螺旋挤土桩下旋成孔过程的颗粒流数值模拟

螺旋挤土桩在国际桩基工程领域占据着重要的地位,为了深入研究螺旋挤土桩下旋成孔过程的力学特性,运用颗粒离散元方法对螺旋挤土桩下旋成孔过程进行了仿真模拟。在直剪试验的基础上确定了土样细观参数,建立数值模型,模拟研究了螺旋挤扩钻具以不同掘进下旋速度比在浅层和深层土中的掘进过程,通过与试验规律的对比,验证了数值模型的有效性,分析了桩侧土体的位移发展模式和力学响应,探讨了钻具与土体作用机理。研究结果表明,成孔的机理同钻具的掘进旋转速度密切相关,降低掘进旋转速度比,能减小钻具对周围土体的扰动范围,浅层与深层土体的位移模式不同;孔周围应力分布同钻具掘进下旋速度比相关,降低钻具掘进旋转速度比,可有效地减小钻具掘进的竖向阻力。     

砂土中螺旋挤土灌注桩受力性状模型试验研究

 利用自行研制的电动模拟钻机和桩基模型试验系统,在匀质砂土地基中进行新型螺旋挤土灌注桩模型试验,探索完全挤土型SDS桩的荷载传递规律和承载变形特性,发现桩侧摩阻力沿桩身呈异步发展,在小于0.2倍桩径的桩土相对位移范围内,桩侧摩阻力随桩土相对位移呈单调上升,且桩侧摩阻力远高于桩端阻力。通过SDS桩与CFA桩的试验结果对比发现,桩长因素对SDS桩承载变形特性的影响大于CFA桩,在桩长、桩径和地基都相同的模型试验条件下,SDS桩的极限承载力比CFA桩提高25%～70%。应用太沙基和派克的土压力原理及应力路径方法,阐明不同成桩工艺对桩周土体物理状态和力学指标的影响。结果表明,不同成桩工艺是引起SDS桩与CFA桩的承载变形性状出现差异性的主要原因。     

饱和成层土中静压桩挤土位移的模型试验研究

通过在饱和成层土中依次静力贯入三根桩的模型试验,研究了沉桩的挤土效应,总结了沉桩过程中土体在水平方向和竖直方向的位移变化规律,并对压入单桩、双桩和三桩的试验结果进行了对比分析。结果表明:沉桩过程中软硬土层交界处土体水平位移变化剧烈,呈波浪形分布,距桩越近水平位移变化越大;地表隆起最大值大约发生在距桩轴线2d(d为桩径)处;较硬土层对上部软土有约束作用而对下部软土有挤压拖带作用;双桩和三桩沉桩过程中已压入桩的"遮幕"作用明显;土体被挤压后,外摩擦角有所增大;桩周土体密度提高,影响范围大约在6d左右;上部土体含水量增大,下部土体含水量减小,但变化值不大。     

成层地基中静压桩挤土效应模型试验研究

本模型试验用改装的手摇式静力触探仪做为压桩设备,分别在均质地基和双层地基中连续贯入模型桩,用数码相机拍摄压桩过程,最后用图像处理软件处理所获得的图片,得到压桩结束后桩侧土体横向位移和竖向位移,比较分析均质地基和双层地基的最终土体位移场,得出静压桩在双层地基中,由于软硬土层间的相互作用,所产生不同于均质地基情况下的土体变形规律.     

新型螺旋挤土灌注桩现场试验研究

 螺旋挤土灌注桩(SDS桩)是一种新型的完全挤土型桩,该桩以其承载力高、施工速度快、对施工场地无污染等特征,已在多个国家得到应用,但国内还没有应用该桩型的工程实例。为此,在北京一工地进行2次SDS桩现场试验,研究SDS桩成桩时的挤土效应、承载特性和桩侧摩阻力分布规律及SDS桩与长螺旋灌注桩(CFG桩)承载性状的异同。试验结果表明：SDS桩施工过程中的地表隆起主要发生在成孔开始到螺旋挤扩钻头的挤扩部分全部进入土体阶段,之后地表隆起逐渐趋于稳定;其挤土效应主要在距桩位中心4倍桩径范围内完成,且土体的压缩性越高,挤土范围越大;在相同桩顶沉降量条件下,SDS桩的极限承载力比CFG桩提高30％～50％。     

螺旋挤土桩竖向承载性能试验研究

螺旋挤土桩是一种新型挤土桩,为研究该桩型的成桩机理、承载变形特性,自主研制了一台小型多功能模拟钻机,该钻机可方便模拟多种桩型的施工工艺。根据试验方案,利用该钻机制作了螺旋挤土模型桩及旋挖模型桩,并通过室内竖向静载试验分析了螺旋挤土桩的成桩机理及承载变形特性。     

软土中静压桩挤土效应的模型试验研究

通过大型模型箱试验,采用盐城地区典型场地软土,分别以单桩和排桩为研究对象,研究了沉入单桩和排桩过程中的挤土效应,比较分析了沉入单桩和排桩时土体变形和孔隙水压力的变化规律。试验结果表明,径向距离愈大,挤土效应的影响愈小,沉入单桩时挤土效应对位移和孔隙水压力的影响范围在0.6倍和0.5倍桩长左右,沉入排桩时,挤土效应对位移和孔隙水压力的影响范围在1倍桩长左右和超过0.7倍桩长。试验结果对软土地区桩基工程的施工具有指导意义。     

钻头优化模型试验研究

为得到最优的螺旋挤扩钻头型式,设计加工了不同型式的模型钻头及相关试验装置,并选择合适的材料作为钻入介质,通过不同型式模型钻头的钻入试验,研究了钻头螺距、螺纹形状等参数对钻头成孔扭矩的影响。试验结果表明水泥拌合土可作为螺旋挤土模型钻头的钻进介质;在相同成孔条件下,钻头钻进所需成孔扭矩随螺距及钻型呈明显变化,在实际工程应用中应根据地层条件选择较为优化的钻头。螺旋挤扩钻头钻进成孔模型试验可以方便、直观地定性实现螺旋挤扩钻头的初步优化工作,为选择所需成孔扭矩最小的最优短螺旋挤扩钻头提供设计依据。     

成层地基中静压桩挤土效应研究

目前静压桩挤土效应研究一般都是针对均质土情况,对于成层土挤土效应的研究则鲜有涉及。通过室内模型试验、现场试验及离散单元法数值模拟三种方法,对上硬下软的双层地基中静压桩的挤土效应进行了研究。模型试验中以改装的手摇式静力触探仪做为压桩设备,该装置克服了以往模型试验中桩体只能分段贯入这一缺陷,可以控制静压桩沉桩速率并很好地实现了静压桩连续贯入的过程,然后采用数字照相变形量测技术获取试验土样中预设标识点的位移。结果认为,上硬下软双层地基中静压桩挤土规律明显不同于均质地基情况,其最不利位置位于软硬土层交界处,最后将现场试验及离散单元法数值模拟结果对室内模型试验所得结果进行验证。     

利用园孔扩理论分析静压桩挤土效应

本文将静压桩的压桩过程模拟为园孔扩张课题,根据土塑性力学园孔扩张理论分析提出了压桩时塑性区影响范围和扩张压力的估算公式,并相应分析提出压桩时土体水平和竖向位移估算公式     

砂土中成桩工艺对桩基承载性能影响的室内模型试验研究

 模型试验是桩基承载性能研究中不可或缺的一种科研手段。通过设计模型试验,基于试验数据进行整理分析,研究砂土中成桩工艺差异对桩基承载性能的影响,经过对比研究,分析桩基的受力分布特点和沉降变形特性,探讨成孔卸荷对灌注桩承载特性产生的作用效应。结果表明：试桩的荷载–沉降(Q-s)曲线均呈陡降型。静压桩承载力最大,但曲线突降性方面不如预埋桩和灌注桩明显;成桩工艺不同会影响桩基的荷载传递性能,由于成孔卸荷和挤土效应差异,静压桩沿深度方向的荷载传递性能相对于灌注桩和预埋桩要差;4桩桩侧摩阻力在一定深度都出现强化现象,静压桩桩侧阻力强化位置略高于灌注桩和预埋桩,这是因为挤土效应使桩侧阻力增大,成孔卸荷和裹膜撤除产生的侧向卸荷会在一定程度上削弱桩侧阻力;桩侧阻力的极值发挥和极值点位置受成桩工艺影响较大;侧阻与端阻异步发挥且其最大值并非同时到达,端承力占桩顶荷载的比例随上部荷载变化而变化。     

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。     

抗滑桩加固斜坡坡面位移场特征及演化模型试验研究

 通过大型滑坡物理模型试验,利用计算机辅助检测技术测量坡体表面的位移场,获得抗滑桩加固斜坡坡面位移场分布特征,统计斜坡失稳过程中坡面位移场的特征统计量–方差,根据位移场方差值D(X)的平稳变化和急剧变化对坡体失稳破坏过程进行描述;运用分形理论R/S分析法,确定滑坡位移场时序分形动力学参数–坡面位移场方差的Hurst指数,研究抗滑桩加固斜坡失稳过程中坡面位移场的演化规律。试验结果表明：坡面位移场特征统计量–方差可以用来表征斜坡宏观裂缝的发育、贯通,以及斜坡的失稳破坏;宏观裂缝形成前夕,坡面出现局部变形带,局部变形进一步集中,形成宏观地表裂缝,此统计特征量–方差出现突变,斜坡失稳破坏时,位移场方差出现激增;斜坡失稳过程中位移场时序分形动力学参数–坡面位移场方差的Hurst指数表现出“低值–回升–降维”的演化趋势,坡面位移场方差的Hurst指数随着斜坡由稳定向失稳的演化出现明显降维突变规律。     

静压楔形桩挤土效应的室内模型试验

通过对在黏土中静力压入等截面钢桩和3根不同侧壁倾角的楔形钢桩的室内模型对比试验,对静压楔形桩及等截面桩的挤土效应进行研究。通过试验,获得沉桩过程中地表隆起随沉桩深度变化的规律及最大隆起的位置和大小。最后对压入等截面桩与楔形桩的试验结果进行比较分析。     

格构式框架护坡地震动位移模式的振动台试验研究

 通过1个比尺1∶8的边坡大型振动台模型试验,研究锚杆格构式框架护坡在地震作用下的位移模式及其变化特性。模型试验以汶川波作为设计输入地震波,采用水平(X)向、竖直(Z)向和水平竖直(XZ)双向等3种激振方式。研究结果表明：(1)  X向单向激振时,支挡结构的动位移模式为：当激振加速度峰值AXmax≤0.4 g时,离开土体向外侧平移;当AXmax = 0.6 g时,绕支挡结构的下端向土体方向或边坡下方转动;当AXmax≥0.8 g时,挤向边坡土体方向移动,同时向边坡下方移动与绕支挡结构下端向土体方向转动的耦合。(2)  Z向单向激振时,支挡结构的动位移模式为：当AZmax≤0.267 g时,离开土体向外侧移动,同时发生向边坡下方移动与绕结构下端向土体方向转动的耦合;当AZmax≥0.400 g时,挤向边坡土体方向平移与绕结构下端向土体方向转动的耦合。(3) XZ双向激振时,支挡结构的动位移模式为：离开土体向外侧平移,与绕结构下端向土体方向或边坡下方转动的耦合。     

恒定大气条件下砂土蒸发机制的模型试验研究

 采用大尺寸模型试验对法国枫丹白露砂土的蒸发机制进行研究。利用模型箱进行各种大气条件下砂土上覆水层蒸发试验,验证模型箱的工作性能和蒸发速率的计算方法;而后进行恒定大气条件下的大体积砂土(无上覆水层)水分蒸发试验,研究蒸发过程中大气参数和土体参数的变化,并根据试验结果对砂土蒸发机制和实际蒸发速率进行分析。研究结果表明：模型箱工作性能良好,所采用的蒸发速率计算方法合适;土体温度受土体蒸发过程的影响;土–大气交界面存在2个较大的温度梯度;空气的相对湿度随着蒸发的进行逐渐降低;土体蒸发对土体含水量的影响与蒸发时间和土体阻抗有关;土体浅层基质吸力梯度随蒸发的进行逐渐增大。