变荷载下劲性搅拌桩复合地基固结分析

采用劲性搅拌桩加固地基的复合地基技术越来越多地被用于实际工程,而对其固结理论的研究有待深入。基于等应变假定,推导出劲性搅拌桩复合地基在变荷载作用下桩间土的固结方程,采用双层地基一维固结理论求解该固结方程,得到了桩间土中的平均超静孔隙水压力和复合地基整体平均固结度的解析表达式。通过与固结度有限元分析结果的比较,评价了固结度解析表达式的计算精度。利用该固结度解析表达式进行参数分析,研究了劲性搅拌桩复合地基的固结特性。研究结果表明,劲性搅拌桩复合地基的固结速率远大于传统的水泥搅拌桩复合地基,它随着劲性搅拌桩的置换率、芯桩芯长比和水泥土外壳材料压缩模量的增大而增大。芯桩的截面含芯率和压缩模量对复合地基固结速率影响很小。     

钉形水泥搅拌桩复合地基一维固结解析解

钉形搅拌桩是具有扩大头的新型水泥土桩。基于等竖向应变假设,推导出瞬时荷载下端承钉形搅拌桩复合地基桩间土的固结方程,基于双层地基一维固结理论建立了相应的固结解析解。然后,将复合地基固结度解析解与有限元数值解进行比较,评价解析解的计算精度。最后,通过对各主要影响因素的分析,研究钉形水泥搅拌桩复合地基的固结特性。结果表明:钉形水泥搅拌桩复合地基的固结速率随桩的压缩模量、扩大头下部水泥桩的置换率和它周围土体压缩模量的增加而增大。增加扩大头的直径,复合地基的固结速率随之小幅减小。扩大头的长度不到桩长的一半时扩大头长度的变化对钉形水泥搅拌桩复合地基固结速率的影响较小,扩大头的长度超过桩长一半以后钉形水泥搅拌桩复合地基的固结速率随扩大头长度的增加而快速增大。     

劲性搅拌桩复合地基非线性有限元分析

以有限元程序ANSYS为工具,对劲性搅拌桩单桩的工作性状进行了分析研究。软土中不同芯桩长度和截面含芯率的劲性搅拌桩的内力和变形的分析。结果表明：劲性搅拌桩的荷载主要由桩侧摩阻力承担,传至桩端的荷载所占比例很小;并且存在一个最佳芯长和最优截面含芯率。进一步与同等条件下的混凝土单桩的对比研究发现,劲性搅拌桩的性能与混凝土桩十分类似,在一定条件下可以替代混凝土桩使用。     

混凝土芯砂石桩复合地基固结解析解及性状分析

通过计算,得到了混凝土芯砂石桩复合地基固结计算的解析解,并根据解析解对复合地基的固结性状进行了分析,结果表明:砂石桩桩体长细比越大,地基固结速率越小;随芯桩直径增大固结速率先增大后减小。     

悬浮刚-柔性长短桩复合地基固结解析解

刚-柔性长短桩加固地基可以充分发挥各桩型的优势,是一种新型的复合地基。为完善此类复合地基的固结理论,给出了瞬时加载条件下悬浮刚-柔性长短桩复合地基的固结方程,基于成层地基一维固结理论建立了相应的固结解析解。将固结度解析解与有限元解进行比较,验证了解析解的合理性和有效性。利用建立的解析解进行参数分析,研究了复合地基的固结特性,结果表明:悬浮刚-柔性长短桩复合地基的固结度随长桩长度的增加而增大;当下卧层为中低压缩性土时,复合地基固结度随长桩压缩模量的增加而增大;长、短桩置换率、短桩长度和压缩模量的变化对复合地基固结度的影响很小;悬浮刚-柔性长短桩复合地基的固结度随下卧层土压缩模量的增加而增大,随长、短桩共同加固区桩间土压缩模量的增加而减小;仅长桩加固区桩间土压缩模量的变化对复合地基的固结度没有影响。     

劲性搅拌桩芯桩长度的数值分析

劲性搅拌桩是适用于软土地基的一种新型复合桩,桩体由水泥土环桩内包钢筋混凝土芯桩组成。这种桩具有施工方便、造价低廉、单桩承载力高、桩身质量稳定可靠和无污染等多方面的优点,是一种极具开发前景的新型桩。在承载力机理和理论研究方面,针对劲性搅拌桩整体承载力的研究已较为成熟。但关于不同长度的芯桩对劲性搅拌桩整体受力性能及土体的应力应变影响尚缺乏研究。本文以现有的试验数据为基础,借助MIDAS/GTS有限元分析工具对不同芯桩长度的劲性搅拌桩进行的拟合计算;对数值计算结果进行对比分析并得出芯桩长度的合理取值,为劲性搅拌桩的推广和应用提供一些参考。     

不排水桩复合地基非线性固结解析解

考虑桩土模量比随固结而不断变化,在等应变条件下,通过理论推导,得到了适用于不排水桩复合地基的非线性固结解析解,并进行了地基固结性状分析。结果表明:土体压缩指数与渗透指数比值越小,地基固结越快,当比值等于1时,地基非线性固结解与线性固结解不相等,而是非线性固结度始终小于线性固结解;另一方面,考虑桩土模量比随固结变化情况下地基固结比假设桩土模量比不变情况下固结要慢,并且压缩指数与渗透指数比值越大,桩土初始模量比越大,两者差距越大。因此,对不排水桩复合地基,假设桩土模量比不变高估了地基的固结度,对工程安全不利。     

悬浮长芯劲性搅拌桩复合地基固结解析解

推导出瞬时加荷情况下悬浮长芯劲性搅拌桩复合地基的固结方程和相应的定解条件,利用三层地基一维固结理论,建立了相应的固结解析解,包括桩间土和下卧层土中超静孔隙水压力解答和复合地基整体平均固结度解答。通过固结速率解析解与有限元数值解的比较,证明了解析解的合理性。利用解析解进行复合地基固结速率影响因素分析,研究了悬浮长芯劲性搅拌桩复合地基的固结性状。结果表明:悬浮长芯劲性搅拌桩复合地基的固结速率主要受桩的贯入比和下卧层刚度的影响。复合地基的固结速率随桩的贯入比和下卧层土压缩模量的增加而增大。搅拌桩壳长度、厚度和刚度以及芯桩截面含心率的变化对复合地基固结速率没有影响。增加芯桩的压缩模量只会使固结前期复合地基的固结速率略微减小,不会影响固结后期复合地基的固结速率。     

多元不排水长短桩复合地基固结解析解

多元复合地基是一种新型的复合地基技术。推导出瞬时加荷条件下多元不排水长短桩复合地基桩间土的固结方程,基于双层地基一维固结理论建立了相应的固结解析解。通过与有限元解的比较验证了解析解的正确性。利用建立的固结解析解进行参数分析,研究了多元不排水桩长短桩复合地基的固结特性。计算结果表明,多元不排水长短桩复合地基的固结速率随长桩压缩模量和置换率的增加而增大。短桩压缩模量和置换的变化对复合地基固结速率的影响很小。短桩较短时,短桩长度的变化对复合地基固结速率几乎没有影响,短桩较长时,复合地基固结速率随短桩长度的增加而增大。此外,多元不排水长短桩复合地基的固结速率随短桩以下土体压缩模量的增加而增大。     

砂井-钉形搅拌桩组合型复合地基固结分析

建立了砂井为中心、砂井影响区边界上零星分布的钉形搅拌(TDM)桩简化为等面积桩环的轴对称固结模型。基于此轴对称固结模型,推导出瞬时荷载下砂井-TDM桩组合型复合地基的固结控制方程并给出相应的定解条件。用分离变量法求解固结方程,获得砂井、砂井周围土体和加固区的平均超静孔隙水压力,进而得到复合地基整体平均固结度。通过与三维有限元固结度计算结果的比较验证了解析解的正确性。利用固结解析解进行参数分析,研究了砂井-TDM桩复合地基的固结特性。结果表明：砂井-TDM桩复合地基的固结速率远大于TDM桩复合地基,它随整个TDM桩的压缩模量、扩大头高度、扩大头以下小直径搅拌桩的压缩模量和直径的增加而增大,扩大头直径的变化对复合地基固结速率的影响较小。     

双层散体材料桩复合地基固结解析理论

研究了考虑应力集中效应的双层散体材料桩复合地基固结问题 ,在得到此类双层地基系统正交公式的基础上 ,给出了解析解答 ,并通过编程计算 ,分析了此类地基固结基本性状。研究表明 ,根据本文提出的计算模型 ,桩径比和桩体刚度对地基的固结速率有较大影响 ;分别按孔压和沉降定义的总平均固结度有一定程度差别 ;采用竖井固结理论计算得到的平均固结度较本文理论的计算结果偏小。     

不排水桩复合地基固结解析解

以轴对称固结模型为基础,得到了不排水桩复合地基固结问题的控制方程,从理论上证明了不排水桩复合地基土体内只会产生竖向渗流,而且桩体施工扰动造成的扰动区土体径向渗透系数变化对地基固结不产生影响。然后分别给出了外部荷载瞬时施加和单级施加两种情况下的地基固结解析解,最后对不排水桩复合地基的固结性状进行了分析。结果表明：不排水桩复合地基的固结速率大于天然地基而又小于散体材料桩复合地基的固结速率;随着井径比（影响区与桩体半径之比）的减小或桩–土压缩模量比的增大,地基固结速度加快;井径比对地基固结的影响存在一个最佳值,大于该值,地基固结速率没有明显变化;加载历时对地基的固结影响较大,加载历时越久,地基固结越慢。     

Bearing capacity and failure behaviors of floating stiffened deep cement mixing columns under axial load

This research aims to clarify and gain an insight into the impact of the length of the stiffened core and the strength of the deep cement mixing (DCM) socket on the behaviors of floating stiffened deep cement mixing (SDCM) columns. The observed behaviors include the axial ultimate bearing capacity, settlement and failure mode. The study begins by conducting a series of physical model tests as a preliminary investigation. The results reveal that the strength of the DCM socket can be reduced to a certain value by inserting a sufficiently long reinforced core to achieve the highest possible load-carrying capacity, indicating an optimum length of the stiffened core for a specific DCM socket strength. For a parametric study on the actual scale condition, full-scale load tests on a floating DCM and an SDCM column with eucalyptus wood as a core in the thick soft clay layer area were carried out to provide a reference case. The extended numerical analysis results suggest that the modes of failure depend on the length of the stiffened core and the strength of the DCM socket. The results from the numerical parametric study were used to establish a guideline chart for suggesting the appropriate length of the core in accordance with the strength of the DCM socket of the floating SDCM columns. The field pile load test results also confirm that core materials with a lower strength and stiffness, such as eucalyptus wood, could potentially be used as a reinforced core.     

考虑桩体径竖向渗流的碎石桩复合地基固结解析解

提出一种新的复合地基固结度求解方法及表达形式,推导得到了考虑桩体及土体的径竖向渗流,上部荷载分级逐渐施加,扰动区渗透系数呈线性变化等因素的一个较全面的散体材料桩复合地基固结解析解。通过退化、与已有解的比较等方法对解进行了分析验证。结果表明,现有的单级荷载及瞬时荷载下考虑桩体径竖向渗流的解、考虑桩体竖向渗流与变形协调的解、太沙基一维固结解等都是解的特例,这说明了解的正确合理性,发展和完善了现有复合地基固结理论。不考虑桩体径向渗流会高估地基固结速度;地基加载过程越缓,地基固结越慢。提出的求解方法,为复合地基固结度的求解提供了一种新的思路。     

变荷载下散体材料桩复合地基固结研究

研究了复合地基固结问题,给出了变荷载及排水影响区土体内水平向渗透系数沿径向任意变化情况下散体材料桩复合地基固结一般解,讨论了复合地基固结特性。研究表明,水平向渗透系数和加载速率对复合地基固结有重要影响。加载越快,复合地基固结越快,瞬时加载时固结最快;加载越慢,桩径比(n)、扰动区大小(s)和施工扰动程度(ks/kh)对复合地基固结的影响会逐渐减弱。     

路堤荷载下不排水端承桩复合地基固结分析

将复合地基视为均质复合材料,考虑桩土相互作用,建立了不排水端承桩复合地基固结方程,并给出复合地基固结度的解析解。通过与有限元法解答的对比,证明了此解析解的正确性和有效性。根据此解答对不排水端承桩复合地基固结性状进行了分析。研究发现,端承桩复合地基固结速率远大于天然地基,复合地基固结速率随置换率、桩土模量比的增加而增大,随加固深度的增加而减小。