大面积填土场地深厚软土中预应力管桩下拉荷载现场试验

舟山某石化基地工程,场地大面积填土厚度达10 m,填土以下深厚软土厚度达50 m。在场地超载预压卸载后对新打设的预应力管桩进行下拉荷载测试,研究桩土相对位移以及桩土相对位移速率对试桩下拉荷载、负摩阻力系数和中性点的影响。结果表明：下拉荷载与桩土相对位移呈正相关性,下拉荷载增长速率随桩土相对位移速率减小而减小,当桩土相对位移速率减小至0.1～0.2 mm/d时,下拉荷载趋于稳定;根据单桩悬吊法测得的不同桩长桩身负摩阻力平均值,提出负摩阻力系数及中性点的计算方法。实测表明：随着时间增长,负摩阻力愈大,但远小于正摩阻力极限值,中性点深度愈大,至一定深度后趋于稳定。最后,基于JGJ 94—2018《建筑桩基技术规范》负摩阻力综合安全系数法所建议的单桩承载力特征值验算了预制桩,验算表明桩基满足工程安全要求。     

新型桶式基础防波堤桶体阻力分析

包括桶壁、隔墙摩阻力和桶底端阻力的桶体阻力是维持桶体稳定性的一个重要因素。外侧桶壁摩阻力与桶土相对位移及接触状态有关,内侧桶壁和隔墙摩阻力与桶土相对位移有关,桶底端阻力与桶土接触状态有关。波浪荷载作用下,海侧上部的外侧桶壁与土体脱离,下部产生相对土体的向上位移,陆侧桶壁则相反;海侧内侧桶壁与隔墙产生相对桶内土体的向上位移,陆侧则相反;海侧桶体底部与土体脱离,陆侧则挤压土体。波浪荷载作用下,在绕桶体转动中心发生向上位移的迎浪侧,随荷载水平增加,桶壁与隔墙摩阻力由桶体自重作用下的正摩阻力减小变为负摩阻力,桶底端阻力则减小直至为零;在绕桶体转动中心发生向下位移的背浪侧,桶体阻力在桶体自重的基础上增加。     

竖向受荷PCC桩宏细观工作性状研究

 采用可视化模型试验及离散元数值仿真方法,对竖向受荷现浇混凝土大直径薄壁管桩(简称PCC桩)桩土传力特性、位移场发展规律及破坏性状进行深入研究。研究结果表明：PCC桩荷载–沉降曲线呈缓变型,桩外侧摩阻力高于内侧摩阻力,内侧摩阻力发展滞后于外侧摩阻力,桩外侧摩阻力在桩身上段发挥较充分,内侧摩阻力在桩身下段发挥较充分,桩内侧摩阻力及端阻力控制PCC桩后期承载力;桩外侧土体以斜向下的剪切变形为主,其影响范围约为2D;内侧以竖向压缩变形为主,加载初期与桩同步变形,加载后期桩内侧下部土体与桩之间相对位移明显大于桩内侧上部土体;桩端土体可分为圆锥形竖向压缩区及侧向变形区,其在深度方向的影响范围达到4D,桩端土变形模式在平面上呈扇形;接触力链的分布与侧阻力沿桩长分布特征基本保持一致,而桩端土孔隙率的变化则从细观角度反映侧阻先于端阻发挥。研究成果对于进一步明确PCC桩与土相互作用的内在机制具有意义。     

单室与四室井筒式地下连续墙竖向承载特性研究

以井筒式地下连续墙为研究对象,采用数值模拟的研究方法,应用弹性本构模型,考虑墙土界面的参数影响,对单室和四室井筒式地下连续墙基础的沉降特性、内外侧摩阻力、端阻力、土芯顶部反力及其荷载分担比进行分析和研究。研究表明：外摩阻力主要由墙身深度范围内的外侧下部土体提供,内摩阻力主要由土芯下部土体提供;外摩阻力自上而下发挥作用,而内摩阻力自下而上发挥作用。随着荷载的增加,单室井筒式地下连续墙的外侧摩阻力的荷载分担比逐渐减小,而端承反力、内侧摩阻力和土芯顶反力的荷载分担比都在增加,而四室井筒式地下连续墙的外侧摩阻力、墙端反力、土芯顶反力都在减小,仅有内摩阻力的荷载分担比在增加。     

隧道开挖对上覆煤层采空区地层的扰动分析

隧道近接上覆采空区地层施工易扩大上覆围岩松动范围,增大松动荷载,为探明隧道开挖对上覆采空区地层的扰动规律,采用离散元颗粒流软件从细观角度分析了隧道开挖过程中上覆采空区地层应力变化特性,分析了采空区与隧道间距、采空区厚度及倾角对围岩应力的影响。结果表明:上覆采空区地层隧道开挖后围岩颗粒接触力链断开区域分布在隧道上方,开挖后洞周位移越大,颗粒接触力链断开区域也越大;间距越小,开采煤层越厚,颗粒接触力链断开区域越大;煤层倾角影响了松动区域位置。     

堆土加卸载与基坑开挖叠加对既有隧道变形的影响研究

针对堆土加卸载与基坑开挖叠加效应导致既有地铁隧道变形较大的问题,建立考虑加卸载叠加效应影响的三维空间分析模型,研究不同堆土加卸载叠加基坑开挖卸载模式对邻近地铁隧道变形规律的影响,探讨隧道在堆土加载、移土卸载再叠加基坑开挖下的变形规律。结果表明:正上方堆土加卸载对隧道的竖向位移影响较大,是侧向堆土加卸载的3倍～5倍; 在经历堆土加卸载后,隧道会残留不可忽视的变形,其残留竖向位移约为加载后位移的62%; 堆土加卸载叠加侧方基坑开挖时,隧道变形受基坑开挖深度的影响较大,大于隧道埋深的开挖阶段会加剧隧道变形; 4种叠加模式中,正上方堆土加卸载-侧方基坑开挖卸载隧道最终竖向位移最大,约17 mm,侧方堆土加卸载-异侧基坑开挖卸载隧道最终水平位移最大,约8 mm,邻近隧道施工时应充分考虑叠加效应的影响,尽量避免这两种情况。     

一种考虑桩侧土应变软化的荷载传递函数

建立了一种考虑桩侧土应变软化的荷载传递函数,其参数的物理意义明确,取值简单,应用简便。并根据浙江地区的工程经验,给出不同土层中软化系数c的建议值。该应变软化函数的特征中,软化系数c越大,软化现象越显著,即残余强度越低;参数τu决定应变软化函数的极大值,即极限摩阻力;参数s u决定应变软化函数的驻点(临界点),即极限位移。该应变软化函数的特征:当相对位移小于极限位移时,桩侧摩阻力随着相对位移的增大而增大,且增大速度不断减小;当相对位移等于极限位移时,桩侧摩阻力达到最大值;当相对位移大于极限位移时,桩侧摩阻力随着相对位移的增大而减小。应用应变软化函数和双曲线荷载传递函数对所收集的工程桩实测资料及离心试验资料进行拟合,结果表明此应变软化传递函数比双曲线荷载传递函数更适合于反映桩侧土软化的应力应变关系。     

高荷载水平下超长桩承载性状试验研究

通过对深厚软土地基中超长桩静荷载试验和桩身应力测试结果的分析,研究了高荷载水平下超长桩的荷载传递机理和承载性状。研究表明,超长桩在高荷载水平下表现为端承摩擦桩,桩侧摩阻力和桩端摩阻力的发挥是异步发挥且互相耦合。桩底沉渣会同时影响桩侧摩阻力和桩端摩阻力的发挥,在高荷载水平下,超长桩存在清渣干净的要求。在高荷载水平下,超长桩会产生桩侧土摩阻力软化,出现软化的桩土相对位移临界值与桩顶沉降有较好的相关性,表现为桩径D的正比例函数,软土中当桩顶位移为(0.01～0.02)D时,桩土将发生滑移而使桩侧摩阻力软化。同时,基于其承载机理对超长桩的设计应用作了进一步的探讨,得到的结论对超长桩的理论研究和工程设计具有重要的指导意义。     

广东地区大直径超长钻孔灌注桩荷载传递特性试验研究

 通过广东软土地区大直径超长钻孔灌注桩大吨位静载试验,分析了该地区大直径超长钻孔灌注桩承载特性及荷载传递机制,为该地区大直径超长桩的理论研究和工程应用提供了宝贵的参考数据。实测结果研究表明：试桩的Q-s曲线呈缓变型,桩端承载力分担总荷载比例均低于15%,表现为摩擦桩特性;随桩顶荷载增加,桩土相对位移沿桩身的递增幅度呈先增大后减小的趋势,淤泥质粉质黏土和淤泥达到极限侧摩阻力所需的桩土相对位移分别为17和6 mm,砂土达到极限侧摩阻力所需桩土相对位移22～27 mm,桩身上部土层侧摩阻力发生不同程度的软化;桩身上部粉质黏土的桩土相对位移为18～23 mm,在桩土相对位移达40 mm时,下部粉质黏土层侧摩阻力达到极限值的87%以上,桩土相对位移继续增大时,侧阻增加趋势较为平缓,并逐渐接近于极限值;风化砂岩侧摩阻力随桩土相对位移的增加而增大,极限荷载下侧摩阻力未完全发挥;桩端阻力随着桩端沉降量的增加呈加工硬化型。     

隧道开挖引起既有建筑物桩侧摩阻力的理论研究

择优选取桩土荷载传递的侧摩阻力计算模式,借助文克尔地基模型,运用两阶段分析理论探究隧道开挖对桩基效应的影响。阶段1解出相应桩位处的沉降量并用多项式简化,阶段2将其沉降施加于桩侧建立桩身沉降微分方程。通过逻辑推导并借助边界条件得到沉降计算表达式,继而得到桩侧摩阻力和桩周轴力。结合工程算例,根据隧道与桩基的空间位置关系分析桩侧摩阻力和桩周轴力随桩长的变化规律。研究结果表明:对于给定的围岩土质概况,若保持桩隧距离不变时,桩长对桩基效应变化影响较大;桩长小于15 m时,土体位移稍大于桩位移,单桩沉降很大,且单桩主要承受负摩阻力效应;桩长超过15 m时,土体位移明显大于桩位移,部分桩段承受负摩阻力,部分桩段承受正摩阻力,且摩阻力为0处的单桩轴力最大。     

开挖问题摩擦效应的有限元计算方法

 采用有限单元法计算砂性土中的开挖卸载,根据既有的散粒体材料开挖应力释放和弹塑性卸载理论研究成果,将卸载过程中材料荷载–位移曲线的非线性等效成为开挖荷载的逐步释放,该过程卸荷模量与加载模量一致,在此基础上推导了用卸荷刚度表示的计算域内开挖荷载计算式;同时,根据现有试验结果将八面体剪应力引入以表征单次加卸载情况下颗粒间的摩擦作用力,并利用虚功原理建立了颗粒间摩擦作用与卸载应力释放特性的关系,将应力释放效应对开挖荷载的影响等效成为修正开挖卸载阶段材料的弹塑性本构关系矩阵,从而实现了考虑卸载摩擦效应的开挖问题计算方法。从节点平衡方程的推导来看,开挖荷载对整个计算区域均有影响,和应力释放效应存在对应关系;设计了砂的室内单向加卸载模型试验,并采用该有限元方法对室内模型试验进行模拟,结果表明,单次加卸载过程中计算曲线可以较好的反映对应试验条件下土体的应力释放特性,计算结果与现有的理论研究成果的认识相符合,该方法对开挖问题的描述具有一定的可行性。     

循环加、卸载条件下岩石类材料变形特性的实验研究

从不同位移速率、不同载荷水平和不同岩石孔隙性(如坚硬致密的细粒砂岩和软弱多孔的混凝土加气砖等)3个角度对岩石类材料在循环加、卸载条件下所形成的封闭塑性滞回环的演化规律进行探讨。通过对其实验结果的分析发现:(1)岩石类材料在循环加、卸载条件下的卸载曲线与加载曲线不重合,确实将形成一封闭的塑性滞回环;(2)循环加、卸载条件下,加载曲线段的位移变化量在第1次循环期间变化较大,但从第2次循环开始,其位移变化量的变化并不明显,而卸载曲线段的位移变化量在整个循环加、卸载过程中的变化似乎都不明显;(3)一般而言,位移速率越大纵向载荷–纵向位移曲线的斜率就越大,载荷水平越高第1次循环中载荷卸载至零时所残余的位移量也越大;(4)从第2次循环开始,在每次循环加、卸载完成之后,加载曲线段的起点与卸载曲线段的终点几乎是重合的,即从第2次循环实验开始几乎不再产生新的残余位移量;(5)针对具有不同孔隙性的岩石,在不同位移速率和不同载荷水平时其循环加、卸载条件下的变形响应程度将有所不同。     

Investigation on seismic performance and functionality of self-centring post-tensioned segmental columns

The precast post-tensioned segmental columns react against lateral seismic loading with low residual displacement, predominantly because of the self-centring capability of post-tensioning strands. However, their application is still limited in high seismic zones due to their unknown behaviour during and following severe earthquake loading. In this work, experimental study is conducted to inspect the functionality of post-tensioned segmental columns after suffering severe damages. In earlier work by the authors, partial yield of central strands had been occurred during the unloading stage in the last cycle at 4% drift level. In current study, the experimental work is extended and the specimen retested under loading and unloading up to 4.0% drift. The results indicate that the first segment shows approximately 10 mm horizontal movement on the surface of foundation. However, the specimen showed identical strength at 4.0% drift level. In addition, using finite element method (FEM), a numerical study was conducted in order to investigate the influence of various parameters such as mild steel ratio, concrete strength, number of segments, post-tensioning force and axial loading. Finally, design recommendations were proposed for the yield displacement, ductility and correlation of residual displacement and displacement ductility of post-tensioned segmental columns with various aspect ratios.     

往复荷载作用下配置摩擦型阻尼器钢木混合剪力墙抗侧力性能研究

为研究配置摩擦型阻尼器钢木混合剪力墙的抗侧力性能,首先以4个摩擦型阻尼器研究了阻尼器的静力和动力特性,摩擦型阻尼器由高强螺栓穿过内、外钢板组成,钢板间夹有摩擦材料,包括无石棉有机材料NAO-780和聚四氟乙烯PTFE两种,内钢板设有长圆孔。当阻尼器激发,内、外钢板开始相对滑动耗能,当高强螺栓抵住长圆孔端部,则阻尼器锁定。阻尼器试验结果表明：阻尼器激发力与高强螺栓扭矩成线性正相关。摩擦材料NAO 780在不同加载幅值和频率下摩擦性能稳定。进而,将所研发的摩擦型阻尼器引入钢木混合剪力墙中,通过往复加载试验研究了钢木混合剪力墙的抗侧力性能。试验结果表明：阻尼器激发力越大,试件初始刚度越高,但木剪力墙损伤更严重;阻尼器内钢板长圆孔长度越长,木剪力墙可得到更多保护,但阻尼器锁定推迟,钢框架侧向变形增大。合理设置阻尼器激发力和阻尼器内钢板长圆孔长度可减小钢木混合剪力墙在地震作用下的损伤,使其在大侧移下仍有充足的抗侧能力储备,提高其抗震性能。     

往复荷载作用下配置摩擦型阻尼器钢木混合剪力墙抗侧力性能研究

随着我国土木工程行业由建造向运维逐渐转型，工程结构服役安全保障需求陡增，提质增效的结构智能诊断方法成为研究热点。结构服役性态指标是表征工程结构安全水平的要素，是工程结构诊断养护技术体系以及结构健康监测研究的基础，判断结构服役性态的敏感指标并进一步实现指标的智能识别是工程结构诊断智能化的首要任务。为此，围绕工程结构运维公共建筑、地铁隧道、公路桥梁、公路路面等多个场景中的敏感服役指标的智能识别开展综述研究；梳理关键敏感指标，进一步对指标的智能化识别方法进行归纳总结。结果表明，以深度学习为代表的新一代人工智能技术有效推动了结构服役敏感指标的感知识别研究与应用，其中数字图像方法与深度学习算法在工程结构变形、表面病害智能识别中取得了良好的效果，展现了全面的应用优势。     

椭圆型螺栓孔网架支座在不同拉力作用下的抗侧刚度研究

对于开椭圆形螺栓孔的网架支座节点,由于椭圆形螺栓孔的存在,使节点能提供一定的侧向“滑移”。对于主要承担竖向荷载和侧向水平荷栽的网架支座节点,这类螺栓孔的存在使支座节点的侧向荷载一位移曲线在不同的竖向荷栽作用下表现出不同的变化规律。通过大型通用有限元软件ABAQUS／Standard建立一种典型的开椭圆形栓孔的网架支座节点,利用面一面接触功能模拟螺栓与螺栓孔以及支座底板与支座垫板之间的接触。进一步研究支座节点在不同竖向拉力作用下的抗侧刚度以及不同摩擦系数对节点荷栽一位移曲线的影响。     

桩侧堆载作用下被动桩受力性状研究

桩周大面积堆载产生的土体变形不仅会引起桩身负摩阻力,也会使桩基承受较大的侧向荷载。文章应用三维有限元方法对桩侧堆载作用下的被动桩受力性状进行了分析,并研究了桩顶荷载对被动桩受力变形的影响。在桩侧堆载的作用下,桩身产生了较大的侧向位移与弯矩,同时出现负摩阻力和桩身轴力。桩身侧移和桩身轴力随着堆载距离的增加而减小,随着堆载量的增加而增大。桩侧堆载的被动桩在桩顶竖向荷载作用下会产生桩身二次弯矩,加剧桩身弯曲变形和内力。     

Investigation into macroscopic and microscopic behaviors of bonded sands using distinct element method

This paper presents an investigation into the inter-particle bonding effects on the mechanical behaviors of structured sands using the distinct element method (DEM) incorporating measured inter-particle mechanical behaviors. The inter-particle mechanical behaviors are first studied by testing on idealized bonded granules under designed loading paths, which demonstrates a linear pre-failure force–displacement relationship and normal force-dependent shear strength of bonded particles. Then a modified contact model is proposed by employing different force–displacement laws for pre-failure and post-failure bonded particles, in which a failure criterion is introduced to describe the inter-particle debonding. The third part deals with the DEM numerical simulation of isotropic and biaxial compression tests to investigate the bonding effects on the mechanical behaviors of bonded sands, where the proposed model has been verified capable of capturing the main mechanical behaviors of bonded sands. In addition, the investigation into the microscopic responses quantitatively figures out the effects of inter-particle cementation on the mechanical behaviors and the loss of soil structure.     

砂土介质中土压力盒的力学响应特性

砂土介质是典型的颗粒物质,介质的有效应力和变形都与骨架上的颗粒特性直接相关,而颗粒性状的改变进而影响着测试过程中土压力盒的力学响应.但宏观力学理论和连续介质方法无法准确解释介质颗粒间的力学行为,为了对实际工程进行更准确的测试,基于细观分析方法研究了荷载作用下的砂土颗粒接触形成的力链网络,模拟了力传递过程,并分析了加卸载...     

轴压比超限时框架柱的恢复力模型研究

根据收集到的28根轴压比超限时框架柱在固定轴向荷载和水平反复荷载作用下的试验结果,分析回归出试验柱的各位移角和刚度与剪跨比、轴压比、配箍特征值等之间的关系。根据轴压比超限时框架柱屈服的截面平衡条件推出的屈服柱顶水平位移和荷载、按《混凝土结构设计规范》(50010—2002)计算的柱顶水平峰值荷载及有关试验回归公式确定出框架柱的恢复力模型。研究表明:轴压比超限时试验骨架曲线强化段在水平轴上的投影长度和屈服位移的比值与配箍特征值成正比,与轴压比和剪跨比成反比;框架柱的强化刚度与弹性刚度的比值随着轴压比增大而逐渐减小,而随着配箍特征值增大和剪跨比增大而逐渐增大。框架柱最大荷载时的刚度及退化刚度与弹性刚度比值的绝对值随着配箍特征值增大而逐渐减小,而随着轴压比增大和剪跨比增大而逐渐增大;框架柱的卸载刚度和再加载刚度随位移幅值增加而退化,且在不同位移幅值下卸载刚度和再加载刚度的退化率与轴压比有关。本文建议的恢复力模型既可