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桩-桶基础的水平承载性能

武汉理工大学学报（交通科学与工程版） 2011年第2期35卷 233-236页

作者：刘文白朱晨霞上海海事大学海洋环境与工程学院上海201036

通过室内模型试验,研究了桩-桶基础的水平承载性能.采用无标点数字照相变形量测技术对水平承载桩-桶基础的半模试验进行观测.分析地基土体位移场,得到土体变形的渐进性变化过程,土体的剪切带是在变形场边界的土体应变软化产生的,水平荷... 详细信息

通过室内模型试验,研究了桩-桶基础的水平承载性能.采用无标点数字照相变形量测技术对水平承载桩-桶基础的半模试验进行观测.分析地基土体位移场,得到土体变形的渐进性变化过程,土体的剪切带是在变形场边界的土体应变软化产生的,水平荷载作用下z在基础两侧地基土中形成主动区和被动区.水平荷载作用下桩-桶基础的桩身存在反弯点,破坏荷载时反弯点离桩底的高度约为埋置深度的1/4处.剪切变形场分析的土体破坏面和实测土体破裂面形状一致.桩-桶基础的极限水平承载力由桶顶以上土体、桶内土体与桶下土结合部位、桶侧土体的抗剪强度在水平方向投影的集合,和桶下桩周土水平抗力组成.根据数学拟合的土体破坏曲面,建立桩-桶基础水平极限承载力计算式.

关键词：土力学桩-桶基础半模试验变形场强度机理水平承载力

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桩-桶基础的结构试验及数值模拟

地下空间与工程学报 2009年第A2期5卷 1525-1529,1536页

作者：刘文白李小强上海海事大学海洋环境与工程学院上海201036

通过室内模型试验和有限元数值模拟研究了上拔荷载作用下桩-桶基础结构内力分布,将试验数据和数值模拟结果进行对比分析。上拔荷载达到极限时,基础应力及变形达到最大,土体破坏后,桩-桶结构各部分的受力趋于稳定;桶壁及桩身从上到小,受... 详细信息

通过室内模型试验和有限元数值模拟研究了上拔荷载作用下桩-桶基础结构内力分布,将试验数据和数值模拟结果进行对比分析。上拔荷载达到极限时,基础应力及变形达到最大,土体破坏后,桩-桶结构各部分的受力趋于稳定;桶壁及桩身从上到小,受力逐渐减小;桩和桶的结合部位及桶顶边缘处,所受应力较大;上拔过程中,桶底和桩底会出现空腔,导致应力较最大应力分别减小8.6%和13.5%;上拔过程的第9级荷载步之前,由桩承担主要的抗力作用,第9级荷载步之后,由桶承担主要的抗力作用。上拔荷载作用下桩-桶基础结构的内力分析对其理论研究及工程实践具有指导作用。

关键词：上拔荷载桩-桶基础模型试验结构内力数值模拟

桩—桶基础在上拔荷载作用下土体细观结构分析

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桩—桶基础在上拔荷载作用下土体细观结构分析

作者：邵玉娴上海海事大学

学位级别：硕士

随着科学技术的进步,人类对海洋及其价值的认识也在不断深化,陆地资源的日趋枯竭使人类的生存和发展将越来越多地依赖海洋随着海洋资源的开发。但是海洋环境复杂,影响因素多,开发海洋对工程科技有高度的依赖性。桩-桶基础这种新型复合... 详细信息

随着科学技术的进步,人类对海洋及其价值的认识也在不断深化,陆地资源的日趋枯竭使人类的生存和发展将越来越多地依赖海洋随着海洋资源的开发。但是海洋环境复杂,影响因素多,开发海洋对工程科技有高度的依赖性。桩-桶基础这种新型复合基础既发挥了桩基础的很好的竖向承载能力,又保留了桶基础很好的抗水平倾覆的能力,所以这种基础在海洋工程的建设中具有很好的应用前景,具备进行深入研究的价值。室内模型试验是对工程实际的再现,将基础模型按照实际基础同比例缩小进行实验,本文选用模型试验的方法,对桩-桶基础上拔特性进行专门的试验设计,设计了半模试验以及专用的试验装置用来分析桩-桶基础的在上拔荷载作用下的破坏形式和变形机理。首先通过对桩-桶基础半模试验,用高分辨率的数码相机拍摄土体的连续变化过程,运用数字图像变形量测技术分析得出了基础破坏过程中土体位移,剪应变和体积应变的分布变化,对剪切带发生发展的过程做出分析,并对在加载过程中基础周围土体的应变位移等取得定量的数据。然后根据分析出的剪切带位置以及剪应变的分布等选取典型区域,利用体式显微镜及照相仪器连续拍摄的图片,用MiVnt图像分析软件对土体的颗粒基本结构的研究包括颗粒的面积、长短轴和偏心度和土体孔隙率进行研究,通过这些参数的变化来研究桩-桶基础在上拔作用下土体破坏过程的土颗粒细观运动规律。最后将模型试验数字图像变形量测技术分析结果与土体细观指标的变化规律进行对比,再联系宏观力学现象,结果表明,物理模型试验图像的细观结构的变化特征,反应了土体内应变分布变化情况,反应了土体的宏观力学响应特性,表征了通过对土体的细观结构变化来反应土体破坏前后的强度和变形的可研究性。

关键词：桩-桶基础上拔荷载室内模型试验数字图像变形量测技术剪切带细观结构破坏模式

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桩—桶基础的上拔试验与基础结构分析

桩—桶基础的上拔试验与基础结构分析

作者：刘兹胜上海海事大学

学位级别：硕士

桩-桶基础具有非常广阔的应用前景，对桩-桶基础的上拔试验及基础结构分析的研究对桩-桶基础的投入使用有非常重要的理论意义。桩-桶基础作为一种新型基础，目前还处于试验研究阶段。在关于桩基础和桶形基础研究的基础上和人类开发海洋... 详细信息

桩-桶基础具有非常广阔的应用前景，对桩-桶基础的上拔试验及基础结构分析的研究对桩-桶基础的投入使用有非常重要的理论意义。桩-桶基础作为一种新型基础，目前还处于试验研究阶段。在关于桩基础和桶形基础研究的基础上和人类开发海洋资源向深海发展的大背景下，本文研究了桩-桶基础的上拔机理，并对基础的结构进行了分析。介绍了基础上拔理论的研究成果、研究现状及颗粒流数值模拟在岩土工程研究领域中的应用。从桩基础的研究现状引入桶形基础的研究现状，进而引出桩-桶基础的结构概念及相关研究。通过桩-桶基础室内全模上拔试验、半模上拔试验，分析了桩-桶基础的承载性能，基础破坏形式及土体中破裂面的发展状态。采用颗粒流数值模拟结果分析等截面桩的抗拔机理，分析了等截面桩的桩侧摩阻力分布、剪切带的形成机理以及其在上拔荷载作用下的时步～位移关系、颗粒分布、颗粒速度、颗粒接触力分布等。提出了桩-桶基础的设计概念并进行了初步设计。对桩-桶基础在上拔荷载作用下进行了颗粒流数值模拟，主要研究分析了桩-桶基础在上拔荷载作用下的基础时步～位移关系、颗粒分布及颗粒速度。利用经典薄壳理论，对桩-桶基础的结构内力和变形进行了计算分析。推导了桶顶在弯矩的作用下的挠曲计算系数以及应力计算系数;推导了桩-桶基础桶壁在法向和轴向线性分布荷载作用下挠度、转角、弯矩、剪力计算公式，通过两种作用效应的组合，可以解答出桶壁在法向、轴向分布荷载组合作用下的结构响应;计算桶顶的最大应力、最大挠曲变形;计算了桩的内力和变形。对不同条件下基础结构的内力和变形进行了计算分析，研究了桶的高度、桶的半径及桶顶的厚度变化时对基础结构的内力和变形的影响。对于桩-桶基础的结构分析，对桩-桶基础的设计及工程应用有重要的指导意义。

关键词：桩-桶基础上拔荷载结构分析模型试验颗粒流

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桩—桶基础抗拔承载力试验研究

桩—桶基础抗拔承载力试验研究

作者：王梦瑜上海海事大学

学位级别：硕士

随着海洋资源的开发，海洋工程越来越多，由近海慢慢进入深海。众所周知，海洋环境复杂，影响因素多，因此海洋工程对基础的要求越来越高。桩-桶基础这种复合基础既发挥了桩基础的很好的竖向承载能力，又保留了桶基础很好的抗水平的能... 详细信息

随着海洋资源的开发，海洋工程越来越多，由近海慢慢进入深海。众所周知，海洋环境复杂，影响因素多，因此海洋工程对基础的要求越来越高。桩-桶基础这种复合基础既发挥了桩基础的很好的竖向承载能力，又保留了桶基础很好的抗水平的能力。使两种抗拔基础优势互补，所以这种基础有很好的发展前景，例如用于码头的基础、海洋石油钻井平台基础、深海养殖网箱的锚固基础等等，具有进行深入工程研究的价值。桩-桶基础的性能包括承压、抗拔和抗水平荷载。本论文仅对桩-桶基础的上拔模型试验和PDF数值模拟进行分析和研究。首先，对桩-桶基础上拔特性进行专门的试验设计，设计了全模试验和半模试验以及专用的试验装置。全模试验主要用于测量荷载与位移的关系，分析土体表面的破坏情况，半模试验则主要用来分析土体的破坏形式。其次，根据桩-桶基础全模试验结果，得出土体表面的破坏形式为两个以桩轴为中心的圆环裂缝，并有放射性的裂缝。分析了上拔荷载与上拔位移的关系曲线，得出桩-桶基础的上拔荷载-位移曲线具有典型性，分为线性阶段、过渡阶段和陡降阶段。根据无纲量荷载-位移曲线，设计了桩-桶基础的上拔位移控制计算模型。第三，通过对桩-桶基础半模试验，测出土体内部的破坏形式，根据全模试验中土表面圆环状破坏形式，得出土体的破坏形式为上下两条二次曲线的旋转面，靠近桩底端的部分为桩的滑动破坏。对土体的破坏面曲线进行了数学拟合，拟合为两条圆弧曲线，与试验值吻合，推导出桩-桶基础抗拔承载力计算公式，并将计算值与试验值进行了对比，误差较小。第四，结合桩-桶基础全模试验和半模试验，分析了桩-桶基础在上拔承载力作用下的破坏过程可分为：桶顶以上土体：“土层压缩—塑性区出现并展开—整体剪切破坏”的破坏过程。桶周围以及桶底以下部分土体：土体受到摩擦力，使得内部剪应力不断增加，开始时内部出现小裂缝，最后形成剪切带，发生剪切破坏。桩的下端一部分桩从土中直接拔出。抗拔机理为减压与剪胀软化的渐进性破坏和抵抗桩土之间的摩擦力。

关键词：桩-桶基础模型试验破坏机理上拔极限承载力颗粒流模拟

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上拔荷载作用下桩—桶基础结构受力数值分析

上拔荷载作用下桩—桶基础结构受力数值分析

作者：李小强上海海事大学

学位级别：硕士

地球表面面积的70.8%是海洋,海洋蕴藏着丰富的石油、天然气以及其它矿产资源,能为人类提供大量的生存资源。科学技术的发展,使人们能够有机会从陆地向海岸,甚至向远海、深海进军,开采海洋资源,以满足人类不断增长的生存和生活需要。 ... 详细信息

地球表面面积的70.8%是海洋,海洋蕴藏着丰富的石油、天然气以及其它矿产资源,能为人类提供大量的生存资源。科学技术的发展,使人们能够有机会从陆地向海岸,甚至向远海、深海进军,开采海洋资源,以满足人类不断增长的生存和生活需要。在进行海洋开发的过程中,首先面临的是海洋建筑物的建造,而一切建筑物都要建立在合适的基础之上。本文所研究之桩-桶基础是一种新型的海洋工程基础,目前正处于理论研究和试验分析阶段,本文主要研究的是桩-桶基础在上拔荷载作用下结构的力学响应,首先采用室内模型试验进行分析,接着运用ABAQUS有限元数值模拟进行分析,进行对比分析后对桩-桶基础的结构尺寸效应进行分析。首先分析了本课题研究的脉络,从桩基础工作性能、桶型基础工作性能及桩-桶基础上拔时地基土体的受力特性这些已有科研成果出发,寻求本文研究的着入点。然后设计了测量上拔荷载作用下的桩-桶基础的结构变形的试验装置和试验流程,对试验原理进行介绍,对试验结果数据进行整理和分析。通过分析可知随着上拔荷载的增加,桩-桶基础结构应力及变形随之增加,上拔荷载达到极限时,基础应力及变形也达到最大;土体破坏后,桩-桶结构各部分的受力趋于稳定;桶结构和桩结构从上到下,所受应力逐渐减小;桶顶结构在上拔过程中体现固支梁的效果;桶顶远桩边缘和桶壁上部的连接属于固接;上拔过程中,桶底和桩底会出现空腔,对桶底部结构和桩底部结构受力有减小的影响,对桶的减小影响比对桩的要小,由于空腔导致摩擦力减小,桶底结构应力较最大应力减小8.6%;桩底结构应力较最大应力减小13.5%;桩和桶的结合部位在上拔过程中应力最大,达到3MPa左右,上拔荷载往下传递时在该处进行再分配;桶顶边缘处在上拔过程中应力也较大,达到3MPa左右,桩-桶基础上拔过程中,该处土体产生剪切破坏。接着运用ABAQUS软件建立桩-桶基础的数值模型,并进行分析和后处理,通过对模型10个测点的应力曲线的分析,知道从第1级荷载步到第9级荷载步,主要由桩来抵抗上拔荷载的作用,桩体结构每荷载步的应力增长量是其最大应力值的11.0%,桶体结构每荷载步的应力增长量是其最大应力值的1.0%;第9级荷载步之后,主要由桶结构来抵抗上拔荷载的作用,桶体结构每荷载步的应力增长量增加为其最大应力值的10.0%,桩体结构每荷载步的应力增长量减小为其最大应力值的1.0%。桩-桶结构较单桩结构能增加抵抗上拔荷载的能力得到体现。将数值模拟所得结论与室内模型试验所得结论进行对比分析,两者基本一致,这就验证了数值模拟方法的可行性。然后运用ABAQUS软件分析不同尺寸的桩-桶基础在上拔荷载作用下的不同的受力特性,通过分析可知,达到破坏荷载时,地基土体的破坏曲线是倒锥形曲线,且曲线起始点不是从桩的端部开始,而是在桩端部以上桩土摩擦力最大处开始,经桶的底部,到地表面,形成倒锥形曲线,可推断,土体的破坏面为倒锥形曲面;在桶外侧和桩周围离基础轴心由近到远的过程中,土体应力出现二次曲线级的减小。在摩擦力达到最大时,离桶侧表面为0.5R（R=桶半径）处的应力较桶侧表面应力减小11.3%;桩底部离桩表面为3r（r=桩半径）处应力较桩侧表面应力减小19.5%;桶半径的变化对抗拔承载力影响最大,入土桩长的变化对抗拔承载力影响其次,桶壁高的变化对抗拔承载力影响最小;各尺寸结构在达到最大上拔位移时,地基土体的影响范围各不相同,影响土体横向范围的主要是桶的半径,其次是入土桩长,最后是桶壁高;影响土体纵向范围的主要是入土桩长,其次是桶壁高,最后是桶的半径。最后对桩-桶基础进行初步设计,提出了桩-桶结构设计时的基本步骤。为了充分发挥桩-桶基础的桩和桶的组合作用,研究发现桶顶以下入土桩长与桶半径的比例关系为8;1时能将桩和桶的特点表现出来,桶半径与桶壁高度的比例关系为0.6;1时能将桶结构的特点表现出来;在桩和桶的结合部位加三角形肋梁,在桶角的内部做成圆倒角进行加强。桩-桶基础在上拔荷载作用下的结构的力学分析对于理论分析及工程实践都有重要的作用。

关键词：上拔荷载桩-桶基础结构应力模型试验数值模拟尺寸效应

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桩-桶基础抗压承载力试验的颗粒流数值模拟

中国水运（下半月） 2009年第7期9卷 238-240页

作者：刘文白王大栋上海海事大学海洋环境与工程学院上海200135

利用二维颗粒流方法(PFC2D)对桩-桶基础进行了在砂土中承受下压荷载作用的数值模拟试验并与室内物理模型试验实测值作了对比。应用颗粒流理论及其PFC2D程序,模拟研究了承受下压荷载作用时桩-桶基础周围土体的细观力学特征,基础下压位移... 详细信息

利用二维颗粒流方法(PFC2D)对桩-桶基础进行了在砂土中承受下压荷载作用的数值模拟试验并与室内物理模型试验实测值作了对比。应用颗粒流理论及其PFC2D程序,模拟研究了承受下压荷载作用时桩-桶基础周围土体的细观力学特征,基础下压位移和颗粒的分布和速度。根据土颗粒的分布、速度和位移的分布和变化,拟合了土中滑裂面的形状;数值模拟了下压荷载、基础下压位移与时步的关系,并与物理试验的结果进行了对比分析。

关键词：颗粒流桩-桶基础数值模拟下压荷载

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桩-桶基础上拔载荷试验的数值模拟

桩-桶基础上拔载荷试验的数值模拟

2004年度上海市土力学与岩土工程学术年会

作者：刘文白周健上海海运学院交通运输学院上海海运学院交通运输学院

对桩-桶基础进行了上拔荷载作用下的颗粒流数值模拟试验。通过颗粒流理论和PFC2D程序,应用细观力学的方法对上拔荷载作用下的桩-桶基础进行了模拟试验,研究了桩-桶基础在承受上拔荷载过程中土颗粒的分布及变化、土颗粒的位移与变化,基... 详细信息

对桩-桶基础进行了上拔荷载作用下的颗粒流数值模拟试验。通过颗粒流理论和PFC2D程序,应用细观力学的方法对上拔荷载作用下的桩-桶基础进行了模拟试验,研究了桩-桶基础在承受上拔荷载过程中土颗粒的分布及变化、土颗粒的位移与变化,基础的上拔位移与时步关系,土体受上拔荷载影响区域的范围及其变化。根据土颗粒的分布、颗粒的结构、颗粒的位移及其变化,基础位移与时步曲线的凸、凹变化表明了土体的稳定与破坏,判定了基础上拔时的土中滑动破坏面为锥体,对基础受荷过程中土颗粒细观结构变化,针对颗粒流仿真试样的细观力学特征进行了初步研究并揭示了一些规律。

关键词：桩-桶基础上拔荷载细观力学颗粒流理论数值模拟

来源： cnki会议评论

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桩-桶基础抗拔承载力模型试验研究

桩-桶基础抗拔承载力模型试验研究