现浇X形群桩竖向抗拔特性及影响因素分析

结合南京某污水处理厂软基处理工程,开展了现浇X形钢筋混凝土桩(简称X形桩)单桩竖向抗拔承载力现场试验,测得了荷载-位移关系曲线;基于FLAC3D软件建立了竖向上拔荷载作用下X形单桩、群桩特性分析的数值模型,并与现场单桩抗拔试验结果进行对比分析;比较研究了与等效圆形截面桩抗拔承载力的差异,并分析了基桩长度、桩-土摩擦因数以及基桩位置等因素对X形群桩力学特性的影响规律。研究结果表明:X形桩竖向抗拔承载力与其等外包直径的圆形截面桩承载力相近,较等混凝土用量的圆形截面桩承载力提高了近17.4%。     

#br# 基于透明土的XCC桩沉桩挤土效应模型试验及其理论研究

现浇X形桩（以下简称XCC桩）是近几年提出的一种新型异形截面桩,其沉桩挤土效应不同于传统圆形截面桩。针对目前的理论模型和试验技术对于研究异形截面桩沉桩挤土效应的不适用性,提出一种新的异形截面桩沉桩模型试验技术。基于透明土变形可视化技术,分别研究了圆形桩和XCC桩沉桩挤土的位移场变化规律。通过将圆形桩透明土沉桩挤土位移场的结果跟传统的理论模型（圆孔扩张法和应变路径法）进行对比,验证了透明土沉桩模型试验技术的可靠性。随后,开展XCC桩的沉桩挤土试验。进一步地,基于模型试验结果提出一种简单的修正扩孔理论用于计算XCC桩异形桩的沉桩挤土径向位移的分布规律,并将理论计算位移与模型试验测量值进行对比验证修正扩孔理论的合理性。提出的异形桩透明土沉桩模型试验技术以及修正扩孔理论可以作为研究其他如矩形桩、Y形桩、H形桩等异形截面桩的沉桩挤土效应问题的一个基础。     

扩底楔形桩抗压承载力理论计算分析

扩底楔形桩是一种可以有效发挥桩侧摩阻力和桩端承载力,提高单位材料承载力的新型桩;然而针对其竖向抗压承载力理论机理及计算方法的研究相对较少。在小倾角范围内(<5°),基于Randolph和Wroth荷载传递理论模型,建立考虑楔形角对荷载传递机理影响的扩底楔形桩桩侧摩阻力、桩端承载力计算方法;通过与数值计算模型和模型试验实测结果的对比分析,验证该文所建立的理论计算模型的准确性与可靠性;续而开展楔形角、扩大头直径以及桩体强度等因素对扩底楔形桩抗压承载力特性的影响分析。研究结果表明:该文所建立的扩底楔形桩理论计算方法可以准确、有效地计算其竖向抗压承载力;同等地质条件下,扩大头直径比楔形角对基桩竖向抗压承载力的影响更明显。     

正方形孔扩张的弹性分析

圆孔扩张理论作为一种相对成熟的理论工具已经广泛的运用于岩土工程中的各类问题,但是对于一些初始孔形并非圆孔的扩孔问题,圆孔扩张理论并不适用。基于保角变换的方法将原物理平面上初始非圆形孔洞映射到像平面上的单位圆,将原物理平面上由于孔洞扩张所产生的位移边界条件转换到像平面上,利用平面复变弹性理论,得到初始非圆形孔洞孔扩张的弹性理论解。通过基于该文的方法计算圆孔扩张并且与现有的圆孔扩张的弹性解进行对比分析,验证该文解的可靠性。续而,针对初始孔形为正方形的孔洞,采用该文方法详细地分析了正方形孔扩张的力学特性。研究结果表明,该文解在退化到圆孔扩张问题后与现有的圆孔扩张弹性解完全一致;正方形孔在扩张过程中角点处出现应力集中现象,尤其在极角为30#x000b0;~45#x000b0;时应力急剧增加。在离孔心的距离大于4倍的a₀/2(a₀为初始正方形孔边长)处,其应力分布状态就接近于圆孔扩张,即孔洞非轴对称的影响只在离孔心一定的范围内,当大于这个范围时,这种影响就可以忽略不计。     

基于PIV技术的沉桩过程土体位移场模型试验研究

基于粒子图像测速(PIV)技术,利用自行设计的静压桩自动沉桩模型试验系统,对沉桩过程中桩周土体位移场进行测量。在沉桩过程中,利用CCD(charge coupled device)高速工业相机连续拍摄试验观测面上桩周土体变形的灰度图像,然后对初始点和峰值点进行分析,得到位移场分布。研究了不同沉桩深度、桩-土摩擦系数和桩尖形式情况下沉桩对周围土体位移场的影响规律;相应试验结果与圆孔扩张理论解进行对比分析,其径向位移变形的规律基本一致,验证了模型试验的可靠性。相对常规试验方法,该试验操作简便,对环境要求不高,可以进行非插入式全场测量。研究结果表明:在该文试验条件下,对于平底圆桩,沉桩过程对桩侧土体位移影响范围在8R附近,对桩端底部土体影响范围在4R附近;桩身摩擦的存在使得桩侧向土体位移影响范围增大2R左右,对桩端底部土体位移基本没有影响。当桩尖角度由0°变化为45°时,桩侧的水平和竖向位移均增大,桩端底部的竖向位移明显减小;而桩身摩擦对其水平位移和竖向位移影响不大。     

基于透明土材料的沉桩过程土体三维变形模型试验研究

为了对沉桩过程中桩周土体内部的变形特性进行非插入式测量,利用正十二烷、十五号白油混合液和玻璃砂合成透明土,并在此基础上设计了沉桩模型试验系统；该系统包括激光器、线性发生器、CCD（charge-coupled device）相机、沉桩加载仪和计算机等。激光经线性发生器转化后将透明土样切分,形成土体内部颗粒切面,CCD相机连续拍摄沉桩过程中该切面的图像,并通过计算机中图像处理软件进行分析,得到该切面变形前后的变形位移场。通过与数值模型的对比分析,验证模型试验结果的可靠性。对多个切面变形前后的位移场进行分析,从而得到沉桩过程中土体变形的完整三维变形场。试验结果表明,试验条件下沉桩水平挤土位移影响范围为8R；与常规模型试验方法相比,方法实现了土体内部变形的三维测量,有助于了解土体在各种荷载条件下的变形机理。     

低承台2×2能量桩基础单桩运行热力耦合特性研究

能量桩技术是一种集地源热泵和建筑桩基功能于一体的新型节能技术。为了研究能量桩在运行过程中的热力学特性及其对基础结构的影响规律,依托低承台2×2群桩基础,开展单根能量桩加热工况下的群桩基础热力响应特性现场试验,实测能量桩、对角桩及承台的温度和应变等变化规律,着重分析能量桩本身由于温度变化引起的力学特性、及其对桩周土体、邻桩和承台等结构的影响规律。研究结果表明,本文试验条件下,加热工况下低承台2×2桩基础中单根能量桩桩身中部产生的最大约束压应力值约为3.94 MPa,约为考虑桩体被完全加热和完全约束情况下的应力上限值的48%;在温降和运行桩的共同影响下,承台中部将产生约为1.05 MPa的附加拉应力(约为混凝土抗拉强度值的43.8%);在温度和上部荷载的耦合作用下,能量桩桩顶位移达-0.6 mm,约为桩径的0.6‰。     

无砟轨道X形桩–筏复合地基动土压力分布规律试验研究

基于1∶5的轨道–路基–桩筏复合地基模型,采用能够近似模拟列车单个轮轴荷载的正弦波荷载,在砂土地基中通过开展不同激振频率下无砟轨道X形桩–筏复合地基的动力特性模型试验,研究不同激振频率引起的轨道–路基–桩筏复合地基中的速度和动土压力,测得了速度响应、动土压力随深度和激振频率的变化规律。研究结果表明:在路堤横截面方向上,振动响应主要集中在轨道–路基结构中,基床表层中的动土压力在路堤横截面方向呈"W"形分布,地基表面的动土压力呈"U"形分布。基床表层中的动土压力荷载放大系数随激振频率的增加而逐渐增加。相关研究成果可为无砟轨道X形桩–筏复合地基的理论分析与计算以及动力荷载放大系数的确定提供参考依据。     

能量桩换热管新型埋管方式技术比较分析

简要介绍了目前常规灌注桩和预制桩中换热管埋设方式,并指出常规埋管方式中存在的一些技术缺陷;分别针对灌注桩、预制桩和大直径管桩,提出3种换热管埋设方式的新技术及其施工方法;分析新型埋管方式与常规埋管方式之间的优缺点,为类似工程提供借鉴和参考选择依据.     

化学电渗法加固软基位移场观测透明土模型试验

化学电渗法是通过电极添加化学溶液以提高电渗效率、增强加固效果的新技术。基于新型透明黏土材料和PIV技术,开展化学电渗法加固软基透明土模型试验,可视化观测土体内部位移场、排水量等变化规律;着重分析了电压梯度、电渗时长、以及化学溶液浓度等因素对软基加固效果的影响规律。研究结果表明:本文试验条件下,电压梯度每增大0.2V/cm,电流峰值平均增大35%,排水速率峰值平均增大30%;加入化学溶液能降低40%的有效电阻,试剂浓度每增大0.5 mol/L,排水速率峰值平均增幅为25%。