4.5519.114.018.15.72黏质粉土4.7219.59.118.96.83砂质粉土4.0019.810.322.97.34砂质粉土9.4319.46.029.012.35淤泥质粉质黏土7.3017.75.45.12.96粉砂夹粉质黏土5.0020.012.624.49.0表2 试桩几何尺寸桩长/m 桩外径/m m 变截面直径/m m 变截面厚度/m m 变截面间距/m m 15430500351000变截面异型桩数值计算与实测Q -s 曲线如图3所示,从图中可以看到:试桩S 1曲线与试桩S 2曲线前期走势基本重合,后期二者逐渐形成差距,考虑到场地地层土质的不均匀性,并且现场实测时桩周土强度尚未完全恢复,模拟值曲线处于试桩S 1与试桩S 2曲线之间,模拟计算曲线与实测曲线总体趋势较为一致㊂结果表明,本文采用的桩土材料特性㊁桩土接触关系以及建模方式能够较好地反映工程实际中试桩的承载性状㊂2 变截面效应分析2.1 土体位移场桩身主体直径D p 为1.0m ,变截面环数n 为8,通过设置变截面段直径D v 分别为1.2㊁1.4m 和1.6m ,并与等截面桩(D p 为1.0m )对比来分析变图3 变截面异型桩数值计算与实测Q -s 曲线截面直径对土体位移场及桩身承载性能的影响㊂模拟得到了竖向位移加载分别为6㊁20㊁40m m 和60m m 时的土体位移场云图,如图4所示㊂在相同位移荷载下,随变截面直径D v 的增大,桩周土体位移受影响范围也增大;当竖向加载位移逐渐增大时,桩土滑移也会逐渐增大,直至非变截面段的土体沿着桩变截面外径发生了整体剪切㊂在各竖向位移加载下,不同变截面直径D v 的桩周地表土体径向距离l /D p 与该点的沉降s r曲线456浙江理工大学学报(自然科学)2023年 第49卷如图5所示,其中l 为地表点到桩边缘的距离㊂从图5可以看出,在相同的桩顶位移加载下,变截面异型桩桩周土体沉降随变截面直径的增大而增大㊂这表明桩周土受桩身变截面的影响显著㊂图6为考虑变截面效应影响的Q -s 曲线,从图中可以看出,变截面异型桩的承载力受到变截面效应影响很大㊂在相同的沉降控制条件下,变截面异型桩能提供的桩身承载力更大,且变截面直径D v 越大,越有利于控制桩体沉降㊂图4 不同变截面直径下变截面异型桩桩周土体位移场图5 不同变截面直径下变截面异型桩桩周地表沉降曲线为分析变截面环数对土体位移场及桩的承载性能影响,设置桩身主体直径D p 为1.0m ,变截面处直径D v 为1.4m ,变截面环数分别为2㊁4㊁6和8,模拟得到土体位移场图,如图7所示㊂从图7可以看出,在桩顶相同位移加载下,随变截面环数n 的增加,相邻的变截面间距减小,桩周土体位移受影响图6 不同变截面直径下变截面异型桩基Q -s 曲线范围增大㊂不同变截面环数n 下的桩周土体位移对比可知,随着桩长范围内变截面环数n 的增加,桩周土体由变截面环区域的局部破坏逐渐转变为相邻两个变截面段及中间土体形成的整体剪切破坏㊂在各竖向位移加载下,不同变截面环数n 时的桩周地表土体径向距离l /D p 与该点的沉降s r曲线556第5期张哲伦等:桩身变截面效应对异型摩擦桩承载性能的影响分析如图8所示㊂从图8可以看出,随变截面环数n 的增加,相邻的变截面间距减小,地表径向距离l 处的地表沉降s r随变截面间距的减小而增大㊂当变截面环数n 为6与8时,地表径向的沉降几乎一致,表明变截面环数n 从6增加到8,对周围地表沉降的影响变化不大㊂因此,在变截面异型桩设计时,变截面环数n 存在最优环数,在本例中选用变截面环数n =6可作为合理方案㊂图7 不同变截面环数下变截面异型桩桩周土体位移场图8 不同变截面环数下变截面异型桩桩周地表沉降曲线不同变截面环数下的桩基Q -s 曲线如图9所示㊂从图9中可以看出,4根曲线走势基本一致㊂在荷载较小的阶段,变截面环数n 对桩体沉降的影响较小,且同一荷载下不同变截面环数n 的桩体沉降基本相等;随着桩顶荷载的增大,变截面环数n 对桩体沉降的影响逐渐明显,在较大的相同荷载下,变截面环数为2时的桩体沉降最大,变截面环数为8时的桩体沉降最小,且变截面环视为6和8时的桩体沉降Q -s 曲线相差无几㊂这表明,变截面环数n 从6增加到8,对桩体沉降的影响变化不大㊂故在变截面异型桩设计时,可考虑6变截面作为合理的环数,与图8的结论一致㊂图9 不同变截面环数下变截面异型桩Q -s 曲线2.2 桩身轴力分布桩身主体直径D p 为1.0m ,变截面环数n 为656浙江理工大学学报(自然科学)2023年 第49卷8,通过设置变截面段直径D v 分别为1.2㊁1.4m 和1.6m ,并与等截面桩(D p 为1.0m )对比来分析变截面直径D v 对桩身轴力N 分布的影响㊂不同变截面直径D v 下的桩身轴力分布如图10所示㊂从图10中可知,无论是否有变截面段的存在,随着深度的增大,由于桩侧摩阻力的作用,桩身轴力整体呈衰减趋势㊂变截面的存在能有效减小非变截面段桩身轴力,在荷载水平较小的阶段,桩身变截面段轴力曲线波动不大,这表明此时变截面的作用并不显著;在荷载水平较大的阶段,桩身非变截面段轴力骤减,这表明变截面对于削减桩身轴力有明显作用,且削减幅度与变截面段直径㊁桩身轴力水平呈正相关㊂变截面对桩身轴力的影响,依赖于桩顶荷载的大小㊂图10 不同变截面直径下变截面异型桩身轴力分布曲线桩身主体直径D p 为1.0m ,变截面处直径D v 为1.4m ,通过设置变截面环数分别为2㊁4㊁6和8,分析变截面环数n 对桩身轴力N 的影响,模拟得到了不同变截面环数下的桩身轴力分布曲线,如图11所示㊂其中,变截面环数为8的桩身轴力如图10(c )所示㊂从图11中可以看出:在加载初期,桩身轴力沿深度方向整体呈近似斜直线趋势衰减;在加载后期,桩身轴力沿深度方向整体呈近似抛物线趋势加速衰减㊂变截面环数不会影响桩身轴力衰减的整体趋势,桩基非变截面段轴力远小于变截面段㊂756第5期张哲伦等:桩身变截面效应对异型摩擦桩承载性能的影响分析图11 不同变截面环数下变截面异型桩身轴力分布曲线桩身轴力N 与变截面环数n 呈正相关性,相同位移荷载下,桩长范围内存在2变截面时,桩顶荷载最小,约为7700k N ,桩长范围内存在8变截面时,桩顶荷载最大,约为10200k N ㊂对比图11(c )和图10(c )可以发现,桩长范围内存在6变截面时,桩顶荷载约为10000k N ,与8变截面时最终承载力差距不大,表明变截面环数从6增加到8,对桩体承载力的影响变化不大,这与上述位移场分析结论一致㊂2.3 等效桩侧摩阻力 由1.3节的数据处理方式得到深度z 处的等效桩侧摩阻力㊂不同变截面直径下竖向受荷桩侧摩阻力分布如图12所示,不同变截面环数下竖向受荷桩侧摩阻力分布如图13所示,变截面环数为8的桩侧摩阻力如图12(c )所示㊂从图12可以看出:等截面桩和变截面异型桩侧摩阻力随位移加载的增大而增大,加载为40m m 和60m m 时桩侧摩阻力q s 的提升不大,表明此时侧摩阻力q s 接近极限值;在沿深度方向上,等截面桩侧摩阻力持续增大,而变截面异型桩侧摩阻力曲折上升,变截面段侧阻力远高于非变截面段㊂图12表明,随着变截面段直径D v 的增大,变截面段侧摩阻力也在增大,且变截面段侧摩阻力占总侧摩阻力的比重在上升,这也说明了变截面段能856浙江理工大学学报(自然科学)2023年 第49卷将上部荷载有效地传递至地基土㊂图13(c )和图12(c)表明,在相同位移加载下,随着变截面环数n 的增加,变截面间距的减小,变截面段与非变截面段的侧摩阻力差值在变小㊂图12 不同变截面直径下竖向受荷桩侧摩阻力分布3 不同土质下变截面效应分析上述对竖向受荷变截面异型桩的受力及桩周位移场分析表明,竖向荷载作用下变截面异型桩的工作机理与等截面桩的工作机理有所不同,一部分竖向荷载通过桩侧向阻力传递给桩周土,另一部分荷载通过变截面处的凹凸面阻力传递给桩周土㊂为进一步量化桩身变桩截面效应在桩竖向承载中的作用,设置桩身主体直径D p 为1.0m ,变截面处直径D v 为1.4m ,变截面环数n 为8,分别在黏性土和砂性土条件下进行数值计算㊂考虑到工程应用,黏性土通过液性指数I L 得到计算所需参数,砂性土根据标准贯入试验锤击数M确定计算参数,I L 和M 值代入相关经验公式推算得出其他计算参数,桩-土摩擦系数μ可根据式(1) (2)求得,黏性土相关参数可查表格获取经验值㊂砂性土内摩擦角φ可根据式(3)[20]求得:φ=0.3M +27(3) 按照一般经验,弹性模量E 与压缩模量E s 关系见式(4)[21]:E =2.5~3.5E s(4) 其他计算参数详见表3㊂956第5期张哲伦等:桩身变截面效应对异型摩擦桩承载性能的影响分析图13不同变截面环数下变截面异型桩侧摩阻力分布表3土体相关物理力学性质指标土质物理状态标贯锤击数M液性指数I L泊松比ν黏聚力c/k P a内摩擦角φ/(ʎ)桩土摩擦系数μ压缩模量E s/M P a黏性土砂性土软塑30.8750.4017.017.70.26517.0软可塑60.6250.3742.520.50.292210.0硬可塑130.3750.3372.023.80.317516.0硬塑250.1250.3098.026.40.332527.5稍密13 0.301.030.90.348716.0中密23 0.301.033.90.353126.0密实30 0.301.036.00.353432.0不同土质中变截面异型桩桩周土体位移场见图14㊂在最大竖向位移加载为60m m下,由图14(a)可见,黏性土的物理状态对桩土界面运动形式影响大,随着液性指数的减小和黏聚力增大,变截面段外侧桩周土由整体直线型破坏转变为变截面凸段的局部剪切变形㊂这表明在黏性土中变截面异型桩桩侧阻力的发挥与土体的物理状态关系密切㊂与黏性土不同,由于砂性土黏聚力几乎为0,桩周土沿着变截面段外侧呈整体直线型变形,密实度对桩土界面滑移形式影响有限,桩侧阻力主要由变截面段外侧形066浙江理工大学学报(自然科学)2023年第49卷成的桩土界面提供,如图14(b)所示㊂在竖向加载下,黏性土和砂性土中变截面异型桩的Q -s 曲线如图15所示㊂在黏性土中,随着液性指数的减小和黏聚力增大,变截面异型桩的Q -s 越平缓,其极限承载力越大;在砂性土中,当桩顶位移加载超过一定数值后,Q -s 曲线变陡趋势明显㊂图15(a )和图15(b )对比也表明黏性土较砂性土的曲线更加平缓,在本次计算中,取40m m 对应的荷载值作为单桩竖向抗压极限承载力㊂图14 不同土质中变截面异型桩桩周土体位移场图15 不同土质中变截面异型桩Q -s 曲线依据‘建筑桩基技术规范“(J G J 94 2008)和‘预应力混凝土异型预制桩技术规程“(J G J /T405 2017),根据土的物理指标与承载力之间的经验关系确定异型桩单桩竖向抗压极限承载力Q uk时,可按式(5) (6)估算:Q u k =βc u p ðq s i k L i +q p k (A j +λpA p l )(5)q s k=ðq s i k L i L(6)其中:u p 为桩身最大周长,m ;q s i k为桩侧第i 层土的极限侧阻力标准值,k P a ;L i 为桩身穿越第i 层土的厚度,m ;L 为桩身长度,m ;q pk 为桩极限端阻力标准值,k P a ;q s k为土层极限侧阻力标准加权值,k P a ;A j 为桩端净面积,m 2;λp为桩端土塞效应系数,对于闭口桩,λp =1;A p l 为桩端空心处面积,m 2;βc为竖向抗压截面侧阻力影响系数,对于纵向不变截面异型桩βc取1;对于纵向变截面异型桩,可按表4取值㊂表4 纵向变截面异型桩竖向抗压截面侧阻力影响系数土层极限侧阻力标准加权值q s k ɤ1414<q s k ɤ54q s k >54βc1.10βc =0.005q s k +1.031.30分别对变截面异型桩在黏性土和砂性土下进行数值计算与规范计算,得极限承载力结果对比如图16(a )和图16(b )所示㊂其中,取等截面桩身直径D p 为1.4m ,依据式(5)计算同等条件下极限承载力㊂从图16中可以看出,本例中按规范经验公式计算结果偏于保守,数值模拟结果均大于规范经验公式计算结果㊂在黏性土下,变截面异型桩基极限承载力随液性指数增大而减小,极限承载力数值结果166第5期张哲伦等:桩身变截面效应对异型摩擦桩承载性能的影响分析约为规范计算结果的1.12~1.26倍,二者差值随液性指数增大呈减小趋势;在砂性土下,变截面异型桩基极限承载力随标贯锤击数M 值增大而增大,在M 值较小时,计算差值较大,模拟值约为规范计算值1.04~1.51倍,随着M 值增大,计算差值逐渐减小㊂图16 不同土质下变截面异型桩极限承载力曲线在同等条件下,变截面异型桩的极限承载力均大于取桩身最大周长非变截面桩的极限承载力㊂这表明变截面异型桩的极限承载力不能简单地利用等截面桩的极限承载力进行等效计算,桩身变截面充分地发挥了桩周土的物理力学性质,桩土相互作用机理较等截面桩与土的相互作用更加复杂㊂4 结 论本文为研究变截面效应对异型桩承载力性能的影响,通过有限元方法分析变截面异型桩变截面直径㊁间距以及不同土质条件下,变截面异型桩的周边土体位移场,变截面处的桩周土体破坏失效机理,以及桩身轴力和桩周阻力分布,得出以下结论:a)变截面异型桩竖向受荷时,桩周土体的破坏形式由变截面环区域的局部破坏逐渐转变为非变截面段的土体沿着桩变截面外径发生了整体剪切,近似于以变截面径向尺寸为直径的等截面桩与土的相互作用效果㊂这在砂性土中尤为明显㊂b)变截面异型桩竖向极限抗压承载力随变截面环数增加而增大,增大效益随变截面环数增加而减小,存在最优变截面环数㊂c )变截面不会改变桩身轴力和侧摩阻力的整体趋势,变截面段轴力和侧摩阻力远大于非变截面段,桩身结构强度得到充分发挥㊂d)本例中按规范经验公式所求极限承载力较数值计算结果偏于保守,黏性土下计算偏差小于砂性土㊂本文通过有限元软件分析变截面异型桩的承载性能,避免了理论推导和试验工作的复杂性,同时也能为变截面异型桩的发展应用提供研究思路㊂采用变截面异型桩,较采用变截面异型桩身最大周长的普通管桩,侧摩阻力得以提高㊂这在工程实际中,一方面可以减少布桩密度,另一方面可以降低工厂生产同承载力预制类桩的材料成本㊂参考文献:[1]黄敏,龚晓南.一种带翼板预应力管桩及其性能初步研究[J ].土木工程学报,2005,38(5):59-62.[2]熊厚仁,蒋元海,杨建永,等.新型带肋预应力管桩承载特性试验研究[J ].混凝土与水泥制品,2009(2):32-35.[3]O g u r a H ,Y a m a g a t a K ,K i s h i d a H.S t u d y o n b e a r i n gc a p a c i t y o f n od u l a r c y l i n de r p i l e b ys c a l e d m o d e l t e s t [J ].J o u r n a l o f S t r u c t u r a l a n d C o n s t r u c t i o n E n g i n e e r i n g(T r a n s a c t i o n s o f A I J ),1987,374:87-97.[4]O g u r a H ,Y a m a g a t a K ,O h s u g i F .S t u d y o n b e a r i n gc a p a c i t y o f n od u l a r c y l i n de r p i l e b y fu l l -s c a l e t e s t o f ja c k e d p i l e s [J ].J o u r n a l o f S t r u c t u r a l a n d C o n s t r u c t i o n E n g i n e e r i n g (T r a n s a c t i o n s o f A I J ),1988,386:66-77.[5]S h a r i f Y U ,B r o w n M J ,C e r f o n t a i n e B ,e t a l .E f f e c t s o fs c r e w p i l e i n s t a l l a t i o n o n i n s t a l l a t i o n r e qu i r e m e n t s a n d i n -s e r v i c e p e r f o r m a n c e u s i n g t h e d i s c r e t e e l e m e n t m e t h o d [J ].C a n a d i a n G e o t e c h n i c a l J o u r n a l ,2021,58(9):1334-1350.[6]C e r f o n t a i n e B ,B r o w n M J ,K n a p pe t t J A ,e t a l .C o n t r o l of s c r e w p i l e i n s t a l l a t i o n t o o pt i m i s e p e r f o r m a n c e f o r o f f s h o r e e n e r g y a p p l i c a t i o n s [J ].G o t e c h n i qu e ,2023,73(3):234-249.266浙江理工大学学报(自然科学)2023年 第49卷。
建筑工程预应力高强混凝土管桩技术的研究李陈炀
建筑工程预应力高强混凝土管桩技术的研究李陈炀摘要：本文以高强预应力混凝土管桩技术为研究对象，对这种管桩的主要分类进行描述介绍，从它在工程准备工作各环节中的注意事项、在具体施工过程中的作用等方面入手，对其进行详细的剖析，旨在为相关人员提供参考、丰富此领域的知识、满足建筑工程的需要、提升工程质量，希望能够有所帮助。
关键词：建筑工程；预应力高强混凝土管桩；施工技术；试桩引言：经济社会快速发展，建筑业也蓬勃发展，预应力高强混凝土管桩技术作为建筑业的重要技术之一，占据十分重要的地位。
它的分类繁多，准备工作较为复杂，在施工过程中的具体应用效果也十分显著，本文就以上几个方面对这种管桩技术进行探讨分析，旨在更加深入地了解混凝土管桩技术，探寻施工过程中的注意事项，这样有助于管桩技术的进一步研究和推广。
一、高强预应力混凝土管桩分类（一）异形桩异形桩是一种从传统圆形桩演变而来的新型桩形，外形不同，但内部仍为圆形。
它主要分为纵截面异形桩和横截面异形桩，两种类型都能够充分利用周围环境土层的性质来发挥自身优势，它的承载力、稳定性以及适宜性较传统形状的管桩来说都十分优秀，除此之外，它因为形状优势还能在最大限度上发挥地基土和它自身的潜力，并且做到节省原材料、降低施工成本，因而得到施工单位的青睐。
（二）H型钢混凝土桩H型钢混凝土桩是一种全新的管桩，它的中心呈H型，周围由混凝土包裹，和芯模振动成型压力管相似，因为它独特的形状，所以它具有很好的抗压性和抗弯性，是传统的钢柱和混凝土的结合。
它在国外被广泛利用，在我国出现得较少，但随着经济社会发展，建筑行业对于工程的安全性、美观性要求日益增高，H型钢混凝土桩也会被继续挖掘、发展、利用。
（三）大直径钢绞线预应力混凝土管桩现如今，大直径钢绞线预应力混凝土管桩的主要材料使得管桩与混凝土良好融合，可以拼接、任意改变，灵活性较强，具有高强度、高密实性，吸水性低，因而耐久性好，在相同条件下，承载力更高且适用于任何土质，能够满足大部分工程的需要，特别是港口和桥梁搭建工程，所以，这种管桩也成为了许多工程的选择，被广泛应用。
竖向荷载下超长桩的承载力和变位模型分析
竖向荷载下超长桩的承载力和变位模型分析摘要：本文基于桩端沿用传统双曲线荷载传递模型模拟土的非线性变形特性，桩侧采用广义双曲荷载传递模型反映桩侧土的弹塑性规律及侧土软化及稳定工作状态，并利用Mindlin解考虑桩周摩阻力对桩端沉降的影响，建立了超长桩在层状地基中的荷载传递分析模型。
关键词：竖向荷载超长桩模型Abstract: this paper, based on the pile end adhere to the traditional hyperbolic load transfer model of soil nonlinear deformation characteristics, pile by use of the generalized hyperbolic load transfer model of soil reflect pile elastic-plastic rule and the earth and steady working state soften, and using Mindlin solution consideration of ZhouMa resistance on pile end the influence of the settlement, a super-long pile foundation in layer of load transfer analysis model.Key words: the vertical load model of super-long pile20世纪50年代，Seed和Reese首先提出了竖向载荷作用下，适用于软土地基桩基础的荷载传递法。
此后，国内外学者针对竖向载荷下桩身荷载传递规律及桩土共同作用机理展开了一系列研究，提出了大量的荷载传递法计算模型，包括线弹性模型、理想弹塑性模型、双折线模型、三折线软化模型、双曲线模型、抛物线模型和指数模型，然而，传统双曲线模型以中短桩的荷载传递规律为基础，并不能很好的表现超长桩的实际荷载传递特性。
冻土弹塑性各向异性损伤模型及其损伤分析
第24卷 第19期岩石力学与工程学报 V ol.24 No.192005年10月 Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering Oct.，2005收稿日期：2004–07–23；修回日期：2004–10–25基金项目：中国科学院知识创新重大工程项目(KZCX1–SW –04)作者简介：孙星亮(1970–)，男，博士，1993毕业于石家庄铁道学院隧道及地下工程专业，现任副教授，主要从事隧道软弱围岩稳定性及特殊土力学方面的教学与研究工作。
Email ：sun.x.l@ 。
冻土弹塑性各向异性损伤模型及其损伤分析孙星亮1，2，汪 稔2，胡明鉴2(1. 石家庄铁道学院 土木工程分院，河北 石家庄 050043；2. 中国科学院 武汉岩土力学研究所，湖北 武汉 430071)摘要：基于不可逆热力学理论，通过引入能考虑冻土体积变形的塑性势函数，得到冻土弹塑性各向异性损伤本构方程，在与损伤张量对偶的广义力——应变能释放率空间中，构造了损伤累积势函数，并导出各向异性损伤演化方程。
应用此模型分析冻土三轴试验资料，计算结果与试验吻合较好。
计算结果表明：(1) 冻土变形过程中的弹性损伤只占总损伤量的很小一部分，绝大部分损伤发生在塑性变形阶段；(2) 围压的增大，有助于冻土结构的强化，从而减少冻土结构的总损伤量。
关键词：土力学；冻土；弹塑性；各向异性损伤；损伤演化中图分类号：TU 445 文献标识码：A 文章编号：1000–6915(2005)19–3517–05AN ELASTOPLASTIC ANISOTROPIC DAMAGEMODEL FOR FROZEN SOIL AND ITS DAMAGE ANALYSISSUN Xing-liang 1，2，WANG Ren 2，HU Ming-jian 2(1. School of Civil Engineering ，Shijiazhuang Railway Institute ，Shijiazhuang 050043，China ； 2. Institute of Rock and Soil Mechanics ，Chinese Academy of Sciences ，Wuhan 430071，China )Abstract ：On the basis of irreversible thermodynamic theory ，an elastoplastic anisotropic damage constitutive model is presented by introduction of a plastic potential function considering the volume change of frozen soil. The anisotropic damage evolution equation is derived from the damage accumulated potential function, which is constructed in the space of the damage strain energy release rate that is conjugated with damage tensor. Triaxial tests are chosen to illustrate the application of this model ，and good agreement between experimental data and numerically simulated ones is obtained. The calculated results indicate that the amount of elastic damage only accounts for a small percentage of total structural damage of frozen soil ，and most part of damage takes place during the plastic deformation phase. The increase in confining stress can strengthen the structure and reduce the amount of total damage of frozen soil.Key words ：soil mechanics ；frozen soil ；elastoplasticity ；anisotropic damage ；damage evolution1 引 言冻土的变形和强度一直是冻土力学研究和工程设计、施工所关注的研究课题。
桩基概论极限状态法研究和工程应用
桩基概论极限状态法研究和工程应用摘要：随着现代化科学技术的不断发展，可靠性问题在各种工程学科中占有日益重要的地位。
桩基作为建筑物常见的基础形式，在建筑物设计的安全、经济方面发挥着重要作用。
而桩基工程属于隐蔽性工程，影响因素较多，稍有不慎取决于桩基工程的质量和水平，建筑工程事故中，很多都与桩基工程有关。
因此，桩基工程的施工质量好坏直接影响着建筑物的安危，而我国目前的有关技术政策规定：结构设计应逐步采用概率极限状态法设计。
本文就针对桩基概论极限状态法进行研究，同时也探讨了桩基概论极限状态法在实际工程中的应用。
关键词：桩基;极限状态;工程应用一、桩基发展简概述桩基又叫桩基础，是一种古老的基础型式。
也是工程建筑基础中的一种，由基桩和联接于桩顶的承台共同组成，桩基主要的作用是负责把荷载转给持力层。
桩工技术经历了几千年的发展过程，在我国，最早的桩基是浙江省河姆渡的原始社会居住的遗址中发现的。
到宋代，桩基技术已经比较成熟。
但在水泥问世前，能用的桩型只有木桩和石桩。
19世纪中叶以后，由于水泥工业的出现和发展，出现混凝土桩和钢筋混凝土桩。
到了20世纪20年代特别是二战后，随着桩基理论和技术的迅猛发展，桩的应用范围不断扩大，桩的类型和施工工艺都有了很大的发展和变化。
目前，随着高层建筑和市政建设的发展，桩基础在基础工程中的位置愈显重要。
就混凝土灌注桩、混凝土预制桩和钢桩三大系列而言，发展最快、适用范围最广的是灌注桩。
这是因为灌注桩具有施工时无振动、无挤土、噪音小、宜于在城市建筑物密集地区使用等优点，因此，在施工中得到较为广泛的应用。
但是由于桩基种类繁多，施工工艺差异大，加之地层变化复杂，施工过程中可能会使桩身出现缩径,扩径，夹泥，离析，断桩等缺陷，当然施工后由机械开挖，碰撞也会引起浅部桩身缺陷。
桩身缺陷的存在会改变基桩的正常工作性状，从而对基础产生潜在危险。
通过验收检测评价桩身完整性是保证基础安全的必然。
为了使地基基础工程与上部结构的设计相协调配套，以便能对整个建筑物有统一科学的安全评判标准，在地基基础设计中应采用概率极限状态设计。
变截面桩扭转振动与纵向振动桩顶响应对比研究
739
式中: m ( t ) 和 m 0 ( t ) 分别为桩顶激振扭矩和
桩底土对第 1段桩的桩尖作用扭矩, 桩底扭
矩 m 0 ( t) 可表示为: m 0 ( t) = kb 1 + cb 1 / t,
由文献 [ 9] 中式 ( 10) ~ ( 12), 取 a0 ! ∀ , 得
到桩底土扭转刚度系数 kb 以及阻尼系数 cb 的
2) 土体材料阻尼为粘性阻尼, 即阻尼力与应变率 成 正比;
图 1 计算简图 F ig. 1 D ynam ic model fo r p ile- so il sy stem
3) 土层上表面为自由边界, 无正应力、剪应力;
4) 桩土体系扭转振动时, 桩周土水平径向位移可忽略;
5) 桩为弹性、竖直、圆形截面桩, 第 k段桩中桩身材料参数分别为: 桩身密度为 pk, 剪切模量 Gpk, 剪 切波速 Vpk, 极惯性矩 Jk, 桩截面半径为 rpk;
第 k段桩周土的桩土体系计算简图如图 2所示, 取第 k段桩周土中任一点的纵向振动位移为 u k ( r, z,
t) , 可建立轴对称粘弹+
1 r
u k ( r, z, r
t)
-
u
k
( r, z, r2
t) +
C sk
G sk t
u2k ( r, z, r2
表达式:
kb =
( 32 / 9)
V r3
s0 b s0 01
( 4a)
cb =
( !/ 2)
V r4
s0 b s0 01
( 4b)
式中, s0、Vb s0 分别为桩底土的密度和剪切波
速, r01 第 1段桩的桩径.
竖向荷载作用下桩筏基础可视化模型试验研究
竖向荷载作用下桩筏基础可视化模型试验研究郑刚;裴颖洁;刘双菊【期刊名称】《岩土力学》【年(卷),期】2008(29)11【摘要】进行了群桩基础可视化模型试验。
在试验过程中对各级竖向荷载作用下群桩基础桩、土的变形采用高清晰数码相机拍摄了照片。
通过对照片进行后处理分析,得到了桩、土的位移场,也对桩身轴力也进行了量测,在该基础上研究了群桩基础的变形性状和破坏模式,重点分析对比了桩间距和桩长对桩端土体沉降以及桩身侧摩阻力的影响。
试验发现,桩距是影响桩土相对滑移量的主要因素,桩距越大,桩身与土的相对滑移量就越大,桩端刺入量也越大。
在柔性筏基下,随桩距增加中桩的桩土相对滑移量可能会大于边桩。
桩端刺入量是大桩距桩基础主要的沉降构成,以桩端刺入量为研究对象建立一套大桩距基础新的沉降计算理论,似乎值得进一步研究。
桩顶向上刺入(可通过设置褥垫层、桩顶预留净空或设置可压缩垫块来实现)有利于桩间土的压密,减小桩端刺入量,甚至改变破坏模式。
【总页数】7页(P2912-2918)【关键词】桩筏基础;可视化模型试验;位移场;侧摩阻力【作者】郑刚;裴颖洁;刘双菊【作者单位】天津大学建筑工程学院,天津300072;上海岩土勘察设计院有限公司,上海200002【正文语种】中文【中图分类】TU473.1【相关文献】1.竖向荷载作用下地基弹簧刚度对超高层建筑桩筏基础筏板的影响 [J], 雷小虎;巢斯2.竖向荷载作用下斜桩承载特性模型试验研究 [J], 傅花3.竖向荷载作用下根式基础模型试验研究 [J], 刘臻; 朱大勇; 殷永高; 邹本辉; 侯超群4.考虑桩-土-筏板的共同作用时受竖向荷载的桩筏基础分析 [J], 李志富5.横竖向荷载共同作用下的基桩模型试验研究 [J], 刘琼;郑勇强因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
纵向和横向荷载下微倾单桩变形和内力的弹塑性解
纵向和横向荷载下微倾单桩变形和内力的弹塑性解张磊;龚晓南;李瑞娥;焦丹【摘要】为提高工程中桩身侧向变形较大时纵向和横向承载单桩的设计及计算水平,考虑桩身初始微倾斜及土体的弹塑性,采用矩阵计算法得到地基水平抗力系数为常数时桩身侧向变形和内力的解及桩身最大位移、最大弯矩及其所在位置的计算方法.研究结果表明:解的计算值与模型试验值较吻合;当桩顶自由时,桩身最大位移、最大弯矩及土体屈服后桩身最大弯矩距地面的距离均随桩身初始倾角的增大而增大;桩身初始微倾斜对桩身侧向响应的影响随纵向荷载的增大而增大;桩身最大位移、最大弯矩及桩身最大弯矩距地面的距离均随纵向荷载的增大而增大,且其变化速率随纵向荷载和桩身初始倾角的增大而增大,因此,土体的弹塑性、纵向荷载及桩身初始微倾斜等对桩身侧向响应的影响不容忽视.%In order to improve the design and calculation of the vertically and laterally loaded single pile with large lateral deflection,solutions of pile deflections and inner forces were obtained by matrix calculation,in which the slight initial inclination of pile shaft and the elastoplasticity of soil were considered.Calculation methods of the maximum lateral displacement,the maximum bending moment and their positions were also presented.The results show that the calculated values are in good agreement with model test results.Corresponding to the free-head boundary condition,the maximum displacement,the maximum bending moment and the distance between the position of the maximum bending moment and ground all increase with the increase of the initial inclination angle of pile shaft.Influences of the slight initial inclination of pile shaft on lateral pile responses become more obviouswhen the vertical load increases.The maximum displacement,the maximum bending moment and the distance between the position of the maximum bending moment and ground increase with the increase of vertical load,and the rates of change increase when vertical load and initial inclination angle of pile shaft increase.Therefore,the elastoplasticity of soil,the vertical load and the slight initial inclination of pile shaft play important roles in lateral pile responses.【期刊名称】《中南大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2017(048)007【总页数】7页(P1901-1907)【关键词】桩-土相互作用;倾角;纵横荷载;屈服;位移【作者】张磊;龚晓南;李瑞娥;焦丹【作者单位】西安建筑科技大学土木工程学院,陕西西安,710055;浙江大学软弱土与环境土工教育部重点实验室,浙江杭州,310058;西安建筑科技大学土木工程学院,陕西西安,710055;西安建筑科技大学理学院,陕西西安,710055【正文语种】中文【中图分类】TU473工程中多种原因可导致桩身初始微倾斜[1]：施工预制桩时，可能因桩身垂直度控制不好或打桩顺序不当而倾斜；施工灌注桩时，可能因桩孔倾斜而使桩身倾斜。
钢骨混凝土T形截面异形柱抗震性能试验研究的开题报告
钢骨混凝土T形截面异形柱抗震性能试验研究的开题报告一、选题意义T形截面异形柱作为一种新型结构柱，其相比于传统结构柱具有优异的受力和抗震性能，因此在工程实践中被广泛应用。
但是，由于其结构复杂，严重影响了其试验研究的开展，因此关于其抗震性能的研究仍然有待深入探究。
本文旨在通过钢骨混凝土T形截面异形柱抗震性能试验研究，对其受力机理及应对抗震性能的方法进行探究，从而提高其在实际工程应用中的安全性和可靠性。
二、选题背景T形截面异形柱是一种结构柱的新型结构，主要由钢骨和混凝土组成，其相较于其他结构柱具有紧凑、轻便和高强度的特点。
此外，它还可以通过优化结构设计和材料选择来提高其抗震性能，因此可以在地震灾害中发挥重要的保护作用。
然而，由于其结构繁琐、复杂，受力机理不同于传统结构柱，因此对其抗震性能的研究仍存在很多问题。
三、主要研究内容本文将针对T形截面异形柱的受力机理和抗震性能进行探究，具体研究内容如下：1. 建立钢骨混凝土T形截面异形柱的试验模型，对其进行施力试验，得到其荷载-位移曲线和变形模式。
2. 分析T形截面异形柱抗震性能的影响因素，包括荷载方向、走向和结构细节等，得到其受力机理和抗震性能表现特点。
3. 基于试验结果，提出T形截面异形柱的抗震设计方案，包括结构构造、材料选择、试验效果评价等，为其实际应用提供科学可靠的保障。
四、研究方法本文采用理论分析与试验结合的方法进行研究，具体包括试验制作、力学分析、数值模拟等环节。
具体分析方法如下：1. 建立T形截面异形柱的试验模型，对其进行力学分析，确定试验参数和试验方法。
2. 利用静力试验系统对试验样件进行荷载实验，设计实验荷载和荷载方式，测量样件的位移和应力变化。
3. 通过试验测量数据和数值模拟，分析试验样件的受力机理、变形特点和抗震性能表现，为下一步的抗震性能设计提供参考。
五、预期成果通过本次试验研究，期望得到如下成果：1. 建立了T形截面异形柱的试验模型，并得到了其荷载-位移曲线和变形模式。
2023年试验检测师之桥梁隧道工程每日一练试卷A卷含答案
2023年试验检测师之桥梁隧道工程每日一练试卷A卷含答案单选题（共100题）1、关于分项工程和实测项目检验的相关规定中，表述不正确的是（）。
A.外观质量和质量保证资料作为减分因素B.一般项目的合格率不得低于80%C.关键项目的合格率不得低于95%D.任一单个检测值不得超过规定的极限值【答案】 A2、《公路桥涵施工技术规范》（JTG/TF50-2011）属于我国结构工程标准和规范中的哪一个层次（）。
A.综合基础标准B.专业基础标准C.专业通用标准D.专业专用标准【答案】 D3、土建结构技术状况评定时,当技术状况评分JGCI为（）评定I类隧道A.≥90B.≥85C.≥40,＜50D.＜40【答案】 B4、隧道风压是隧道通风的基本控制参量,在长大隧道中,通风系统往往由复杂的通风网络构成,要使风流有规律地流动,就必须调整或控制网络构成,要使风流有规律的流动,就必须调整或控制网络内各节点的风压。
1）空盒气压计测量时,将盒面水平放置在被测地点,停留（）针稳定后再读数。
A.10s~20sB.10min-20minC.1s-2sD.1min-2min【答案】 B5、《公路桥梁承载能力检测评定规程》规定，对符合下述条件，如（）的在用桥梁，可通过荷载试验进行承载能力检测评定。
2）该桥梁荷载等级（）。
（2017真题）（2017检师真题）A.达不到原设计超20级B.实测不满足设计要求C.实测满足设计要求D.有待提高【答案】 B6、修建某双车道公路隧道，已知洞口地质条件为破碎的V级围岩，雨季地表水丰富，洞顶覆土为10m，结合上述内容，回答下列问题。
（5）隧道拱部硬岩允许超挖值平均和最大分别为（）。
A.150mm,300mmB.100mm,200mmC.150mm,200mmD.100mm,300mm【答案】 B7、水泥混凝土的受压弹性模量取轴心抗压强度（）时对应的弹性模量。
A.1/2B.1/3C.2/3D.1/4【答案】 B8、对于浅埋洞口地段和某些偏压地段,隧道一般采用（）支护方式。
桩基工程设计的两类极限状态[工程类精品文档]
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桩基工程设计的两类极限状态[工程类精品文档]本文内容极具参考价值,如若有用,请打赏支持,谢谢!桩基工程设计的两类极限状态：1、承载能力极限状态原《建筑桩基技术规范》JGJ9494采用桩基承载能力概率极限状态分项系数的设计法，相应的荷载效应采用基本组合。
本规范改为以综合安全系数K代替荷载分项系数和抗力分项系数，以单桩极限承载力和综合安全系数K为桩基抗力的基本参数。
这意味着承载能力极限状态的荷载效应基本组合的荷载分项系数为1.0，亦即为荷载效应标准组合。
本规范作这种调整的原因如下：（1）与现行国家标准《建筑地基基础设计规范》（GB50007）的设计原则一致，以方便使用。
（2）关于不同桩型和成桩工艺对极限承载力的影响，实际上已反映于单桩极限承载力静载试验值或极限侧阻力与极限端阻力经验参数中，因此承载力随桩型和成桩工艺的变异特征已在单桩极限承载力取值中得到较大程度反映，采用不同的承载力分项系数意义不大。
（3）鉴于地基土性的不确定性对基桩承载力可靠性影响目前仍处于研究探索阶段，原《建筑桩基技术规范》JGJ9494的承载力概率极限状态设计模式尚属不完全的可靠性分析设计。
关于桩身、承台结构承载力极限状态的抗力仍采用现行国家标准《混凝土结构设计规范》（GB50010）、《钢结构设计规范》（GB50017）（钢桩）规定的材料强度设计值，作用力采用现行国家标准《建筑结构荷载规范》（GB50009）规定的荷载效应基本组合设计值计算确定。
2、正常使用极限状态由于问题的复杂性，以桩基的变形、抗裂、裂缝宽度为控制内涵的正常使用极限状态计算，如同上部结构一样从未实现基于可靠性分析的概率极限状态设计。
因此桩基正常使用极限状态设计计算维持原《建筑桩基技术规范》JGJ94-94规范的规定。
国家标准《建筑结构荷载规范》（GB50009）规定的荷载效应基本组合设计值计算确定。
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收稿日期：2013-12-26 基金项目：国家自然科学基金资助（No. 51278170） ；高速铁路基础研究联合基金资助（ No. U1134207） 。 第一作者简介：孔纲强，男，1982 年生，博士，副教授，博士生导师，主要从事桩-土相互作用及能量桩技术与应用方面的教学与科研工作。 E-mail: gqkong1@ 通讯作者：邓宗伟，男，1972 年生，博士，副教授，主要从事岩土与基础工程方面的教学与科研工作。E-mail: teapotd@。
图 1 模型试验装置示意图 Fig.1 Schematic diagram of model test
等截面桩
楔形桩
扩底楔形桩
(a) 实物图
(b) 模型桩尺寸(单位: mm)
图 2 模型桩实物图及示意图 Fig.2 Photo and schematic diagram of model piles
（1.湖南城市学院 土木工程学院，湖南 益阳 4130001；2.河海大学 岩土力学与堤坝工程教育部重点实验室，江苏 南京 210098）
摘 要：由于基桩纵向截面形式的差异，竖向荷载作用下桩侧摩阻力和桩端阻力发挥存在明显的差异，尽管纵向截面异形桩 在工程中得到了一定的应用，然而针对极限荷载下桩端和桩侧土体破坏形式的研究却相对较少。基于透明土材料和粒子图像 测速（particle image velocimetry）技术，针对等体积的扩底楔形桩、楔形桩和等截面桩的承载特性及破坏形式进行对比模型 试验，测得桩顶荷载-沉降曲线，研究了各级荷载下桩端和桩侧土体位移场的变化规律以及极限荷载下桩端和桩侧土体的破 坏形式；同时分析了不同桩长情况下各类型桩的承载力特性。研究结果表明，在此试验条件下，扩底楔形桩的极限承载力约 为常规楔形桩的 3.5 倍和等截面桩的 2.5 倍；极限荷载作用下各类型纵向截面异形桩桩端的破坏形式规律基本一致。 关 键 词：桩基；极限承载力；位移场；透明土；粒子图像测速技术；模型试验 中图分类号：TU 473 文献识别码：A 文章编号：1000－7598 (2015) 05－1333－06
激光 模型桩 透明土 CCD 相机 模型槽 计算机 光学平台
。针对扩底桩，蒋建平 、刘杰
[4]
[5]
等对同体积的扩底桩、楔形桩和等截面桩进行了 现场对比试验，研究发现承载力由大到小依次为： 扩底桩、楔形桩、端承摩擦桩、纯摩擦桩；李大展 等
[6－ 7]
根据大直径扩底桩的现场实测数据，分析了
浸水湿陷对基桩竖向承载力的影响，提出浸水湿陷 全过程中大直径桩荷载传递机制的三阶段分析法。 针对扩底楔形桩，孔纲强等 [8
第 36 卷第 5 期 2015 年 5 月
DOI： 10.16285/j.rsm.2015.05.013
岩 土 力 学 Rock and Soil Mechanics
Vol.36 No.5 May 2015
极限荷载下纵向截面异形桩破坏 形式对比模型试验研究
孔纲强 1, 2，曹兆虎 2，周 航 2，邓宗伟 1，郭尤林 1
Comparative model tests on failure modes of piles with a variable longitudinal section under ultimate load
KONG Gang-qiang1, 2, CAO Zhao-hu2 , ZHOU Hang2, DENG Zong-wei1, GUO You-lin1
表 1 模型试验工况 Table 1 Conditions of model tests
编号 桩型 埋入桩长L / mm 60 1 扩底楔形桩 90 110 60 2 楔形桩 90 110 60 3 等截面桩 90 110 桩径D / mm 7.6/5.7/14.7 8.7/5.7/14.7 9.4/5.7/14.7 7.6/5.4 8.7/5.4 9.4/5.4 7.7 7.7 7.7
1334
岩
土
力
学
2015 年
载 力 可 以 提 高 20% ～ 30% 左 右 ； Sawaguchi[2] 和 Naggar 等 开展了楔形桩的抗压、水平、抗拔荷载 以及负摩阻力特性研究，分析了楔形角、楔形率以 及围压大小等因素对承载力的影响规律，研究结果 表明， 楔形角能有效地减少负摩阻力对基桩的影响， 楔形桩的桩侧摩阻力较等截面桩大，但桩端阻力值 较等截面桩小
1335
上部开口，外边平面尺寸为 130 mm 130 mm，壁 厚为 5 mm，高度为 260 mm。 2.3 模型试验工况 为了对比分析扩底楔形桩、楔形桩和等截面桩 的竖向极限承载力及极限荷载下桩周土体破坏形 式，本文系统地开展了不同桩长情况下 3 种桩型的 静载荷模型试验，具体模型试验工况见表 1 所示。
透明土材料为烘烤石英砂和混合油配置而成； 烘烤石英砂由徐州新沂万和矿业有限公司生产，相 对密度为 2.186，粒径为 0.5～1.0 mm，最小干密度 为 0.970 g/cm3，最大干密度为 1.274 g/cm3，试验中 控制相对密实度为 49%，直剪试验所获得的干样内 摩擦角为 37.3°、油样内摩擦角为 38.3°；烘烤石 英砂的折射率为 1.458 5。混合油由正十二烷与 15 号白油两种组成，其质量比为 1 : 4，配制完成后的 折射率与固体烘烤石英砂一致。 本文所采用模型槽为长方体透明有机玻璃槽，
(1. School of Civil Engineering, Hunan City University, Yiyang, Hunan 413000, China; 2. Key Laboratory of Geomechanics and Embankment Engineering, Ministry of Education, Hohai University, Nanjing, Jiangsu 210098, China)
[2－3] [3]
通过 CCD 相机成像处理而获得。静载荷模型试验 装置及布置示意图如图 1 所示。 2.2 模型试样制作 本文所采用模型桩为不锈钢材料，扩底楔形桩 桩长为 145 mm、桩身楔形角为 1°，楔形段底部桩 径为 5.7 mm，楔形段顶部桩径为 10.7 mm，扩大头 直径为 14.7 mm；楔形桩桩长为 145 mm、楔形角为 1°，底部桩径为 5.4 mm，顶部桩径为 10.7 mm； 等截面桩桩长为 145 mm、桩径为 7.7 mm。3 种类 型模型桩实物图及尺寸示意图如图 2 所示。
1
引
言
纵向截面异形桩主要有楔形桩、扩底桩、扩底 楔形桩以及挤扩支盘桩等几种类型。近几十年来， 国内外学者针对各种纵向截面异形桩展开了大量研 究并取得了一定的成果。针对楔形桩，Rybnikov[1] 开展了楔形桩与等混凝土用量等截面桩的竖向承载 力对比现场试验，研究结果表明，楔形桩的竖向承
桩基承载力由桩侧摩阻力和桩端阻力两部分 组成，通过改变桩基纵向截面形式是有效提高单位 材料利用率、优化并提高桩侧摩阻力和桩端阻力的 最有效办法之一。
－ 10]
基于数值模拟软
件，分析了其竖向、水平向承载力特性，研究结果 表明，扩底楔形桩的竖向承载力与扩底桩相近，较 楔形桩和等截面桩要高；孔纲强等[11]基于圆孔扩张 理论，分析了其沉桩挤土效应。针对挤扩支盘桩， 张忠苗[12]、李启民[13]等对挤扩支盘桩的荷载-沉降 规律进行了研究，并与常规灌注桩、注浆桩进行对 比分析，研究结果表明，与普通悬臂支护桩相比， 挤扩支盘桩的嵌固深度可减小 15%～30%，桩顶总 位移可减小 30%～60%；巨玉文等[14]对挤扩支盘桩 中支盘的破坏形态进行了室内试验研究，并得出了 考虑混凝土强度、支盘的高度比和盘径比等因素的 支盘承载力计算公式。 综上可知，尽管针对纵向截面异形桩的承载力 特性进行了一些研究，但由于基础内部的不可见， 造成对极限荷载作用下桩基破坏形式的研究相对较 少。近年来，White[15]和 Ni[16]等提出了一种基于透 明土材料和颗粒图像测速 （particle image velocimetry） 技术的模型试验方法，使土体内部的变形可视化。 因此，本文基于透明土材料和 PIV 技术，针对等体 积的扩底楔形桩、楔形桩和等截面桩进行对比模型 试验， 测得桩顶荷载-沉降规律曲线， 以及极限荷载 下桩端和桩侧土体的破坏形式，同时分析不同桩长 情况下各类型桩的承载力与沉降特性。
Abstract: Due to the difference in their longitudinal sections, foundation piles have significantly different shaft frictions and tip resistances under the vertical loading condition. Although the piles with a variable longitudinal section have extensively used in engineering, little research effort is made to investigating the failure modes of the surrounding soil or the end bearing soil under ultimate load. Based on transparent soil material and particle image velocimetry (PIV) technique, comparative model tests on the bearing capacities and the failure modes of belled wedge pile, tapered pile and uniform-section pile with an equivalent volume are carried out. The load-settlement curves of the pile top and the displacement field of the surrounding soil under different loads are measured; the failure modes under ultimate loading and the bearing capacities influenced by pile length are analyzed in details. The results show that the ultimate bearing capacity of a belled wedge pile is about 3.5 times that of the conventional tapered pile, and is approximately about 2.5 times that of the uniform-section pile under this model test condition; and the failure modes of soils around the pile tips of the variable longitudinal section piles are similar. Keywords: pile; limit bearing capacity; displacement field; transparent soil; PIV techniqu用的模型试验装置由光学平台、激光