砂土中螺旋挤扩钻具下旋成孔过程的模型试验研究

 针对螺旋挤土桩钻具成孔过程对地基土产生的影响,利用自行设计的可视化模型装置,在均质砂土地基中,进行螺旋挤扩钻具下旋成孔过程模型试验探讨成孔机制。从宏观上分析螺旋挤扩钻具掘进过程中孔侧土体径向位移和环向剪切位移规律,以及土体应力场的变化规律;在细观层面,通过分析与钻具作用的土体组构演化规律,探讨钻具挤扩土体的细观机制。试验结果表明：螺旋挤扩钻具下旋挤扩对土体的影响与竖向应力相关,竖向应力越大,土体径向位移传递得更远,土体的径向位移主要产生在2.5倍钻径范围内,孔壁附近土体产生显著环向剪切位移,孔侧土体应力变化过程表现为加载–卸载–加载的过程,与钻具接触宽度约为5倍平均颗粒粒径区域的颗粒发生显著旋转,砂土颗粒与钻具接触由点面接触逐渐发展为面面接触,细观组构向同向性趋势演化。研究成果对进一步研究螺旋挤土钻具挤土扩孔机制以及螺旋挤土桩桩侧土体的宏细观力学特性都具有一定意义。     

砂土中静压桩沉桩过程试验研究与颗粒流模拟

采用室内模型试验及颗粒流数值模拟研究了密实砂中静压桩沉桩过程,对桩周土体宏细观力学响应进行了分析研究。通过模型试验对浅层土体、桩身周围、桩端处土体的不同位移模式进行了比较分析,揭示了桩周不同位置土体的变位规律,并将孔隙变化场与宏观位移场进行相互印证,发现桩端土体位移模式与压密区基本呈圆孔扩张。对桩体贯入过程中的动端阻力、动侧摩阻力的发展规律以及临界深度等问题作了揭示。以室内模型试验为基础,建立了静压桩沉桩颗粒流模型,将数值结果与试验结果对比分析,通过分析土体细观变化模式揭示沉桩过程中宏观响应的内在机理。研究成果对于进一步明确沉桩挤土效应内在机理和沉桩阻力的发展规律都具有意义。     

考虑孔压消散的静压单桩挤土位移场研究

静压桩挤土位移会随压桩过程中产生的超孔隙水压力的消散而变化,但由于压桩过程的复杂性,这一问题尚没有得到很好的解决。基于应变路径法及源汇法理论,根据土体的固结度理论推导小应变条件下考虑孔压消散的静压单桩周围土体位移场的解析解,该解析解可以考虑如下问题:地表面的自由边界条件问题,土体中孔隙水压力的消散问题,并能给出整个压桩深度内土体的水平及竖向位移场。根据压桩过程中近桩身土体变形特性对大变形条件下近桩周土体位移场做出相应的理论推导,并分析大小应变条件下挤土位移场的差别。利用所获得的挤土位移理论解分析超孔压消隙对土体位移场的影响,与现场测试结果进行对比,结果表明:静压单桩水平挤土位移和地表面隆起量均随孔隙水压力的消散而减小;考虑孔压消散的静压单桩挤土位移场的理论解和实测值变化规律相一致,且数值上基本吻合,能够满足工程需要。     

压桩过程中静压桩挤土位移的动态模拟和 实测对比研究

 圆孔扩张法及应变路径法由于土体的大变形和桩土界面摩擦接触问题而难以模拟动态的压桩过程,数值模拟法能够考虑到土体的本构关系、大变形和桩土的相互作用等诸多因素的影响,因而在静压桩挤土效应方面得到了广泛的应用。采用合适的土体屈服准则及有限变形理论,通过在桩土界面设置接触以及在桩顶施加位移荷载建立了能够实现动态压桩过程的有限元模型。利用得到的有限元模型模拟了沉桩产生的水平及竖向挤土位移场,讨论了动态压桩过程对沉桩挤土位移场的影响,并和现场实测进行了对比。研究结果表明,挤土位移场动态模拟结果与实测值相一致,且能反映土性的变化情况;在动态压桩过程中,水平向的挤土位移随着压桩深度的增加而增大,竖向挤土位移随着压桩深度的增加浅层土体表现为隆起增加,而深层土体表现为下沉量增加。挤土位移的最大值与压桩深度存在滞后效应,因此在压桩过程中要给以足够的重视。     

湿陷性黄土场地双向螺旋挤土灌注桩成孔挤密效应与极限承载力试验研究

为深入研究大厚度自重湿陷性黄土地区双向螺旋挤土灌注桩成孔前后桩周湿陷性黄土挤密范围和挤密效果,揭示双向螺旋挤土灌注桩破坏特征和极限承载力,在兰州榆中某高阶地开展现场双向螺旋挤土成孔试验与静载试验。基于各地规范中双向螺旋挤土灌注桩桩侧极限阻力修正系数和兰州各典型地层现场实测数据,提出了甘肃地区不同土类桩端极限阻力标准值。结果表明:桩周土体地表隆起量与径向水平位移随距离成孔中心越远呈减小趋势,径向影响范围为3D(D为桩径),竖向影响范围为地表以下25 m; 在2D范围内对桩周土体的物理力学指标有明显改善,桩心距越小,挤土成孔对桩周土体的物理特性影响越明显; 同等工况下双向螺旋挤土灌注桩的单桩极限承载力相比长螺旋灌注桩提高25%,且都呈现缓变型破坏特征。     

双向螺旋素土挤土桩处理深厚自重湿陷性黄土地基的试验研究

为论证双向螺旋素土挤土桩消除自重湿陷性黄土地基湿陷性的可行性,在兰州黄河南岸高阶深厚自重湿陷性黄土场地上开展了双向螺旋素土挤土桩单桩和群桩的挤土试验,测得双向螺旋素土挤土桩单桩周围土体的变形以及距桩周不同距离处土体物理力学指标的变化;获得不同桩间距的双向螺旋素土挤土桩群桩桩间土物理力学指标变化以及桩间土承载力的变化情况。试验表明:经双向螺旋素土挤土桩单桩挤密后的土层土性变化最大范围为2倍桩间距,明显影响范围为1.0～1.5倍桩间距;群桩间距不大于2.5倍桩间距时,双向螺旋素土挤土桩可以消除黄土湿陷性。     

静压桩挤土效应及施工措施试验研究

为减小静压桩施工对周围环境产生的影响,需要采取合理措施减小沉桩挤土效应。以软土地区某桩基工程建设项目为依托,选取预钻孔、预钻孔与应力释放孔结合的施工措施,进行了预制空心方桩的挤土效应试验。通过预埋孔隙水压力计与测斜管,监测了静压桩不同贯入深度下土中孔隙水压力和土体水平位移的变化规律。监测结果表明:超孔压的影响半径超过12d,且超孔隙水压力随上覆有效应力的增大而增大;静压桩挤土效应引起的水平位移在软硬土层交界面附近将发生突变;预钻孔及释放孔的影响半径超过12d;前一节桩压桩在桩周土体中产生裂缝有利于后续压桩过程中超孔压的消散。试验结果对认识静压桩沉桩挤土效应,进而制定减小沉桩挤土效应的合理措施提供有效帮助。     

静钻根植桩施工环境效应现场试验研究

静钻根植桩采用先钻孔注浆后植桩的施工技术,可以解决传统预制桩施工过程引起的挤土效应问题。然而,静钻根植桩施工过程中钻孔和注浆过程会对周围土体产生一定扰动,目前没有相关研究。文章通过一组现场试验对静钻根植桩施工过程中的钻孔、注浆搅拌和植桩阶段对周围土体的扰动规律进行研究。静钻根植桩施工前在钻孔周围土体中埋设土压力传感器,孔隙水压力传感器和测斜管,分别测试静钻根植桩施工过程中周围土体中水平土压力,超静孔隙水压力和深层土体水平位移的变化规律。研究结果表明：静钻根植桩施工过程会对周围土体造成一定扰动,而施工完成后周围土体中的水平土压力、超静孔隙水压力和深层土体水平位移迅速恢复;当水平距离达到4D(D为钻孔直径)时,静钻根植桩施工过程基本不会对土体产生影响;试验结果可以为静钻根植桩在地铁周围等施工位移控制敏感区域的应用提供理论依据。     

灰土挤密桩地基加固施工分析

结合某灰土挤密桩地基加固工程实例,对现场加固效果及挤密系数的理论计算方法进行了分析,结果表明,由于挤密桩施工过程浅层土体发生了隆起导致浅层桩间土的挤密系数小于深层桩间土的挤密系数,提出了挤密桩设计时宜采用等边三角形布置挤密桩;并推导出了不同布桩方法对应的桩间土理论干密度与挤密系数计算公式。     

桩尖角对PHC管桩沉桩挤土位移影响的有限元分析

文章基于某长江大桥管桩基础工程项目,利用ABAQUS软件对锤击法PHC管桩沉桩的挤土位移进行了数值计算,研究了不同桩尖角对PHC管桩沉桩贯入过程挤土位移的作用。研究结果表明:桩尖角不同,沉桩过程中产生的竖向挤土位移不同,其大小与地表土体挤出高度存在负相关,当沉桩贯入3m深后,对桩顶地表土体的位移几乎没有影响;改变桩尖角大小对径向挤土位移无明显作用。     

Constitutive behavior of low yield point steel LYP160

为了研究低屈服点钢材LYP160的本构行为并提出循环本构模型,进行了此种钢材的循环加载试验,研究其受力性能,包括单调受力性能、滞回性能、破坏模态及耗能能力等。利用Ramberg-Osgood模型,得到材料骨架曲线。采用Chaboche模型,确定了循环本构模型的关键参数,利用此模型预测低屈服点钢板剪力墙结构的滞回行为。结果表明：低屈服点钢材LYP160虽然初始屈服点低,但其抗震性能较好,延性约为普通钢材及高强度钢材的2.3~2.8倍;能量耗散系数在3.6左右,耗能能力明显高于普通钢材和高强度钢材,提高幅度约30%,LYP160钢材具有显著的单调及循环强化性能,具有较高的承载能力,其滞回特性包含了各向同性强化与随动强化两种特征,其中各向同性强化行为具有控制作用,这与普通钢材及高强度钢材有明显的区别。     

数字化施工下高心墙堆石坝结构性态精细数值模拟研究

为考虑实际施工质量对堆石坝结构性态的影响,提出了数字化施工下高心墙堆石坝结构性态精细数值模拟分析方法。首先,基于数字化施工技术估计得到了大坝任意位置处的坝料压实质量。其次,通过室内试验,建立了坝料压实质量与力学模型参数的回归关系模型,从而实现大坝任意位置处模型参数的空间估计。在此基础上,通过程序开发,实现了任意单元计算模型参数的精细赋值。最后,采用精细有限元模型实现了高心墙堆石坝应力变形的数值模拟,并采用精细扩展有限元模型实现了心墙蓄水期可能水力劈裂的预测模拟。计算结果显示该方法可以更好地反映大坝施工过程的变形情况,提高了计算的准确性。该方法充分考虑了大坝实际施工质量下坝料力学参数在空间上的差异性,克服了传统方法采用同分区相同坝料力学参数而导致的计算精度不足的弊端。     

土的基本特性、本构关系及数值模拟研究综述

按照对土的力学行为影响的程度,将土的基本特性分为三类:基本特性、亚基本特性与关联基本特性。基本特性包括三种:压硬性、剪胀性与摩擦性,它们是土区别于其他材料的最根本特性。亚基本特性包括应力历史依存性、应力路径依存性、软化特性、各向异性、结构性、蠕变特性、颗粒破碎特性以及温度特性等等,它们通过影响三种基本特性的发展演化规律而间接影响土的应力应变关系。关联基本特性包括屈服特性、正交流动性、相关联性、共轴特性以及临界状态特性等等,它们是考虑建立土的弹塑性本构模型过程中需要关注的基本概念或基本假定。在详细论述土的基本特性及其相互关系后,又通过对非线性弹性的Duncan-Chang模型、弹塑性的Cam-clay模型及其系列UH模型、Asaoka模型、Li-Dafalias模型、Yin-Graham EVP模型以及大陆学者的诸多模型进行深入剖析,具体阐述怎样对土的基本特性进行抽象概括建立本构模型、各本构模型能分别反映哪些特性以及是通过怎样的途径实现对土的基本特性的反映。随后,又探讨了将本构模型应用于数值模拟中的诸多思考以及土工计算方面的个人体会。分别讨论了土工数值模拟的精度以及影响因素,数值模拟中本构模型的选取及参数的获得,变形计算分析中土体初始状态的考虑方法,土体破坏过程模拟分析中对应变局部化的处理,以及在土与结构的接触特性分析中解决二者位移不连续问题的建议。     

三峡茅坪溪高沥青混凝土心墙堆石坝运行性状研究

茅坪溪防护坝是三峡工程的副坝,也是目前中国最高的沥青混凝土心墙坝.分析该坝在三峡库水位135 m时的变形规律,据此对坝体填料的参数进行反分析.在此基础上对设计水位175 m时及不同水位下,高沥青混凝土心墙的应力与变形进行非线性有限元数值仿真,并研究沥青混凝土参数取值对心墙运行性状的影响.采用双曲函数与幂函数结合的模式拟合沥青混凝土的三轴蠕变试验曲线,对大坝进行蠕变分析.分析结果表明,考虑蠕变效应,心墙的水平变形与最大主应力将有较大的增加.研究结果同时也表明,不同蓄水过程对心墙性状的影响不大,心墙产生水力劈裂、剪切破坏与挠曲破坏的可能性不大.研究结果可供大坝蓄水计划参考,并为高水头下高沥青混凝土心墙坝的运行提供一定的参考.     

Back-analysis of geotechnical parameters on PVD-improved ground in the Mekong Delta

This study presents a back-analysis of geotechnical parameters on prefabricated vertical drain improved ground at a site in the Mekong Delta. Various time?settlement behaviors that reflected different clay thicknesses and loading patterns were observed. The total surface settlement behavior at several monitoring locations was simulated using an updated exponential method that considered staged construction. The analyzed results were validated by substituting the values into a theoretical solution for radial consolidation. The estimated theoretical behaviors were comparable with the monitored behaviors. The geotechnical parameters were back-analyzed by applying the previously analyzed results to various theoretical and empirical formulas. However, the use of extensometer data that were installed at large intervals produced different values of the geotechnical properties. Furthermore, finite element analysis supported the back-analyzed total settlement behaviors and nearly disregarded the application of the geotechnical properties that were obtained using either surface or subsurface settlement data. However, settlements and excess pore pressures in the sublayers were not successfully predicted even when the geotechnical properties were adjusted. Thus, subsurface instruments that can be installed closely in thick clay deposits are required to reliably reevaluate the variations in geotechnical properties along a certain depth.     

循环荷载作用下岩石疲劳本构模型初探

为研究循环荷载作用下岩石的疲劳本构模型,提出了3个疲劳基本元件:弹性疲劳元件(HF)、黏性疲劳元件(NF)和塑性疲劳元件(YF)。通过疲劳基本元件的组合建立了稳定疲劳模型(广义开尔文与伯格斯疲劳模型)与不稳定疲劳模型(非线性黏弹塑性疲劳模型);当且仅当n1时,非线性黏弹塑性疲劳模型才可完整模拟岩石的减速疲劳、等速疲劳和加速疲劳3个阶段。研究结果表明:非线性黏弹塑性疲劳模型可较好的模拟岩石的疲劳变形规律;若疲劳变形规律具有明显的减速、等速及加速阶段,则加速疲劳参数n将随岩石单轴抗压强度增大而减小。根据研究结果提出用临界应力比而非临界应力设计疲劳试验的参数,可能更为合理。     

岩石非定常蠕变模型辨识

在页岩蠕变试验数据基础上,分析岩石黏弹性变形随应力水平不同和时间发展的变化规律.通过反分析方法建立一维情况下非定常黏弹性模型的蠕变方程,通过应变的理论计算结果与试验结果的对比发现,不考虑参数的时间相关性将引起较大的误差,而考虑参数的时间相关性的非定常黏弹性模型比定常黏弹性模型可更为准确地反映岩石的黏弹性变形性能.在软岩巷道二维非定常蠕变模型辨识的工程实例中,事先假定围岩为黏弹性和黏弹塑性两种不同力学模型,并分别考虑参数为定常和非定常两种情形,在已知现场量测位移条件下,利用位移反分析并根据一定的准则函数求其不同模型中的参数及相应的准则函数值,由各个模型相应的准则函数值大小,判定最佳模型.在假定的一组模型里,发现非定常黏弹塑性模型为最佳模型.     

三峡工程永久船闸三闸首区开挖变形特征的智能分析

针对三峡工程永久船闸三闸首区闸室开挖诱发的岩体变形特征,提出了一种复杂岩体变形、应力及损伤状态的智能分析方法。分析过程中所涉及的岩体力学参数和本构模型利用现场监测到的位移进行智能识别,然后利用所确定的参数和模型,考虑动态施工和环境诱发岩体损伤的影响,对复杂岩体的变形、应力及损伤状态特征进行分析。结果表明,由智能计算得出的中隔墩顶面和两侧边坡直立墙的变形趋势与实测情况较吻合,而且开挖区表层附近出现较大区域的塑性区,直立墙和中隔墩的中上部出现拉应力区,直立墙底部拐角处出现压应力集中现象。     

U型软钢阻尼器的设计及力学性能分析

文章提出了一种U型软钢阻尼器,并根据该阻尼器的受力特点,建立了相应的力学分析模型。同时,运用ANSYS有限元软件模拟了该阻尼器的滞回特性,获得了其主要力学性能参数,并与所建立的力学分析模型进行了对比分析,二者基本一致。从分析结果可以看出,本文所设计的U型软钢阻尼器具有良好的受力性能和理想的滞回耗能特性。