组合荷载作用下斜坡上桩基础水平承载特性研究

斜坡上桩基础不仅要承担上部建筑物传递下来的竖向荷载,还要承担斜坡传递下来的土压力等水平荷载,构成了复杂的桩-土相互作用体系。为研究斜坡上桩基础在竖向和弯矩荷载作用下的水平承载特性,通过自行设计的组合荷载加载装置,开展了四种工况下斜坡上单桩室内模型试验。分析在组合荷载作用下桩顶沉降、水平位移、桩身弯矩、桩侧土压力以及地基比例系数m值变化规律。试验结果表明:在桩顶施加竖向荷载有利于提高单桩的水平承载力,减小桩身的水平位移、弯矩和桩前侧土压力;在桩顶施加弯矩荷载-不利于单桩的水平承载力,随着弯矩作用的增加,相同水平荷载作用下,桩身水平位移和桩前侧土压力明显增加,而水平荷载对桩顶的竖向沉降影响较小;地基比例系数不仅与桩周土体有关,还与施加的荷载类型和桩土交界处的水平位移有关,地基比例系数随桩土交界处水平位移的增加迅速减小,最后趋近于稳定。     

青藏输电工程回填细粒冻土性质和铁塔基础载荷试验研究

为分析青藏直流输电工程回填冻土地基和铁塔基础承载性能,在浅部冻土处于冻结和融化两种状态时,分别进行回填细粒冻土性质试验和在三向荷载共同作用下锥柱式扩展基础的载荷试验。基于土工试验结果分析了冻融过程中回填地基的工程性质,得到一个冻融周期后地表沉降量为0.23 m,与实际情况一致。通过对基础承载特性及荷载与位移双曲线关系模型的分析,得到了基于地基基础相互作用极限状态条件下基础的极限承载力。针对季节活动层融化和冻结状态,应用试验结果验证了上拔工况下铁塔扩展基础稳定性分析模型和方法,获得了冻结状态时细粒冻土的上拔角。试验研究表明：当浅部活动层处于冻结状态时,地基强度及基础承载性能优于融化状态;冻土融化可缩小细粒土的孔隙比、提高密实度,并增加含水率和饱和度;土体冻结与否对地基的抗剪、上拔角等力学指标有显著影响,因此,保持深部回填地基的冻结状态对基础安全承载至关重要。     

人工冻融条件下模型桩基竖向静荷载试验研究

在室内人工冻融条件下,对-7℃、-3℃以及上层融化的人工冻土模型桩基进行了静荷载试验。试验主要研究了不同冻结温度下冻土中单桩的桩顶位移-荷载关系、冻结过程中桩的竖向上拔位移、融化过程中桩的沉降位移以及荷载作用下桩身轴力分布情况。试验表明:冻融环境对桩的位移影响很大,不同温度对桩的承载力也有很大影响。对于冻土冻融区的桩基工程,应特别重视上层冻土融化时可能造成的工程问题。     

青藏铁路110 kV输电线路冻土桩基模型试验研究

根据相似理论的基本原理确定了青藏铁路110 kV输电线路冻土桩基室内模型试验的相似准则与试验方法,并据此研究了上拔、下压和倾覆荷载的独立与组合作用下冻土地基和桩基间冻结强度、桩基承载力、桩侧冻土抗力以及冻土地基系数随深度变化的比例系数等参数的变化规律。试验结果表明,温度是冻土桩基承载力的主要影响因素,其试验成果可为该输电线路桩基础设计提供参考。     

桩底水热效应对模型桩–冻土流变特性影响的试验研究

为了研究冻土区桩底水对桩基稳定性的影响,制作混凝土模型桩及桩底水热效应装置并采用对比试验方法对模型桩顶逐级加载开展桩底水热效应对冻土桩–土流变特性影响的模型试验研究,得出桩身切向冻结应力传递函数曲线及桩端阻力传递函数曲线,分析不同荷载等级下桩底水对桩土相对位移及桩端阻力,桩–土流变特性,荷载传递特性,桩基承载特性的影响。结果表明:桩底水的作用减弱了冻土桩侧冻结强度及桩端地基土的抗力,造成桩土相对位移过大,加大了桩–冻土的流变效应,影响了桩侧冻结力和端阻力承担荷载的比例而使得桩基过分依靠桩侧切向冻结力来承受荷载且上述作用随着荷载的增大而增大,造成桩基承载力严重下降。     

斜向抗拔螺旋群桩基础承载性状试验研究

通过3桩等边三角形承台原型群桩基础的4次斜向抗拔、2次垂直抗拔和5次单桩垂直抗拔试验,绘制了相应的荷载位移关系曲线。依据地基变形特点和曲线变化特征,建议采用具有明确物理特征的H-(△x/△H)曲线判定螺旋群桩基础水平方向极限荷载,垂直方向抗拔极限荷载依据单位荷载的桩顶位移变化率、桩顶位移增量以及地基变形特征判定,并讨论了群桩基础在斜向荷载和垂直荷载上拔过程中的群桩效率。试验表明:抗拔群桩基础的群桩效率与外荷载的作用角度有关,斜向抗拔螺旋群桩基础的群桩效率小于垂直抗拔群桩基础的群桩效率,荷载水平分量加快了该种群桩基础的上拔破坏,斜向抗拔群桩的极限破坏荷载和极限位移要小于垂直抗拔螺旋群桩基础。     

软土地基微型桩抗拔试验研究

微型桩具有布置形式灵活,施工机械小型化,经济环保等优点,针对杆塔基础交通不便、环保要求高、地质情况差等工程特点,微型桩的优势在杆塔基础中能够得到充分发挥。承受上拔荷载是杆塔基础的主要功能之一,而以往对软土地基上微型桩抗拔特性的研究较少。通过软土地基中微型桩单桩和群桩的抗拔试验,研究施工工艺对微型桩单桩抗拔承载力的影响,实测单桩桩身轴力和桩侧摩阻力的分布,研究微型桩荷载—位移特性、群桩效应系数等。试验结果表明采用二次注浆工艺能显著提高微型桩抗拔极限承载力,有效地减小抗拔桩位移;由于二次注浆对桩周土体加固作用,群桩的荷载–位移曲线呈"缓变型",桩土共同作用的群桩效应明显,实测群桩效应系数相对较小,这对于软土地基上杆塔基础的设计具有参考价值。     

扩底桩的抗拔承载力试验及计算

通过对干旱地区黄土中扩底桩的抗拔试验 ,测试了扩底桩在上拔荷载、水平荷载作用下的上拔位移和水平位移以及位移与荷载的关系。研究了极限上拔承载力和抗拔桩的破坏机理。在相同条件下 ,增加扩大端的高度对提高桩的极限上拔承载力是有效的 ,破坏机理为土的减压软化和损伤软化的渐进性破坏。提出了极限上拔承载力的理论计算模式 ,并与实测资料进行了对比 ,理论计算结果与实测值是吻合的     

吸湿环境下膨胀土桩基抗拔承载特性足尺试验研究

为研究非饱和膨胀土中桩基的承载机理,在我国南阳膨胀土地区开展了桩基抗拔现场足尺试验研究。基于现场测试分析了浸水过程中地基膨胀变形与桩身中性点(桩-土相对位移为零的截面)的演化规律,通过桩身轴力、桩侧极限摩阻力和荷载-位移曲线揭示了增湿后桩基抗拔承载性能弱化特性。将现场足尺试验与室内模型试验结果作对比,分析了桩侧摩阻力演化与传递规律,并对增湿后桩侧摩阻力的计算方法展开分析。结果表明：浸水后膨胀土地基的膨胀变形主要发生在大气影响急剧层。浸水过程中桩身中性点不断下移,最终稳定在桩身一半的位置。由于地基增湿诱发了桩侧水平膨胀压力,浸水后桩侧摩阻力呈两端大、中部小且在中部沿深度方向线性增大的分布规律;另外,增湿导致膨胀土中毛细吸应力大幅减小,远超过水平膨胀压力对桩侧摩阻力的有利贡献,致使桩基抗拔承载性能显著弱化。     

竖向荷载下膨胀土桩基承载室内模型试验

利用自主研发的多向桩基加载系统,开展了室内模型试验,研究了膨胀土中桩基分别在最优含水率和饱和含水率条件下的下压和上拔荷载桩基的承载特性。试验结果表明:膨胀土含水率的变化,对抗压桩的极限承载力影响更为明显,对抗拔桩的极限位移影响更为明显。随着含水率的增加,尽管抗压桩和上拔桩的极限侧摩阻力均减小,且减小程度接近,但上拔荷载作用下极限侧摩阻力明显低于下压荷载的极限侧摩阻力。不同含水率条件下,抗压试验桩身极限侧摩阻力呈抛物线形分布,而上拔试验桩身极限侧摩阻力呈线性分布,含水率的增加使抗压桩和上拔桩的极限承载力显著减小,且抗压桩减小幅度更大,但抗压桩的极限承载力始终大于上拔桩的极限承载力。     

考虑大气温度变化的冻土区桩基承载力预测

大气温度变暖情况下,研究冻土桩基承载力变化规律,可为设计年限内预测工程结构物的工作状况提供科学依据。根据桩端入土深度及桩土相互作用原理分别对季节性冻土地区桩基和多年冻土地区桩基进行分类,并建立相应的桩土相互作用模型。以实际桩基工程为例,首先,建立大气温度与地温之间的关系,得出冻结期和融化期地面平均温度;然后,建立冻土区季节冻结及季节融化深度和地面平均温度与多年冻土厚度的关系,得出冻土区季节冻结及季节融化深度变化和多年冻土厚度变化;进一步综合季节冻土及多年冻土桩基工作状况的不同,结合已建立的考虑温度变化的桩土相互作用模型,基于现行规范的单桩承载计算公式并考虑不同的土性物理参数的基础上,最终建立大气温度变化与桩基承载力相关方程,预测桩基承载力变化状况。以上研究方法可运用于冻土区桩基承载力初步预测。     

流变性软土地层桩基沉降位移的粘弹性解析方法

考虑流变性软土地层桩基工程特性,并通过构建桩底土体虚拟柱状结构模型,建立了由桩体变形和桩底沉降时效特性的桩基沉降位移计算模型及其理论解。研究了桩基承载模式及其随荷载的演变规律、对应承载模式条件下桩基沉降位移及其时效特性。结果表明:软土地层中桩基荷载通过桩周阻抗自上而下传递,桩基承载模式随荷载增大存在摩擦承载模式、摩擦与桩端共同承载模式及其随荷载与环境条件逐步演化的动态关系;当桩基处于摩擦承载模式时,桩基沉降位移等于桩体压缩瞬态弹性变形;当桩基承载模式处于摩擦与桩端共同承载状态时,桩基总位移为桩体变形和桩底土体沉降位移的叠加,受土体的流变特性影响,桩基总位移呈现显著的时效特性,且随荷载增大桩端承载效果以及桩基位移的时效性愈加显著。     

上拔荷载作用下桩–桶基础结构 尺寸效应的数值分析

 运用ABAQUS软件分析不同尺寸的桩–桶基础在相同上拔位移时的上拔荷载及基础周围地基土体影响区域的变化,并对桩–桶基础进行初步设计。桩–桶基础的主要尺寸包括桶顶以下入土桩长(L3)、桶半径(R)及桶壁高(H),不同尺寸的桩–桶基础在地基土体达到破坏时的极限荷载各不相同,增加L3,R及H能提高基础的抗拔承载力,同时地基土体的影响范围也随之加大;R的变化对基础的抗拔承载力影响最大,其次是L3的变化,最后是H的变化;影响地基土体横向范围的结构尺寸主要是R,L3次之,H最小;影响地基土体的纵向范围的结构尺寸主要是L3,H次之,R最小。L3∶R = 8.0∶1.0时,能充分体现桩结构和桶结构共同的抗拔承载性能;R∶H = 0.6∶1.0时能充分体现桶结构的抗拔承载性能。     

低温多年冻土地基大直径钻孔灌注桩未回冻状态承载性质试验研究

 多年冻土地基由于大直径钻孔灌注桩桩身混凝土水化热造成桩周冻土融化,而桩体混凝土灌注初期桩土体系不具备冻结强度,导致钻孔灌注桩初期承载力很低。研究低温多年冻土地基大直径钻孔灌注桩未回冻状态的承载力和变形性质,可为工程施工工期安排提供技术依据。结合青藏铁路索南达杰特大桥工程进行低温多年冻土大直径钻孔灌注桩地温测试及现场静载试验,为此设置桩土界面测温孔(SB)、桩侧测温孔(SC,距离桩壁30 cm)以及未受施工扰动的基准地温孔(JZ)。获得夏季灌注桩混凝土入模温度为11 ℃,不同龄期桩土体系的地温分布,并分析桩土体系的回冻过程。测试数据表明：混凝土灌注完成30 d以后,桩顶至地表下2 m为正温,地表下2 m到桩底桩身表面均为负温,在－0.43 ℃～－1.26 ℃范围内变化;灌注50 d以后,桩土界面地温逐渐降低,为－1.0 ℃～－1.85 ℃,与未受扰动天然地基地温相比,桩土体系尚未完全回冻。同时进行不同地温条件下基桩的现场静载试验,分析竖向承载力、变形及桩侧摩阻(或冻结力)分布特性。当加载到最大荷载(7 600 kN)时,桩顶竖向位移达到4.93 mm,卸载后未恢复的变形为1.01 mm,说明低温多年冻土地基钻孔灌注桩在未完全回冻状态下(试桩龄期30 d)基桩具有较高竖向承载力,且变形量小。     

动态逆作开挖下有侧移钢管桩组的 整体稳定性能研究

有侧移静压钢管桩组支承的承载性能对于逆作增建地下室时既有建筑的安全保障至关重要。为获得逆作开挖下有侧移钢管桩组的整体稳定性能,提出一种考虑初始几何缺陷影响的钢管桩组非线性稳定承载力求解方法;基于线性特征值分析,就桩顶锚于原有基础（方案1）、桩顶锚于转换承台（方案2）两种方案,探讨土体水平抗力、原有基础抗弯刚度等因素对侧向约束的影响,求得稳定荷载和计算长度;继而引入一致模态和基坑侧移变形缺陷,采用非线性极值点分析初始缺陷的不利影响,基于此提出计算长度加大系数,进而求得修正后的非线性承载力;最后以单钢管桩组和整体模型为研究对象,对两种方案的侧向刚度差异及实际风载下的整体侧向位移进行分析。研究表明,相较方案1,方案2中有侧移钢管桩组在逆作开挖下的稳定承载性能有显著提升,不同土体水平抗力临界荷载比约为3.30~3.40;初始缺陷对钢管桩组的非线性承载力有不利影响,缺陷幅值越大,承载性能越差,工程设计中按包络法建议加大计算长度至1.15倍;风载作用下,两种方案中有侧移钢管桩组顶部的最大整体侧向位移约为50 mm,其引起的侧移缺陷对非线性承载力的不利影响不可忽略。     

单叶片全尺寸螺旋锚桩竖向拉拔试验研究

对叶片镶嵌有微型土压力盒的自制全尺寸单叶片螺旋锚桩进行竖向拉拔试验,记录不同埋深下安装扭矩、桩身位移和叶片表面土压力随上拔荷载的变化情况。分析安装扭矩、极限抗拔承载力与埋深比三者之间的相互关系,并初步探究螺旋叶片表面的土压力分布规律。结果表明,在试验研究范围内,安装扭矩和极限承载力都随埋深比的增加呈线性增大,二者受共同因素影响,线性相关程度明显;在上拔过程中,叶片上表面土压力增量从根部到边缘呈逐渐增大趋势,下表面土压力增量则远小于上表面,且大部分区域压力基本保持不变,少数边缘区域增大;叶片上下表面土压力合力随上拔荷载的增加而增大;桩土之间摩阻力的发挥则呈抛物线形,当上拔位移达到土体破坏极限位移量时,摩阻力达到峰值,而后逐渐减小到零;可以通过叶片表面土压力的分布来计算螺旋锚桩的拉拔承载力。     

深基坑开挖条件下抗拔单桩承载力性状研究

通过对基坑工程坑底工程桩桩顶位移与桩身轴力的实测结果进行分析总结,发现坑底工程桩在基坑开挖后,由于土体卸荷回弹产生较大的桩顶位移与拉力。为研究深基坑开挖条件下抗拔单桩承载力变化特性,采用有限元分析软件ABAQUS,建立二维轴对称模型,对不同桩长、桩距、开挖深度与开挖半径对坑底抗拔单桩承载力的影响进行了分析。研究结果表明,桩长和桩径可以显著影响开挖后抗拔桩承载特性,可以通过增加桩长与桩径提高抗拔单桩承载力;开挖深度和开挖宽度共同影响坑底抗拔单桩承载力,主要影响基坑开挖后桩体受力特性,对单桩承载力影响较小。因此,当基坑开挖宽度和开挖深度确定后,合理的选择桩长与桩径十分必要。     

土质边坡建筑桩基水平荷载试验研究

结合工程实际，在土质边坡进行桩基水平荷载试验，研究在水平力作用下的桩体变形特征及承载力。试验结果表明：（1)由位移控制的该工程下部结构设计是安全的；(2)试桩因离土质边坡坡脚距离不同而力学响应有明显的不同，在水平位移一定的条件下，离坡脚愈近，水平承载力愈大，这表明了在坡内土体竖向分力作用下，桩体本身受到较大的球应力作用，整体抵抗能力提高；(3)对于土质边坡建筑桩基础，桩体的承载能力与荷载施加方向是否和坡向一致未见有明显关系，显示了土质边坡均匀性特点，这与岩质边坡地质结构有明显的方向性有很大的不同。     

小型桩基竖向循环加载模型试验系统研制与应用

介绍了一种小型桩基竖向循环加载模型试验系统,包括加载系统、压力室、起吊装置、模型桩、数据采集系统。该系统通过伺服电机驱动联轴器带动滚柱丝杠转动,进而带动加载板对模型桩施加竖向位移荷载;通过水压加载法对土样进行围压加载,模拟不同深度土层的应力状态及固结情况。可针对不同固结状态的地基土和多种桩基型式,开展不同荷载组合下桩基竖向循环加载模型试验研究,适用于饱和软土、一般黏性土、粉土、砂土等均质或非均质地基。应用该设备进行了单桩竖向循环加载模型试验,并与数值模拟进行对比。研究结果表明,动荷载幅值、地基土固结压力对桩基承载力特性影响很大;动荷载幅值较小时,桩基承载力几乎没有弱化;地基土固结压力升高时,桩基承载力提高显著,桩基承载力弱化速度减慢;随着振次及振幅的增加,桩顶轴力逐渐弱化至残余值;位移循环荷载作用下,桩周土的弱化导致桩基产生了负摩阻力,进一步降低了桩基承载力。模型试验结果与数值模拟结果吻合较好。通过初步应用,证明了该试验系统弥补了常规1g小比例尺模型试验中低围压的不足,可以较好地反应出桩顶荷载和位移的非线性关系和承载力循环弱化现象。同时该系统输出荷载波形精确,量测系统灵敏度高、稳定性好,可用于多工况下桩基的竖向循环加载特性研究。