基于DIC技术的桩-土-承台共同作用性状的模型试验研究

利用数字图像相关技术,编制适合岩土试验模型变形量测分析的位移场分析程序(DIC).结合室内模型试验,利用DIC程序对试验中获得的系列图像进行分析,得到群桩基础的承载变形特性、桩周土体的位移场,并对其破坏模式进行推断.研究结果表明:利用自行编制的DIC程序分析桩周土体位移场是可行的,并可以得到全场位移;随着桩距增大,群桩基础荷载沉降特性有更多的天然地基承载表现;3b(b为方桩边长)桩距群桩由于桩对桩间土体的遮拦作用明显,其侧向位移数值较6b桩距的要小;对于3b桩距群桩,土体的压缩主要集中在桩端以下土层,整个群桩基础呈实体深基础破坏模式,而对于6b桩距群桩,桩间土体的压缩量占主导地位,整个基础因桩间土体侧向挤出而破坏.分析结果验证复合桩基理论,6b桩距可视为常规桩基与复合桩基的桩距分界点.     

基于DIC技术的桩–土–承台共同作用性状的 模型试验研究

 利用数字图像相关技术,编制适合岩土试验模型变形量测分析的位移场分析程序(DIC)。结合室内模型试验,利用DIC程序对试验中获得的系列图像进行分析,得到群桩基础的承载变形特性、桩周土体的位移场,并对其破坏模式进行推断。研究结果表明：利用自行编制的DIC程序分析桩周土体位移场是可行的,并可以得到全场位移;随着桩距增大,群桩基础荷载沉降特性有更多的天然地基承载表现;3b(b为方桩边长)桩距群桩由于桩对桩间土体的遮拦作用明显,其侧向位移数值较6b桩距的要小;对于3b桩距群桩,土体的压缩主要集中在桩端以下土层,整个群桩基础呈实体深基础破坏模式,而对于6b桩距群桩,桩间土体的压缩量占主导地位,整个基础因桩间土体侧向挤出而破坏。分析结果验证复合桩基理论,6b桩距可视为常规桩基与复合桩基的桩距分界点。     

带承台单桩工作机理模型试验及三维离散元数值模拟

以数字化摄影测量技术为基础,利用可视化室内模型试验及三维离散元数值模拟方法,对不同承台尺寸的带承台单桩荷载传递特性、桩周土变形分布模式及细观结构参数变化规律进行研究。研究结果表明:基桩在加载初期首先达到极限承载力,带台单桩的后期承载力主要由承台下土体来承担,随着承台尺寸的增加,承台对基桩承载力的削弱作用以及对土体侧向变形的约束效应逐渐增强。对于较大承台带台单桩,其竖向变形影响范围将扩展到桩端附近,桩端土体仍然呈现单桩的孔穴扩张变形模式,小承台带台单桩随桩端土体的刺入呈冲剪破坏模式,而大承台带台单桩最终呈现一定的整体剪切破坏模式。研究成果对于其他桩型工作机理研究具有重要参考价值。     

高承台桩基竖向沉降及荷载传递研究

桩体竖向沉降是建筑物稳定的基础,为了研究高承台基础桩基的沉降特点和桩周土体固结对桩体产生的影响,采用模型试验和数值模拟的研究方法对高承台桩基的沉降及桩基荷载传递特点,桩周土体固结对桩基产生的力学响应进行了研究。研究表明增大承台荷载显著增加桩体沉降量,而且在排水固结的情况下周围土体产生的下拽力导致桩端变形增大。     

基于数字图像技术的桩周土体位移场测量

以数字图像相关(DIC)技术为基础,开发出适合岩土实验模型变形量测分析的新技术,并将该技术应用于垂直荷载下桩周土体位移场及其破坏模式的研究。试验中,直接用数码相机在试验各阶段拍摄照片,对照片序列进行图像相关分析,即可得出桩基模型试验的变形场分布。试验结果表明:利用编制的DIC程序分析桩周土体位移场是可行的;垂直荷载下单桩桩周土体位移场可分为桩侧土体变形区及桩端土体竖向变形区两个部分。随着离开桩轴线距离的增大,桩侧土体位移急剧减少,其影响范围为(4～5)b(b为桩的边长);桩端土体受扩张压力的作用,沿径向向外扩张,呈孔穴扩张现象。从桩周土体的位移场的发展过程来看,单桩呈"梨形"破坏,与Meyerhof所提出的桩周土破坏模式相似。     

长短桩组合桩基宏细观工作性状研究

利用基于数字图像的变形测量系统,结合室内模型试验,研究了长短桩组合桩基的荷载沉降特性、土体变形渐进发展规律;建立了长短桩组合桩基的颗粒流数值分析模型,对桩周土体细观结构变化情况进行了分析。研究结果表明:承台下土体在加载初期即有相当量的荷载分担,长桩的侧摩阻力在加载后期基本保持不变,而短桩的侧摩阻力仍有一定的增长,长桩和短桩的承载力有一定程度的削弱,尤以短桩削弱较多;长短桩组合桩基中土体竖向位移的影响区域扩展到长桩桩端附近,基础剪切滑动面位于承台边缘及桩端以下局部范围土体中;短桩桩端土体竖向应力较早达到极限,而长桩桩端土体竖向应力在加载后期超过短桩,长桩和短桩桩端土体竖向应力与孔隙率变化规律具有良好的一致性。研究结果为长短桩组合桩基础设计及其工程应用提供理论依据。     

桩基施工对近邻地铁隧道的影响分析

结合南大路立交桥匝道桩基施工,采用现场监测和数值模拟手段,分析了桩基施工过程中深层水平位移、地表沉降以及近邻隧道结构变形的变化。结果表明:桩基施工对周边土体产生挤压,地表发生隆起,而后隆起量降低并趋于稳定;桩基邻近匝道路基边坡施工,开挖卸载引起土体应力释放,地表产生较大隆起变形,约占最大变形量的50%;桩基施工将对隧道结构产生一定的影响:距隧道结构越近,其影响越大;桩基成孔及灌注对近邻隧道结构影响最大。     

复合桩基桩土非线性相互作用机理的数值分析

利用ABAQUS软件对常规桩筏基础(3d桩距)和复合桩基(6d桩距)进行了三维弹塑性分析。利用无厚度接触面单元模拟筏板-桩-土的非线性接触特性,采用Mohr Coulomb弹塑性本构模型描述土的非线性特性,桩取为弹性。得到了沉降、桩土荷载分担比、桩周土体水平位移变化情况。分析结果表明,6d桩距群桩中基桩的承载能力很快发挥到极限,后续荷载交由承台下土体承担,有更多的天然地基承载表现,6d桩距群桩的桩间土绕桩滑动的趋势较3D桩距群桩的要强。分析结果基本反映了桩-土-筏的实际工作性状,验证了复合桩基理论的正确性。     

软土中群桩承载变形特性与减沉复合疏桩基础设计计算

根据大型现场模型试验,分析了软土中群桩承台、桩、土相互作用特性。试验表明:随桩距增大,承台土抗力和桩侧阻力增大,而端阻力减小;当桩距增至6d时,侧阻力趋近于单桩,端阻力仍高于单桩,承台土抗力发挥率(承台效应系数)仅为50%左右,明显小于其他类土;桩基沉降变形特征表现为桩端刺入和桩间土压缩为主导;不同于小桩距群桩的桩、土整体变形特征。根据软土中疏桩基础承载变形特征,提出减沉复合疏桩基础简化设计方法,以计算桩间土压缩及桩土相互作用效应确定桩基沉降,并以十余项实际工程进行了验证。     

盾构隧道下穿桥梁引起桩基变位的数值分析

依托某地铁盾构隧道下穿既有桥梁桩基工程,考虑实际的工程地质水文地质条件、上部桥梁结构传递到承台顶的荷载、盾构设计及施工参数等因素的影响,建立FLAC3D数值计算模型,模拟盾构隧道顺桥向穿越桥梁桩基的全过程,对两种不同的桩基加固方案条件下地表沉降和桩身变形规律进行了分析。研究结果表明:隧道开挖引起桩的挠曲,桩身的水平位移随桩洞距离增大而减小;后开挖侧的桩身位移比先开挖侧大;桩和承台约束了地表的沉降。