考虑间歇比的地热能源桩热-力性能试验研究

结合地热能源桩现场试验，在桩身内部埋设应变/温度传感器，监测进/出口水温、桩身温度和轴向应变.分析不同间歇比下桩身轴向附加温度应力与桩侧附加摩阻力的变化规律，比较间歇与连续模式下地热能源桩的传热性能与热-力学特性.试验结果表明，间歇比对地热能源桩的短期传热性能影响比长期传热性能影响大.当间歇比为1、2时，性能系数平均值分别为3.95、4.00，桩身每延米换热量平均值分别为101.2、107.3 W/m.间歇比对桩身温度影响较明显，间歇比为1的桩身平均温度增量比间歇比为2的高66%.桩身中部的轴向观测应变大于桩两端的，桩身轴向附加温度应力和桩侧附加摩阻力均随间歇比的增大而减小.在桩身温度恢复阶段，间歇比为1、2工况的桩身温度，轴向观测应变和轴向附加温度应力均有残余.     

饱和黏土地基中能源桩热-力学特性试验研究

建立室内模型试验,针对多次温度循环下饱和黏土地基中能源桩热-力响应展开研究,分析了桩周温度场、桩土沉降、桩身附加热应力及侧摩阻力的变化.结果表明,升温时桩身温度沿深度逐渐减小,土体温度沿径向逐渐降低;降温所引起的桩顶沉降量大于升温的膨胀量,将换热液体从5℃加热至70℃并维持24 h,随后降温至5℃并维持5 h,如此循环3次,导致桩顶产生不可逆的累积沉降;距桩身越近桩周土产生的沉降越大,沉降速率随循环次数的增加呈减小趋势,3次循环后,距桩侧130 mm处土体表面沉降达到桩直径的1.42%;温度荷载所引起的桩身附加应力和侧摩阻力均随温度的升高和循环次数的增加而逐渐增大,工作荷载作用下桩身附加热应力最大值达到695.40 kPa,最大热应力所在位置随桩顶荷载的增加而逐渐上移;升温时桩体上部产生负的侧摩阻力,下部产生正的侧摩阻力,降温时恰好相反;工作荷载的作用导致桩身产生负摩阻力的区域逐渐变小,位移零点也逐渐上移.     

考虑软土超固结的静钻根植能源桩模型试验

为研究静钻根植能源桩在不同固结状态软土中的承载特性,基于能源桩模型试验系统,对比测试了模型桩在正常固结土和超固结土地基中的热力响应.结果表明,热量在桩周土层中的扩散程度随着与热交换管(热源)距离的增大而减小;土层的超固结状态影响土层中孔隙水压力的产生与消散,相比于正常固结土,超固结土层中孔压消散速率更慢;桩周软土在升温后的竖向变形首先表现为回弹,随后变成沉降,超固结土回弹明显,且随后的沉降量更小;桩身附加温度应力呈先增大后减小的趋势,超固结土下的桩身最大附加温度应力位置高于正常固结土,且升温产生的负摩阻力较小.静钻根植能源桩的承载特性与软土超固结状态密切相关,在工程设计中需要综合考虑以确保运行安全性.     

能源载体条件下静钻根植桩承载特性

为了研究温度荷载影响下静钻根植桩的承载特性,通过室内试验测得温度在混凝土-土界面上的传导特性及对界面接触摩阻力的影响. 测试结果表明,接触压力对温度传导无明显影响,温度对混凝土-土接触面上摩阻力无明显影响. 根据试验测试结果,采用顺序热力耦合分析方法,建立考虑温度荷载影响的静钻根植桩受力分析有限元模型. 计算结果表明,制热及降温过程对静钻根植桩承载特性的影响受桩顶荷载的影响较大. 温度荷载引起的预制桩桩身轴力、桩侧摩阻力及桩顶、桩端位移、水泥土竖向应力的变化均与桩顶荷载相关,制热与降温过程引起的静钻根植桩承载特性变化有较大差异.     

静钻根植竹节桩荷载传递机理模型试验

针对静钻根植竹节桩这种新型组合桩基的荷载传递机理的问题,在模型槽中进行竹节桩的模型试验.通过埋设在竹节桩表面与水泥土中的应变片及桩底的土压力传感器对加载过程中桩身、桩端以及水泥土中的应力进行测量.模型试验结果表明:桩侧水泥土与桩端水泥土在荷载传递过程中所起作用不同,靠近桩端水泥土处桩侧水泥土中应力较大,在实际工程中需要提高该区域水泥土强度;模型试验测得的水泥土与桩周土极限侧摩阻力比现场试桩水泥土与桩周土的极限侧摩阻力大,在实际工程中搅拌水泥土时应提高搅拌均匀性以增加桩侧摩阻力;可以用传统桩基沉降计算公式计算静钻根植竹节桩的桩端沉降.     

上海某工程地基承载力检测中的异常情况浅析

通过在2根试桩桩身埋设钢筋应力计,监测桩身在竖向静载荷试验过程中的应力分布,并推算出桩身侧摩阻力与端阻力,同时比较桩后压注浆对桩侧阻力与端阻力的影响,并结合试验场地的地质与成孔资料,推断出桩侧阻力异常的原因。结果表明,通过桩身埋设钢筋应力计是获取桩侧阻力和端阻力分布与异常直观有效的方式。     

水泥土桩承载特陛的有限元分析

采用大型ANSYS有限元软件,对柔性基础下水泥土桩的桩身轴向应力、桩侧摩阻力以及桩土应力比进行了计算,讨论了桩体模量、桩长、土体模量以及垫层模量对水泥土桩的桩身轴向应力以及桩侧摩阻力的影响.比较有限元分析与理论计算结果,两者具有较好的一致性.     

水泥土桩承载特性的有限元分析

采用大型ANSYS有限元软件,对柔性基础下水泥土桩的桩身轴向应力、桩侧摩阻力以及桩土应力比进行了计算,讨论了桩体模量、桩长、土体模量以及垫层模量对水泥土桩的桩身轴向应力以及桩侧摩阻力的影响。比较有限元分析与理论计算结果,两者具有较好的一致性。     

大直径超长后注浆钢筋砼桩身应变分布式光纤监测

后注浆条件下大直径超长桩荷载传递机理十分复杂,而传统监测技术得到的成果不连续,不能准确反映桩基的荷载传递机理。结合工程实例现场静载荷试验,采取BOTDR分布式光纤技术监测桩身应变分布,研究超长桩端阻、侧阻分布。发现桩侧摩阻力呈中间大、两端小的趋势;桩侧负摩阻使摩阻力曲线上出现波峰和波谷交替现象;桩侧摩阻力在桩体下部很难发挥出来,直接把基坑底标高处桩的轴力作为极限承载力是不合理的。     

悬浮能量桩-筏基础的热-力学特性数值模拟

针对温度荷载与力学荷载共同作用下砂土地基中的悬浮能量桩-筏基础,建立热-力学响应分析的三维非线性有限元数值模型,研究能量群桩效应、桩间土的温度变化以及能量桩数量和布设方式对桩身附加轴向应力和桩头差异沉降的影响.结果表明,升温荷载作用下,能量群桩内部任意一个桩的桩身附加轴向压应力比单桩作为能量桩时要小得多;在部分能量桩-筏基础中,能量桩的附加压应力沿桩长呈抛物线分布,数值随能量桩数量的增加而减小;非能量桩的附加轴向应力沿桩长呈S形分布,非能量角桩和边桩的上部出现附加拉应力,数值随能量桩数量的增加而增大;能量桩的布设方式对能量桩附加轴向应力有较大影响,但对非能量桩附加轴向应力的影响较小;能量桩非对称布设时桩头间的差异沉降较大,桩周围土的温度取决于其周围能量桩的数量.     

地基附加应力和桩基沉降计算的修正Geddes应力解

Geddes应力解计算桩周土沉降是工程中常用的计算方法,其假设端阻力为桩端集中力,侧摩阻力沿桩身轴线线分布.此假设下计算得到的附加应力不能反映截面几何形状和大小的影响,存在一定的误差.为了更精确地计算桩附加应力与沉降,得到可以反映截面几何形状和大小的计算方法,在Geddes应力解的基础上,假设端阻力在桩端均匀分布,侧阻力为桩侧表面均布力和线性力的综合.采用2重积分的思想,推导出了圆形桩端阻力和桩侧摩阻力在桩周土产生的附加应力系数的计算公式,称为修正的Geddes应力解.通过对Geddes应力解和修正Geddes应力解的对比计算表明:随着桩径的增大,Geddes应力解计算误差随之增大桩径从0.2m到3m,Geddes应力解估算端阻力、均匀分布侧摩阻力、线性增长的侧摩阻力产生沉降的误差分别为小于20％、140％和40％.综合端阻力与侧阻力结果,Geddes应力解计算沉降结果偏大.将2种计算方法的计算结果与3维有限元ABAQUS计算结果进行了对比,结果表明修正的计算方法更接近于模拟结果.因此工程中使用修正Geddes应力解计算桩基沉降更合理.     

水泥−粉煤灰搅拌桩复合地基承载特性

开展水泥?粉煤灰搅拌桩（CFMP）复合地基模型试验,分析应变片及土压力传感器的信号,探究加载过程中桩身及粉煤灰地基中的应力传递特性. 结果表明：CFMP复合地基荷载沉降曲线为缓降型,CFMP复合地基的承载能力是粉煤灰地基的2.2倍;桩侧摩阻力沿桩身深度呈单峰分布,阻力峰值位于桩身中端;当桩顶荷载累加至1 600 N时,桩侧摩阻力到达极限值,并随荷载增加出现侧摩阻力软化现象;当桩顶荷载达到800 N时,桩端持力层的作用凸显,桩端阻力比进入迅速上升期,CFMP呈现以承担桩侧摩阻力为主的受力性状.     

刚性桩复合地基承载特性的试验研究

通过现场试验，测出了CFG桩不同深度处的桩身轴力和侧摩阻力，并得到了桩土应力比。分析了CFG桩复合地基中桩身轴力、桩侧摩阻力的分布及发展过程。研究了加载过程中桩侧摩阻力和端阻力荷载分担以及荷载分担比随外荷载的变化规律。最后介绍了CFG桩复合地基中负摩擦阻力的作用，得出了CFG桩由于褥垫层的设置，在加载初期，桩身存在负摩擦力，同时协调了桩土变形，使得桩土共同承担荷载，充分发挥土体的承载能力。     

不同组合下高喷插芯组合桩抗拔承载特性试验研究

基于自主研发的大型桩基模型试验加载系统,采用砂雨法施工,对4种不同组合形式的高喷插芯组合桩（JPP桩）进行了抗拔承载性能对比试验研究。结果表明：1）JPP桩的不同组合形式对抗拔承载力有较大影响,下组合抗拔承载能力最高,其承载能力是分段组合II的1.1倍,是分段组合I的1.3倍,是上组合的1.4倍。2）极限荷载下,组合段所提供的总侧摩阻力中,下组合最高。3）在桩体上拔过程中,桩身轴力沿桩身向下依次递减;随着荷载的增加,桩身上部侧摩阻力首先达到极限值并趋于稳定,然后桩身中下部侧摩阻力逐渐发挥。4）侧摩阻力随桩土相对位移的增加而逐渐变大,在桩土相对位移较小时便达到较大值,桩身上部的侧摩阻力在达到较大值后趋于稳定,桩身中下部不同位置处的侧摩阻力在达到较大值仍有不同程度递增的趋势,总体上呈现出双曲线的分布形式。     

挤扩支盘灌注桩承载性状的试验研究

为了系统地研究挤扩支盘桩的承载性能,基于河南省焦作热电厂的扩建项目开展了对挤扩支盘灌注桩的现场静载荷试验.试验为测桩身轴力的变化,预先在桩身内部埋设振弦式钢筋计.试验结果表明,支盘桩的支盘可有效地提高桩侧摩阻力,分担桩端阻力;极限状态时桩侧摩阻力约达到桩顶总荷载的30.99%,上盘约分担总荷载的14.13%,桩端阻力分担54.88%.支盘的位置对支盘桩承载力的提高非常重要,且承力盘作用的发挥具有明显的时间和顺序效应;支盘桩的Q-s曲线为缓变形;桩侧摩阻力充分发挥时桩顶的沉降约为8 mm.此次的研究结果对今后挤扩支盘灌注桩的设计与研究有重要的参考价值.     

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。     

竖向加载方式对桩侧向应力及侧阻性能的影响

为了研究竖向加载方式对桩侧阻性能的影响,采用数值模拟分析方法,分析了在桩顶下压、桩顶上拔和桩底上顶3种加载方式下由竖向荷载引起的附加的桩侧向应力.结果显示:在桩顶下压加载方式下附加的桩侧向应力为压应力,在桩顶上拔和桩底上顶两种加载方式下附加的桩侧向应力为拉应力;产生附加的桩侧向应力的主要部分位于桩顶下15～20m范围内及各土层分界面上下2.5m范围内;附加的桩侧向应力的最大值可达土自重产生的侧向应力的±80%以上,但沿桩长变化的梯度很大;桩周土类型、桩长和桩径对附加的桩侧向应力的数值及沿桩长的分布有不可忽略的影响.根据桩侧向应力与桩侧阻力之间的定性关系,讨论了竖向加载方式对桩侧阻力的影响.指出:通常不考虑土层的部位、不考虑桩长和桩径将桩顶下压加载方式下的桩侧阻力乘以一个折减系数作为桩顶上拔或桩底上顶加载方式下的桩侧阻力的做法是不适宜的.     

桩顶荷载下温度循环对PHC管桩的热力响应分析

能量桩将地源热泵与建筑桩基结合于一体,在承受上部建筑荷载的同时还受到附加温度荷载的作用,其桩身的热力响应特性比较复杂。结合某高校综合体育馆PHC管桩工程,分析了桩身温度、桩顶荷载-沉降特性、桩身应力及桩侧摩阻力等变化规律。研究结果表明:冷、热温度循环下桩身温度变化并不均匀,桩顶附近与桩身中下部的温度变化差异较大;桩身温度的变化将引起桩土接触面力学特性变化,改变桩体的沉降趋势,在温度升高时桩顶沉降量略微减小;温度荷载的作用将使桩身不同区域产生负摩阻力,且正负摩阻力的绝对值相差较大;中性点在桩身8m左右,靠近桩下端2/3桩长处。鉴于温度循环荷载会改变桩体的受力及沉降特征,能量桩的设计应充分考虑温度效应的影响。     

嵌岩桩竖向承载机理的数值分析

嵌岩桩的极限承载力高,在现场试验中很难将其加载至破坏和监测破坏时分析嵌岩段摩阻力的分布特征.在有限单元法的基础上,采用ANSYS软件,对两个嵌岩桩模型进行了竖向承载机理模拟.分析了桩端阻力在桩顶荷载中的比例、不同土层侧摩阻力的分布等状况.数值模拟结果表明:嵌岩桩的桩顶荷载由桩侧摩阻力与桩端阻力共同承担,桩侧阻力占60%～70%,桩端阻力和嵌岩层阻力占30%～40%;土层侧摩阻力达到极限时,桩端阻力和嵌岩层的侧摩阻力还可以进一步的发挥.     

自平衡法试桩的承载特性试验研究

通过分别采用自平衡法试桩和静载法试桩对杭州市某工程6根抗压试桩进行对比测试,分析基桩在自平衡法试桩条件下的Q-s曲线、桩身轴力、侧摩阻力等分布规律,并与静载法试桩条件下桩身受力性状进行对比研究.研究结果表明：自平衡法试桩上部桩与静载法试桩的桩身受力特性差别较大.前者桩侧摩阻力由下及上发挥,后者桩侧摩阻力由上及下发挥.砂性土、黏性土及圆砾的侧摩阻力折减系数可取0.688、0.774、0.860.在本工程土质情况下,自平衡法试桩的侧摩阻力折减系数可取0.782.自平衡法试桩的经转换后的Q-s曲线较平滑,且在加载值较小时与静载法试桩的Q-s曲线有一定差异,但随着加载值的增大,两者的曲线趋于一致,说明了自平衡法试桩的可靠性.