层状地基中PHC管桩的静压残余应力试验研究

静压桩贯入过程中,因桩顶卸荷残留于桩身的应力较为显著。通过成层土地基中5根桩身预埋准分布式FBG光纤传感器的静压桩足尺试验,对开口PHC管桩沉桩过程中施工残余应力性状、沉桩结束17 d内桩身残余应力的发展变化情况及其对后续静载荷试验影响进行了阐述。试验表明,开口PHC管桩桩身残余应力及桩侧平均残余摩阻力随贯入深度呈折线型分布,中性面深度与贯入桩长比值介于0.66～0.92之间,其大小与桩端持力层密实度及桩端残余应力呈正相关关系。土塞效应成为制约开口PHC管桩桩端残余应力不同于其他桩型的主要因素之一;休止期内桩身残余应力逐渐趋于稳定,中性面处桩身残余应力降低幅度介于3.2%～29.88%之间,桩端残余应力降低幅度介于10.78%～32.39%之间;静载荷试验过程中不考虑施工残余应力将高估中性面以上桩侧摩阻力约53.46%,低估中性面以下桩侧摩阻力及桩端阻力分别56.62%,10%。研究成果可为进一步研究开口PHC管桩施工残余应力性状提供依据。     

钢-粉质黏土界面剪切特性及本构模型研究

在结构物与土体相互作用的研究中,分析界面剪切特性并建立合理的本构关系具有重要意义。利用改进的直剪设备,对粉质黏土与光滑或粗糙界面钢之间的剪切性能进行试验,分析剪切应力-剪切位移关系和界面抗剪强度指标,依据Gompertz曲线模型和Clough-Duncan双曲线模型对试验结果进行拟合,结果表明:剪切应力随剪切位移增大而增加,达到峰值剪切应力后基本不变,未出现弱化现象;峰值剪切应力和峰值剪切位移均随法向应力和粗糙度的增加而增大;粗糙界面的黏聚力和摩擦角较光滑界面的更大;在法向应力较低的情况下,按Clough-Duncan双曲线模型和Gompertz曲线模型拟合效果均较好,在法向应力较高的情况下,Gompertz曲线模型拟合结果更合理。     

桩-海洋黏土界面剪切性状试验研究

桩-土界面剪切性状制约着桩基受力特性,对研究桩-土相互作用机理具有重要意义。利用改进后的直剪仪,进行海洋黏土与钢板、混凝土板的界面剪切试验,研究不同含水率、不同固结时间的海洋黏土与钢、混凝土界面的剪切应力-剪切位移关系。结果表明:界面剪切应力-剪切位移关系表现出较好的弹塑性关系,可用双曲线模型表示;随着法向应力增大、含水率减小和固结时间增长,界面峰值剪切应力增大,所需峰值剪切位移增加,峰值剪应力的增加集中在固结开始后的14 d内;界面摩擦角和界面黏聚力随含水率增加而减小,界面摩擦角受固结时间影响不大,集中在20°～23°范围内,界面黏聚力随固结时间增加而增大,且集中在固结开始后的14 d内。研究成果可为海洋桩基工程沉桩阶段阻力估算及数值模拟提供参考。     

土岩复合地层注浆微型钢管桩-锚杆联合支护研究

注浆微型钢管桩以其施工作业面小、土层适应性强、布置形式灵活、具有超前支护作用等特点越来越受到工程技术人员的青睐。通过现场测试获得了青岛地区某大型建筑物用于基坑支护的注浆微型钢管桩在基坑开挖过程中的受力变形特征,总结分析了其沿深度的变化规律,认为微型钢管桩的计算模式采用桩锚计算理论较为合理。并将其成果运用于青岛地铁站基坑支护设计,通过数值模拟取得了地铁站开挖过程中基坑水平位移以及竖向位移的变化情况,分析表明该新型支护模式用于以岩石为主的土岩复合地层基坑支护有着独特的优势,产生的水平位移以及竖向位移较小,能够满足工程要求。     

新型压扩多支盘灌注桩的数值模拟分析

压扩多支盘灌注桩是在挤扩支盘扩孔灌注桩的基础上改进而来的一种新桩型,是将静压桩、沉管灌注桩、扩底桩和多支盘灌注桩的多种优点集于一体的新型桩基技术。压扩支盘桩具有承载力高、沉降小、经济性好的优点。利用ANSYS有限元分析软件对竖向受压时的二支盘压扩支盘桩进行数值模拟,得出了竖向荷载下侧摩阻力和桩端阻力的变化规律。桩的多个支盘构成了多支点摩擦端承桩,竖向荷载主要由承力盘承受,上支盘受力大于下支盘受力。提出了压扩支盘桩的支盘竖向临界间距、布桩最小间距的建议值。     

考虑粗糙度和粒径影响的钢-砂界面剪切特性试验研究

结构表面粗糙度和土颗粒组成大小对界面的摩擦特性有重要影响,揭示不同介质间界面的力学特性对工程建设具有重要意义。利用改进的直剪仪,对钢板与四组不同粒径组砂粒进行界面剪切试验,研究不同砂粒组、粗糙度和法向应力下的钢-砂界面剪切应力-位移关系、粗糙界面剪切面性状、粗糙界面抗剪强度构成。结果表明:界面峰值剪切应力随法向应力、砂粒组和粗糙度的增大而增加;光面钢板与砂粒在接触表面形成光滑的剪切面,刻纹路部位钢板与砂粒间的剪切面随纹路宽度与粒径的大小而有所不同;粒组粒径不大于刻纹宽度时,在砂-砂间形成剪切面;粒组粒径介于刻纹宽度1~2倍时,可能在砂-砂间形成曲形剪切面,也可能在钢-砂接触部分形成剪切面,粒径远大于刻纹宽度的,形成水平间断剪切面;刻有纹路的抗剪强度由未刻纹路区域与纹路区域提供;界面摩擦角随粒径和粗糙度增大而增加,大致在22°~30°。     

基于微生物矿化作用的混凝土自愈合性能研究进展

混凝土材料在实际服役阶段常常受到力学和环境因素的耦合作用,因"湿–热–化学–力"复杂应力使其内部较易产生微裂缝,有利于水分及腐蚀性离子的侵入,从而加速了钢筋混凝土结构耐久性劣化过程。为了延缓严酷环境下混凝土力学及耐久性能劣化过程,目前学者们通过微生物矿化技术对混凝土裂缝自愈合机理展开了大量研究。基于混凝土自愈合机理,针对微生物愈合的实现方式及其对耐久性的影响,对矿化作用下水泥基材料微生物自愈合研究进行了总结和讨论,最后综述了不同类型微生物诱导碳酸钙沉淀技术在水泥基材料中的应用。     

粗糙度对结构物-细砂界面剪切特性的影响

下部基础与土体界面的剪切特性对于整个结构的安全施工至关重要,地基上部土层中多见砂土层,砂粒径大小和结构物表面粗糙程度会影响下部基础的受力特性,对于研究砂土层下部基础的侧摩阻力具有重要意义。利用改进后的直剪仪,进行粒组为0.075~0.150 mm,0.150~0.300 mm的砂与人造粗糙混凝土板、钢板的界面剪切试验,研究不同砂粒组、不同粗糙度、不同法向应力下的钢-砂和混凝土-砂界面抗剪强度和界面剪切强度指标。结果表明:界面剪切应力-剪切位移关系可用双曲线模型描述,试验峰值剪切应力与模型峰值剪切应力的比值为0.85~0.95;峰值剪切应力随法向应力和粗糙度的增大而增加,粒组Ⅰ的较粒组Ⅱ略大,混凝土-砂界面峰值剪切应力较钢-砂界面的大;对于未刻纹路的结构物-砂界面剪切面为一移动的水平面,刻有纹路的结构物-砂界面剪切面由间断的水平剪切面和动态曲形剪切面构成;界面摩擦角随粗糙度增大而增加,粒组Ⅰ的抗剪强度指标较粒组Ⅱ略大,钢-砂界面摩擦角集中在23°~28°,混凝土-砂界面摩擦角集中在25°~31°。研究成果可为砂土层桩侧摩阻力估计和数值模拟提供参考。     

层状粘性土及砂土地基中静力压桩连续贯入的数值模拟

总结分析了软硬交互层状土中静压桩沉桩阻力的变化规律。为了使ABAQUS模拟层状土地基,特别是既有粘性土层又有砂土层的层状地基中静压桩贯入,分段采用不同本构关系模型,即在粘性土层中采用修正剑桥模型,砂土层中采用扩展D-P模型。同时,采用多项措施对层状土地基土体初始应力进行平衡。结合工程实例,模拟计算了不同土层性质差异明显、软土中有硬土夹层的层状土中静压桩连续贯入过程,得出了贯入过程中沉桩阻力随深度变化曲线,反映了通过硬土层时桩周应力和沉桩阻力的突变现象,与实测资料较吻合。研究结果有助于静压桩沉桩可能性分析以及挤土效应分析。     

静压敞口预应力高强混凝土管桩界面剪切性状试验研究

桩土界面剪切行为对静压敞口预应力高强混凝土(PHC)管桩沉贯性状及长期承载力特性具有至关重要的作用。通过成层土地基中桩身预埋光纤光栅(FBG)传感器的静压桩足尺试验，分别对敞口PHC管桩贯入及静载荷试验中的桩土界面剪切行为进行研究。结果表明：在贯入阶段，桩身轴力及侧摩阻力沿桩的深度方向逐渐传递，传力幅值与桩周土体性状密切相关，土层界面处轴力传递效率依次为98.2%、92.2%、96.3%、83.8%、80.5%。随着压桩循环次数的增加，同一深度土层摩阻力呈逐渐减小趋势。经历5个压桩循环后，深度6 m处的砂质粉土层摩阻力减小幅度约为46.25%，深度10m处的粉质黏土层经历3个压桩循环后摩阻力减小幅度约为12.1%；载荷试验过程中，桩侧摩阻力随着桩顶荷载施加自上而下逐步发挥。摩阻力完全发挥所需的桩土相对位移，粉质黏土层的最大，约为6.96~7.46mm，淤泥质黏土层的次之，约为6.05mm，砂质粉土层的最小，约为4.23mm；与原状土相比，重塑区土体含水量、孔隙比参数指标降低，重度、黏聚力及内摩擦角增大。桩周重塑区土体物理力学指标变化是贯入及载荷试验阶段桩土界面剪切行为不同的重要原因。