黏性土中静压沉桩贯入力学机制室内试验研究

针对均质黏性土地层,通过室内模型试验对静压沉桩贯入力学机制进行研究,讨论了桩端形式对于其贯入力学机制的影响特征。同时,将双壁开口模型管桩用于分离沉桩阻力中“土塞阻力”,获得了开口管桩贯入过程中内管桩身轴力、桩内侧摩阻力的变化规律。结果表明,不同桩端形式不仅关系到桩端阻力的发挥,而且对桩侧摩阻力亦产生显著影响;随深度的增加,闭口桩桩身轴力不断减小,开口桩距离桩底远的桩身轴力递减的速率逐渐增大,接近桩顶处轴力基本为0;桩身单位侧摩阻力随深度持续增加,开口桩外管桩身单位侧摩阻力发挥程度小于闭口桩;在同一深度处,随着贯入深度的增加,桩身单位侧摩阻力不断减小,即“侧阻退化”现象,且随着贯入深度的增加,该位置处桩身单位侧摩阻力减小的越大,与已有关于静压沉桩贯入力学特性研究结论相符。     

不同直径单桩静压贯入力学特性模型试验研究

为探讨不同桩径静力压入单桩的贯入力学特性，设计了不同桩径的模型桩，基于光纤光栅（Fiber Bragg Grating，简称FBG）传感技术，开展了黏性土中静压贯入两种不同直径单桩的模型试验研究。结果表明：试桩的压桩力基本呈线性增加趋势，桩径越大，压桩力越大；桩径不同会影响单桩的荷载传递性能，由于桩径越大挤土效应越明显，沿深度方向的桩身轴力传递性能优于小桩径桩；桩身单位侧摩阻力随深度增大而增大，桩径越大，对土体的侧向挤压力越大，桩身单位侧摩阻力越大；同一深度，两种不同直径单桩桩身单位侧摩阻力都出现“侧阻退化”现象，“侧阻退化”现象随着贯入深度的增加越明显，且桩径越大，桩身单位侧摩阻力退化越显著；均质黏性土地层静压沉桩阻力主要为桩端阻力，沉桩结束时，试桩桩端阻力占沉桩阻力的比例分别为59.5%和66.2%，不同的桩身直径既影响桩端阻力，又影响桩侧阻力。确定静压贯入沉桩阻力时，考虑基于黏性土的侧阻退化后实际值更为合理。     

注浆微型桩复合土钉在深基坑支护中的应用与数值模拟

为研究钢管桩、树根桩两种注浆微型桩复合土钉在深基坑中的支护效果以及开挖过程中基坑的变形情况,以应用两种注浆微型桩复合土钉的深基坑支护工程为例,借助ABAQUS有限元建立数值分析模型,对微型桩复合土钉施工开挖过程进行模拟,将模拟值与实测数据进行对比分析.研究表明:基坑的变形参数均在预警值范围内,微型桩复合土钉支护效果良好;随着开挖深度的增加,顶部水平位移出现先增大再减小,竖向位移不断增加,二者开挖完成后趋于稳定;开挖中基坑边不同深度的水平位移出现先增大后减小,再增大再减小的趋势,最大水平位移出现在深约6 m处微型钢管桩的顶部,在基坑施工中应重点关注;基坑不同深度部位的竖向位移会逐渐增大,并在坑底土体出现约19 mm的隆起.     

昆明滇池特殊土质下高频振动沉桩对周边土体的影响

为研究高频振动沉桩水平动力响应规律,依托昆明滇池国际会展中心4号地块深基坑钢管支护桩振动沉桩工程实例,通过现场勘测、室内土工试验,基于Midas GTS NX有限元软件建立相应的三维动力沉桩模型,通过对比分析周边土体纵横空间不同点位水平动力响应,对高频振动桩在10 s激振力作用下其周边土地位移场、速度场和加速度场的影响进行研究.结果表明:随着沉桩时间推移,钢管桩管壁处周围土体的水平位移和水平加速度逐渐增大,向钢管桩内侧移动的速度逐渐减小,而向钢管桩外侧移动的速度逐渐增大;随着管壁处土体深度增大,管壁处土体的水平位移和水平加速度先增大后减小,深度较浅时,土体的水平速度为正值,达到一定深度时,土体的水平速度变为负值.     

地下水对基坑工程影响的数值分析研究

研究了均质土中不同地下水条件对基坑工程性状的影响,得出了一些对工程实践具有指导意义的结论:地下水渗流扩大了基坑周围土体水平位移和竖向位移的影响范围;地下水渗流使得坑外主动区有效应力增大,坑底被动区有效应力减小,导致坑外地表沉降和坑底隆起变形量增大。研究表明,渗流作用引起的地表沉降最大值发生在坑外约3倍基坑开挖深度处。     

静压桩挤土效应及防治措施研究

静压桩在沉桩过程中产生的挤土效应十分明显。沉桩时产生巨大的挤压作用使桩区及附近相当范围内的土体产生向上隆起和水平位移,桩体上抬、偏位、折断时有发生。本文介绍了静压桩的贯入机理以及沉桩挤土效应研究的发展及现状,分析了土体位移机理,并就挤土效应所涉及的几个力学问题进行了较详细地分析,总结了现有的减少沉桩挤土效应的设计和施工两方面的工程措施。结合工程实例,说明采取综合预防措施的有效性,并提出一些合理化建议。     

冻结法施工中的冻土特性试验研究

为获得冻结法施工中土体冻胀融沉特性规律,以某地下联络通道工程为原型,根据相似理论,进行了水平冻结模型试验。结果表明,冻胀融沉过程中,土体温度先迅速降低后升高,维持在0℃一段时间后,继续缓慢升高至室温;土压力值先增加后减小,其中,竖向土压力值随深度的增加而增大,相同埋深下,距冻结管越近,水平土压力值越大;土体融化固结沉降值明显大于冻胀位移值,土体竖向位移较水平位移变化显著。积极冻结期内土体温度降低速率变慢,且埋深越大、距冻结孔越近,土体温度降低越快、降幅越大;无侧限土体压力值先增加后减小,侧限土体压力值则逐渐增大,全封闭土压力值变化率更显著。     

静压钢板桩贯入阻力试验与数值仿真

为了研究静压钢板桩在成层地层中的沉桩性状及沉桩可能性,运用有限元软件ABAQUS, 采用显示动力学中耦合的欧拉−拉格朗日(Coupled Eulerian-Lagrangian, CEL)方法, 对静压钢板桩连续贯入不同土层的过程进行了有限元建模分析, 获得了沉桩阻力随贯入深度变化的曲线。再结合工程实例, 探讨了剪胀角的变化对模拟结果的影响, 并对沉桩完成后的桩周土体应力分布云图进行了分析。最后将模拟结果与工程现场实测数据进行对比, 分析了模拟值和工程实测值之间的差异。模拟研究结果可对成层地层钢板桩沉桩的可能性进行预测,为静压钢板桩的施工提供指导。     

大变形条件下单桩水平承载性状分析

针对大变形条件下承受水平荷载的单桩基础,采用沿深度线性增加并能较好的反映上部土体抵抗侧向变形能力的地基反力系数,及简化的土体弹塑性本构关系,推导出桩身变形和内力的计算公式,并用FORTRAN语言编制了计算程序。算例表明:桩的水平位移和弯矩随水平力和力矩的增加而非线性增大;桩身位移随距离地面的距离的增加而减小,距地面的距离超过10倍桩径时桩身响应极小,可忽略不计;桩顶约束是桩身响应沿桩身分布的重要影响因素;随着桩周土体力学性质的改善,桩的最大位移和最大弯矩均明显减小。计算值与现场实测值吻合度很高,且比已有解计算结果更优,所得解及程序是可靠的。     

静压沉桩全过程准静态分析

为了提高静压沉桩模拟的计算效率,同时改善网格的形态提高计算精度,利用ABAQUS/Explicit和ALE方法实现了对静力压桩的全过程的准静态分析。并且对沉桩的总阻力进行了敏感性分析,研究了桩土摩擦系数、土体的弹性模量和内摩擦角对不同贯入深度沉桩总阻力的影响。研究结果有助于增强对沉桩总阻力和桩基承载力的理解。     

带受力盘塑料套管混凝土桩挤土效应试验研究

在上海软土地基中进行了带受力盘塑料套管混凝土桩沉桩压入试验,通过在试验桩桩周预先布置孔压、侧向位移、地表隆起和径向土压力监测点,探求带受力盘TC桩在沉桩过程中的桩土相互作用机理。试验结果表明:超孔压增量沿深度呈上小下大分布并在沉管拔出后迅速消散;挤土应力沿深度亦呈上小下大分布并沿径向减小,在沉管拔出短时间内骤减;土体在桩压入过程向外移动,拔管之后向内偏转;地表整体下沉,随径向距离增加下沉量变小。     

地震作用下土钉支护高速公路边坡动力参数分析

结合土钉支护高速公路边坡工程实例,在地震作用下采用大型非线性有限元分析软件ADINA对边坡的变形、加速度、土钉轴力及土压力进行了计算和参数分析.考虑土体和支护结构相互作用及其协同工作建立三维有限元模型.应用了非线性静动力性能的弹塑性模型模拟土体;采用了可以描述土钉在进入塑性阶段强化性质的双线形弹塑性模型模拟土钉;土与支护结构相互作用由接触单元模拟.主要研究了地震烈度、土钉长度、土钉间距以及土参数对边坡位移峰值、加速度峰值、土钉轴力最大值以及土压力峰值的地震响应影响.结果表明随着烈度的增大,边坡位移峰值、加速度峰值、土钉轴力最大值以及土压力峰值也都增大,其形状相似;随着土钉长度的增加,边坡位移峰值、加速度峰值、土钉轴力最大值以及土压力峰值将减小,在土钉支护的范围内边坡位移峰值和加速度峰值影响较大,坡底以下土体位移峰值和加速度峰值影响很小;边坡位移峰值、加速度峰值、土钉轴力最大值以及土压力峰值随着间距的减小而减小;土体参数c,φ增大时,边坡位移峰值和加速度峰值将减小,而土钉轴力最大值和土压力峰值将增大.     

季冻区温度变化对基坑支护结构影响模拟分析

采用FLAC 3D有限差分软件对基坑悬臂桩支护在冻融循环作用下的影响进行模拟研究.建立基坑模型,采用摩尔-库仑弹塑性本构模型,讨论了正负温水平冻胀力和桩体水平位移的变化规律,以及不同温度冻结深度及冻结速率的变化.通过数值模拟结果表明温度对桩的水平冻胀力和水平位移影响很大,负温情况下温度越低,土体冻结速率越大,其水平冻胀力越大,桩体水平位移也随温度的降低而增大.水平冻胀力最大值在坑底处,水平位移最大值在桩顶处产生.土体冻融作用后,随温度的升高桩侧土压力值逐渐减小,水平位移也逐渐减小,且最大水平位移仍在桩顶.     

微型桩加固公路路肩数值模拟分析

为研究重型汽车运行过程中引起的振动荷载对路基稳定性的影响,采用有限差计算软件建立了重型汽车运行条件下高级公路路基三维仿真模型,重点对其动力响应及桩的支护效应进行分析.结果表明:随着测点与振源水平距离的增加,测点峰值加速度逐渐减小;与无微型桩加固路堤相比,路肩用微型桩加固后,地表各测点的竖向振动峰值加速度衰减的相对较快;当桩径和桩长一定时,随着桩间距的增大,路基面上各测点的竖向位移也相应增大,且重车荷载激励作用处竖向位移最大;同时,随着测点与振源水平距离的增加,路基表面竖向位移逐渐减小.当桩径4m,桩长3m时,桩身最大动弯矩基本位于桩顶以下2m处,并且达到最大动弯矩后,微型桩桩身动弯矩随埋深的增加而逐渐减小.     

含水率对残坡积土强度特性的影响

水对边坡土体的变形和强度有着重要的影响。通过对三峡库区某边坡残坡积土进行不同含水率下的直剪试验,研究含水率对其剪应力-位移以及强度的影响规律。结果表明:残坡积土在低含水率下的剪应力-剪切位移关系呈应变软化,在高含水率下呈应变硬化,且含水率较低时竖向压力对残坡积土的应力-应变曲线亦有影响,随着竖向压力增加,剪切软化现象逐渐减小;土体抗剪强度随着含水率的增大而呈非线性减小,减小的速率表现出先大后小的特征,土体塑限为其抗剪强度减小快慢的分界点;土体黏聚力随着含水率的增大呈二次多项式形式减小,土体内摩擦角整体上随含水率的增大而变小,但变化规律不明显。     

软土深基坑围护结构水平变形特性研究

结合广州某软土深基坑工程实例,建立了地下连续墙、钢筋混凝土内支撑和土层的二维有限元模型,对深基坑开挖过程进行数值模拟.研究结果表明：随着基坑开挖深度的增大,围护结构水平位移增大,最大水平位移的位置由桩顶往下移,而且围护桩水平变形曲线发展形态呈现出向坑内凸的“大肚形”,与实测结果基本一致.支撑结构对减小基坑围护结构的变形起着重要作用,无支撑结构的桩体水平位移最大值达到24.6 mm;土体弹性模量及围护结构刚度对基坑围护结构变形影响较大,桩体水平位移随着土体弹性模量及围护结构刚度的增大而减小.     

管桩土塞效应模型试验研究

土塞效应会对管桩的贯入阻力和承载力特性产生明显影响,这是开口管桩重要的特征之一.通过开展粉质黏土和砂土的开口管桩室内模型试验,模拟开口管桩的压桩过程,分析不同因素对管桩土塞效应的影响.试验结果表明:土体的性质对模型桩内的土塞效应有重要影响,相同加载条件下模型桩内砂土的土塞高度均大于黏土的土塞高度;管桩土塞最大高度随桩径的增大而减小;模型桩的取芯高度与模型管的压入速率关系密切,随着压桩速率的增大,土塞高度也显著增大.     

基于MIDAS GTS基坑支护数值模拟分析

岩土工程中数值分析是起着重要作用.本文通过MIDAS GTS有限元软件建立基坑开挖模型,模拟实际施工,得出相应的变形数据以及锚杆轴力变化,可以提前预测出基坑开挖过程中出现基坑位移和土体隆起量最大的位置.结果表明随着开挖深度逐渐加大,桩身水平位移逐渐增大,最大水平位移随着开挖深度增大而向下移;在基底处发生了隆起,基底中间位置处隆起量最大,两侧逐渐减小;地表的沉降量和水平位移随着开挖深度增加也逐渐增大;锚杆在自由段处轴力最大,沿着锚固段轴力逐渐减小,可为类似工程提供参考依据.     

水平单向及多向载荷下单桩响应的数值研究

利用大型有限元分析软件ABAQUS,建立砂土中单桩的三维弹塑性数值分析模型,通过三轴试验确定土体相关参数,研究水平单向载荷作用下桩头自由和固定时单桩的响应特性,及多向加载路径对单桩承载力的影响.结果表明,桩头自由的单桩在水平力作用下桩身的最大弯矩在土面下约4倍桩径处,桩运动前方土体隆起的最大值出现在桩前约0.5倍桩径处;桩头固定单桩的水平承载力约为桩头自由的2.65倍,且出现较大的桩顶弯矩;多向加载条件下的桩头水平承载力与单向加载条件相比明显减小,随着短长轴比增加,水平加载主方向(X方向)承载力降低,载荷最大值出现得更早.     

冲刷作用下桥墩结构体系的有限元计算

在泥沙冲刷和动水压力的耦合作用下,采用ANSYS有限元软件构建了桥墩-承台-桩-土的三维有限元模型,在不同冲刷深度情况下对桥墩结构体系进行了受力分析,计算了桥墩结构体系的屈曲荷载、墩顶的水平位移和竖向位移以及在桩侧和桩端的土抗力及桩身变形。结果表明,当冲刷深度从0 m增加到15 m时,桥墩结构体系的屈曲荷载由7.65×10⁵ kN减小到0.89×10⁵ kN,仅为未冲刷时屈曲荷载的11.63%。当冲刷深度从0 m增加到14 m时,桥墩顶部水平位移由3.15 mm增加到57.99 mm,桥墩顶部竖向位移由26.99 mm增加到28.73 mm,桩侧土平均摩阻力由35.33 kPa减小到26.29 kPa,桩端土竖向抗力由11 008.44 kPa增加到12 152.89 kPa,桩侧土水平抗力最大值由23.47 kN增加到248.94 kN,桩身最大水平位移由2.31 mm增加到52.36 mm。随着冲刷深度的增加,桥墩结构体系变形大幅度增加,竖向承载力降低幅度十分显著,桥墩结构体系很容易发生失稳。