长期竖向循环荷载作用下黄土中单桩沉降特性模型试验研究

长期竖向循环荷载作用下单桩的沉降特性与静载情况下明显不同,通过黄土及饱和黄土中单桩的竖向循环荷载试验,分析了循环荷载作用下单桩的累积位移发展模式,研究了桩顶位移s及循环位移幅值c?随循环次数N的变化规律。试验发现:黄土饱和后单桩的承载力明显下降;饱和前后单桩循环荷载试验的s–N曲线都可采用幂函数进行描述;相同荷载大小时,饱和前单桩的循环荷载位移小于静载位移,循环位移比(循环荷载位移与静载位移的比值)介于0.6与0.8之间,而饱和后单桩的循环荷载位移明显大于静载位移,且循环位移比随循环荷载比线性增长;饱和前单桩的循环位移幅值明显大于饱和后的位移幅值,主要受循环荷载幅值及桩周土性质的影响。     

竖向下压循环荷载作用下单桩承载力及累积沉降特性模型试验研究

竖向循环荷载作用下,单桩的承载力及变形特性均不同于静荷载情况。利用浙江大学自行研制的大型地基与边坡工程模型试验系统开展了单桩基础竖向下压循环荷载作用下的大比例模型试验,获得了不同侧/端阻比下桩基的循环承载力及桩顶循环累积沉降。试验发现:存在一最小循环荷载比,当循环荷载比小于该值时,桩顶不会发生循环累积沉降;一定循环次数内桩顶循环累积沉降基本与循环次数成正比,且循环累积沉降与循环次数的比值近似与桩顶循环荷载比呈线性关系。通过给定单桩循环破坏标准,绘出了模型桩的循环承载力曲线,发现侧/端阻比较大的桩基更易发生桩顶循环累积沉降;通过拟合桩顶无量纲沉降,可预测桩基循环累积沉降的发展。最后提出了长期循环荷载作用下单桩基础的工程设计方法。     

竖向循环荷载下软黏土地基管桩累积沉降特性

高速公路、高速铁路桩承式路堤中桩的累积沉降发展规律对路基沉降控制具有重要意义。通过在浙江湖州软黏土地基中对2根29.5m长预应力混凝土管桩进行竖向循环加载现场试验,研究不同静荷载与循环荷载组合作用下管桩的极限承载力及累积沉降特性。试验发现,长期循环荷载下桩顶累积沉降发展可分为3类:快速稳定型、渐进发展型、急剧破坏型。当循环荷载比(CLR,循环荷载幅值与极限承载力之比)不超过0.2时,桩顶累积沉降趋于稳定,不受振次影响;当0.20.5时,桩顶累积沉降随振次急剧增加,在半对数坐标中呈刺入破坏。分析静荷载与循环荷载水平对桩顶累积沉降的影响,最后为工程设计提供建议。     

长期列车荷载下无砟轨道X形桩-筏复合地基动力响应模型试验

基于缩尺比例为1︰5的无砟轨道X形桩-筏复合地基模型试验,在长期列车循环荷载作用下开展饱和砂土地基中该复合地基的动力响应研究,分析X形桩桩身动应力、桩侧摩阻力以及累计沉降随荷载循环次数的变化规律.试验结果表明,桩身轴力和累积沉降均随加载次数的增加而逐渐增加,但增加的速率逐渐放缓,桩身轴力的发挥具有明显的时间效应.加载频...     

大型风电机组群桩基础受荷特性及长期累积沉降控制

大型风电机组基础顶部的巨大倾覆弯矩是其承受的主要荷载,该倾覆弯矩将转化为单桩顶部的竖向作用力。由于风的周期性,作用在风电机组群桩基础顶部的荷载具有明显的循环特性。循环荷载作用下风电机组基础将产生不均匀沉降并倾斜,因而累积沉降控制是风电机组基础设计中的关键问题之一。分析了风电机组及其群桩基础的受荷特点,计算了典型风电机组的桩顶循环荷载谱。通过桩基循环模型试验发现桩顶循环荷载比小于临界值λmin时,桩顶无累积沉降发生,因而保证风电机组循环荷载比小于该临界值则可较好地控制风电机组基础的长期不均匀沉降。根据试验结果建立了偏压条件下桩基累积沉降与循环次数的关系,用于预测风电机组基础的长期附加不均匀沉降。     

刚性单桩竖向循环加载模型试验研究

刚性桩在高铁低矮路堤加固中广泛应用。利用浙江大学大型地基与边坡工程模型试验系统,开展了饱和粉土地基中刚性单桩动力加载大比例模型试验,对不同静偏荷载及循环荷载组合作用下的桩基性状进行了研究。通过模型桩身安装的各类传感器,对桩顶累积沉降、桩身轴力、桩–土界面孔压及正应力变化进行了监测。试验发现,循环剪切会引起桩–土界面土颗粒重排,导致桩–土界面孔压及有效应力状态发生改变。循环荷载比 CLR 对桩基累积沉降、桩侧应力状态发展影响显著。根据试验结果,对累积沉降发展规律进行了归纳,分析并讨论了桩侧应力状态变化机理。     

考虑桩土相对刚度影响的桩基水平循环累积变形特性及预测方法研究

针对海上风机桩基水平循环累积变形预测研究主要聚集于外部循环荷载作用特征,忽视桩土相对刚度影响的问题,通过自行研制的循环加载系统在砂土中开展了一系列1g模型试验研究。试验结果表明：归一化累积变形y N/y1随循环次数N增加呈指数型增长趋势,且随着循环荷载比ζc的增大而减小,但与循环幅值比ζb无明显关联性。桩土相对刚度与归一化累积变形呈现“S”型变化规律,即相对刚度对柔性桩和刚性桩的累积变形影响较小,但半刚性桩的累积变形则随着桩土相对刚度的增大而增加。在此基础之上,进一步提出了考虑循环荷载特性及桩土相对刚度联合影响的桩基水平循环累积变形预测公式,通过与文献已有试验数据对比分析,验证了方法的合理性与可靠性。     

基于沉降控制的竖向下压循环荷载作用下的桩基设计方法

低幅值、大周次竖向循环荷载作用下桩基发生累积沉降及承载力弱化,影响到风机塔架、高速铁路路基等沉降敏感结构物的服役性能。首先总结了竖向循环荷载作用下桩基设计要求及若干设计关键问题。基于模型试验结果,分析了竖向循环荷载作用下的桩基承载力和累积沉降演化规律;定义了3种桩顶累积沉降发展模式及对应的循环荷载比和静荷载比组合,建立了桩基循环累积沉降分析图,提出了组合循环荷载作用下的桩基循环加载性状简化判定公式。提出了针对竖向循环荷载作用下桩基的设计方法及设计流程,并给出了设计实例。     

冲刷条件下砂土中单桩水平循环加载模型试验

近海风机大直径单桩在波浪的作用下承受水平循环荷载,并产生冲刷效应。采用一套可施加大周数循环荷载的试验装置,探究砂土中冲刷深度与加载路径耦合作用下大直径单桩累积变形特性与位移预测模型。通过对试验结果归一化和回归分析,得到位移预测模型,其为循环次数的幂指数和初次循环累计位移两者的乘积。研究发现,幂指数受加载路径和冲刷深度的影响较小;初次循环累积位移由两个相互独立的参数决定,即荷载峰值和控制循环幅值的荷载类型。荷载峰值受冲刷深度影响,荷载类型与冲刷深度无耦合关系。试验得到的位移预测模型的幂指数和初次循环累积位移公式可用于单桩长期水平循环累积位移的预测。     

软黏土地基单桩基础累积侧向位移研究

针对软黏土地基中单桩基础在水平循环荷载作用下的累积侧向变形问题,建立考虑围压和动偏应力的刚度衰减模型。通过开发ABAQUS子程序实现刚度衰减模型在有限元中的运用,建立数值模型分析水平循环荷载作用下单桩基础的累积侧向位移。结果表明,当水平循环荷载较小时,桩顶侧向位移随着循环次数增大而增大,在一定循环次数后趋于稳定;当循环荷载超过一定幅值时,桩顶侧向位移持续发展,且不再稳定。在临界长度内增大桩长能够有效地减小侧向位移,超过临界长度后增大桩长对位移影响很小。随着桩径的增加,桩顶侧向位移明显减小,因而增大桩径能够显著地降低桩基侧向变形。     

挤密效应对砂土中水平受荷桩承载特性的影响

砂土中的挤土桩在实际工程中广泛应用,部分挤土桩长期遭受风荷载、波浪荷载等水平循环荷载的作用,而挤土桩对桩周土体的挤密效应会对桩身水平承载力产生较大影响。通过开、闭口桩的室内模型试验,研究分析了砂土初始相对密度、桩径、长径比等因素对挤土桩单调和循环承载特性的影响。结果表明,在不同密实度砂土中,开口桩水平承载力总体上弱于闭口桩。桩径、长径比和土体相对密度都会对开口桩、闭口桩之间承载力的差值造成较大的影响。循环荷载作用下,松砂中不同桩径和埋深的开口桩、闭口桩的水平承载力都随着加载周期的增加而增大,而在中密砂中,随着循环次数的增加,循环加载后承载力增加的幅度较松砂中的减少,甚至出现下降。     

砂土中大直径单桩水平受荷离心模型试验

大直径桩基在海洋工程中已越来越广泛应用。针对目前API规范p-y曲线对水平受荷大直径单桩的不适用性,通过离心模型试验研究了砂性土中大直径单桩分别在水平静力和循环荷载作用下的受力和变形特性。验证了通过实测桩身弯矩推算桩身变形和桩周土反力的有效性,分别获得了干砂和饱和砂的大直径单桩水平静力p-y曲线。在修正p-y曲线初始刚度的基础上,采用双曲线型p-y曲线分析了水平受荷大直径单桩的内力和变形。揭示了水平单向循环荷载下大直径单桩的桩身变形及内力变化特性,试验结果显示桩身变形和最大弯矩近似与循环次数的对数线性相关。最后,由各循环次数下的桩身弯矩获得了大直径单桩水平循环p-y曲线,提出了循环应力比相关的p-y曲线循环弱化因子,以及相应的桩基变形累积和内力变化分析方法。     

高速铁路桥桩在轴向循环荷载长期作用下的承载和变形特性试验研究

针对高速列车通过小跨度桥梁时列车活载对桥桩的影响分析来获得动力加载参数,进而对位于软粘土地层中的钻孔灌注桩进行了轴向循环荷载长期作用下的动力试验,测试和研究了循环荷载长期作用下桩的动位移幅值、桩顶沉降、桩身轴力、桩侧动摩阻力和单桩极限承载力等参数的发挥和变化情况。试验结果表明:列车循环荷载长期作用下,灌注桩的桩身轴力发生了局部调整,砂性土层的桩侧摩阻力具有增强效应,淤泥质粘性土的桩侧摩阻力具有退化效应;列车循环荷载对软土地区单桩的承载能力和桩基的工后沉降影响甚微,但会使单桩竖向刚度降低。     

基于沉降控制的组合后压浆灌注桩承载力计算研究

以沉降控制标准为原则来确定后压浆灌注桩的承载力有着重要的实际意义。基于石首长江公路大桥工程开展的6根大直径钻孔灌注桩现场静载试验,通过对比分析桩端桩侧组合压浆桩压浆前后的试验结果,研究了组合后压浆对深厚细砂层钻孔灌注桩承载变形性状的影响,在此基础上通过统计得出了在不同桩顶沉降条件下桩端阻力增强系数、桩侧阻力增强系数的取值范围,并给出了一种基于沉降控制标准的组合后压浆桩承载力设计方法,最后通过工程实例验证了该设计方法的合理性。结果表明,组合后压浆条件下的深厚细砂层钻孔灌注桩承载变形性能显著提升,且承载力提高幅度随着桩顶沉降的增加逐渐增大;组合后压浆桩加载至极限状态时,其极限承载力至少提高66%,且能有效地控制桩基沉降量;同时组合压浆后能有效地改善桩端支承性能与桩侧受力特性,显著提高桩端阻力和桩侧摩阻力,并对桩基的荷载传递特性产生明显影响。此外,设计计算方法能较好地给出组合后压浆桩荷载沉降关系的范围,可保守地将计算结果的下限作为工程设计使用。     

Centrifuge model tests on large-diameter monopiles in dense sand subjected to two-way lateral cyclic loading in short-term

To evaluate the lateral resistance of rigid monopiles for wind turbines in dense sand under lateral cyclic loading, centrifuge model tests are performed, focusing on the base resistance and degradation of the soil resistance under two-way lateral cyclic loading in the short-term. The slenderness ratio (embedded pile length to diameter) is varied from 3.75 to 8 and the loading frequency is in the range of 0.002 to 0.4 Hz in the prototype scale. Under cyclic loading with a maximum horizontal displacement of 5% of the pile diameter, the build-up of excess pore water pressure is observed, but the maximum value of the average excess pore water pressure ratio is around 50% in the steady-state for dense sand whose relative density is 80%. A simple analytical model for the rigid piles, considering the base resistance, is derived and then used to quantify the significance of the resistance at the pile base and the degradation of the soil resistance under cyclic loading. When the slenderness ratio is less than 5, a significant contribution of the moment resistance at the base is confirmed. The estimation of the degradation of the horizontal subgrade reaction coefficient using the simple analytical model suggests that, through cyclic shear tests for the determination of the deformation properties of the soil in a laboratory, it is possible to estimate the degradation of the soil stiffness and the parameters for the reduced sway-rocking type of foundation model.     

桩网复合地基的模型试验加固效果对比研究

为了探究不同形式的桩网复合地基加固软土的效果,设计了3组复合地基进行室内模型试验.第1组为PVC管材加固软土地基,第2组为桩承式复合地基,第3组为PVC管材与砂桩复合地基.在模型箱钢板内侧壁涂上黄油,并覆以塑料薄膜来减小边界效应；在PVC管材和土工编织网(格栅)上粘贴应变片,来测试PVC桩体应力及加筋拉力；在桩间土、砂...     

长期循环荷载下珊瑚砂累积变形特性试验研究

对取自南海的珊瑚砂进行等向和K_0固结的三轴排水剪切试验,发现固结路径对珊瑚砂的剪切行为有显著影响。在此基础上,采用K_0固结条件,设计一系列不同围压和循环动应力比的长期排水循环加载三轴试验,研究得到珊瑚砂具有门槛颗粒破碎循环动应力比,安定性理论可用于解释不同动应力比长期循环加载下珊瑚砂的累积变形发展模式。基于静力和动力试验结果,引入相对偏应力水平,建立能反映初始固结状态和循环动应力比的珊瑚砂排水循环加载轴向残余累积应变显式计算模型,对预测循环荷载下珊瑚砂地基长期沉降有积极意义。