砂土中静压桩沉桩过程试验研究与颗粒流模拟

采用室内模型试验及颗粒流数值模拟研究了密实砂中静压桩沉桩过程,对桩周土体宏细观力学响应进行了分析研究。通过模型试验对浅层土体、桩身周围、桩端处土体的不同位移模式进行了比较分析,揭示了桩周不同位置土体的变位规律,并将孔隙变化场与宏观位移场进行相互印证,发现桩端土体位移模式与压密区基本呈圆孔扩张。对桩体贯入过程中的动端阻力、动侧摩阻力的发展规律以及临界深度等问题作了揭示。以室内模型试验为基础,建立了静压桩沉桩颗粒流模型,将数值结果与试验结果对比分析,通过分析土体细观变化模式揭示沉桩过程中宏观响应的内在机理。研究成果对于进一步明确沉桩挤土效应内在机理和沉桩阻力的发展规律都具有意义。     

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。     

基于不同贯入速率砂土地基中静压敞口混凝土管桩试验研究

贯入速率对静压敞口混凝土管桩沉贯及承载力特性具有重要影响。通过砂土地基中静压敞口混凝土管桩室内模型试验，分别对不同贯入速率下模型桩土塞特性、压桩力及极限承载力变化进行研究。结果表明，模型桩贯入速率由2.0mm/min增大至3.0、4.0mm/min时，土塞高度分别降低了12.8%、27.2%，土塞率降低幅值分别为12.9%、27.2%。不同贯入速率沉桩结束后，模型桩土塞增长率分别为35.4%、23.6%及19.8%；相比于4.0mm/min贯入速率，贯入速率2.0mm/min及3.0mm/min下模型桩最终压桩力增长幅度分别为92.6%及 25.1%，极限承载力增长幅值分别为77.8%及4.5%，这主要是由于贯入过程中土塞特性差异导致的内壁摩阻力不同所引起的。研究成果可为砂土地基中敞口混凝土管桩沉桩性状及极限承载力研究提供理论依据。     

静压桩模型试验设备的设计及应用

已有的静压桩室内模型试验都是通过粘贴应力片、应变片等方式收集数据的,直接利用静探设备进行静压桩室内数据采集的例子很少。本文根据顶压式压桩机的原理设计了一套静压桩室内模型试验机械设备,利用该设备进行了静压桩桩端作用效应和分层土中的沉桩机理分析,通过自动采集的压桩力、桩端阻力等数据揭示了不同桩端角在砂土、粉土中的桩端阻力变化特性和单桩、双桩在分层土中的沉桩规律。     

基于硅压阻式传感器的静压桩贯入模型桩土界面应力测试

静压桩贯入时要求传感器具备高灵敏度和准确性,还要求其动态频响高、测量范围宽及尺寸小。针对静压桩贯入模型试验,采用硅压阻式土压力和孔隙水压力传感器分别记录贯入过程中在桩土界面产生的侧压力和孔隙水压力,并对测试结果进行分析。结果表明:硅压阻式传感器适用于静压桩贯入模型试验,可以准确测试桩土界面侧压力和孔隙水压力随贯入深度的变化规律。     

基于CEL法的静压钢板桩端阻与侧阻分析

为研究静压钢板桩在层状土层中的沉桩阻力变化规律,运用ABAQUS有限元软件建立静压钢板桩层状土层模型,探讨了沉桩过程中沉桩阻力随沉桩深度的变化特征;同时结合工程实例,对砂土层采用不同本构模型(如扩展Drucker-Prager模型与Mohr-Coulomb模型)进行了对比分析研究。研究结果表明：钢板桩在连续贯入过程中,桩端阻力在近地表处最大,随后逐渐减小并趋于稳定;桩侧阻力随着贯入深度的增加而逐渐增大,且在3 m以下的变化趋势与总阻力一趋势致。研究成果可为静压钢板桩工程实践提供借鉴与参考。     

硅压阻式传感器在静压桩贯入试验中的应用

针对静压桩贯入模型试验,基于多晶硅材料的扩散硅膜片制成的硅压阻式传感器,用于静压模型桩贯入过程桩端阻力数据实时采集。试验结果表明,该种传感器适用于静压桩贯入过程的监测,传感器表面需与桩端端部齐平,桩身表面开槽封装传感器导线可以避免贯入时损坏导线。通过分析贯入过程压桩力、桩端阻力和桩侧摩阻力,发现压桩力随模型桩入土深度的增加并没有呈现较明显的线性增大;贯入阻力主要是由桩端阻力产生,桩侧摩阻力较小;贯入试验中静压桩存在桩端残余应力,桩端残余应力与桩端阻力变化曲线相近。该结论为桩基础设计提供了有利参考。     

砂土中静压挤土桩周压力的监测与研究

在城市中,传统锤击桩等动力沉桩产生了包括噪音、振动等环境问题。而静压桩由于其对环境影响比较小等特点得到了越来越广泛的应用。通过模型试验研究了静力压桩过程中桩周砂土的侧向土压力的发展规律。文章监测了整个沉桩过程中几组测点的土压力的发展,当桩尖向下刺入接近测点时,土压力急剧增长;当桩尖继续下沉到测点以下,测点处的土压力又急剧减小;当桩体尚未刺入到测点深度的时候,测点处的土压力就会提前达到峰值。由沉桩引起的侧向土压力最大值沿径向呈指数函数衰减,而随深度呈近似的线性增长。模型试验对比了不同沉桩速度所需的沉桩贯入力,发现沉桩速度越快,需要的沉桩贯入力越大。沉桩速度的快慢对桩周土体压力的产生没有明显影响。     

考虑侧阻退化的静压桩沉桩阻力的计算公式及工程应用

静压桩的沉桩阻力随入土深度的增加而不断变化,沉桩阻力是对土层性质的综合反映,同时也为分析沉桩可能性及选择沉桩设备、推算静压桩极限承载力提供了重要依据.目前在确定沉桩阻力的方法中都假定某一位置处侧阻不随桩的贯入而变化,然而现实情况是同一层土的桩侧阻并不是一个常数,而是随着桩的贯入而变小.在土层某一固定的标高处,随着桩入土深度的增加,该处的侧阻值在不断地减小.文中对侧阻的退化机理进行了分析,并提出了考虑侧阻退化的沉桩阻力公式,通过实例验算表明此法切实可行.     

分层土中的沉桩试验及分析

静压桩的沉桩过程与桩端土性质密切相关,压桩力或桩端阻力在土层分界面上下发生变化,存在超前深度、滞后深度等现象,探讨分层土的沉桩机理对于合理确定静压桩的桩端持力层深度、进行桩基优化设计等方面都有重要意义。本文通过室内模型试验进行了静压桩在分层土中的沉桩分析,试验结果表明:同一桩径的桩在不同分层土中的沉桩特性不同,不同桩径的桩在同一分层土中的沉桩特性也不同,端阻力和压桩力在分层界面上下的变化趋势相近,分层界面处的土颗粒位移是分层效应产生的主要原因。     

不同直径单桩静压贯入力学特性模型试验研究

为探讨不同桩径静力压入单桩的贯入力学特性,设计了不同桩径的模型桩,基于光纤光栅(Fiber Bragg Grating,简称FBG)传感技术,开展了黏性土中静压贯入两种不同直径单桩的模型试验研究。结果表明:试桩的压桩力基本呈线性增加趋势,桩径越大,压桩力越大;桩径不同会影响单桩的荷载传递性能,由于桩径越大挤土效应越明显,沿深度方向的桩身轴力传递性能优于小桩径桩;桩身单位侧摩阻力随深度增大而增大,桩径越大,对土体的侧向挤压力越大,桩身单位侧摩阻力越大;同一深度,两种不同直径单桩桩身单位侧摩阻力都出现"侧阻退化"现象,"侧阻退化"现象随着贯入深度的增加越明显,且桩径越大,桩身单位侧摩阻力退化越显著;均质黏性土地层静压沉桩阻力主要为桩端阻力,沉桩结束时,试桩桩端阻力占沉桩阻力的比例分别为59.5%和66.2%,不同的桩身直径既影响桩端阻力,又影响桩侧阻力。确定静压贯入沉桩阻力时,考虑基于黏性土的侧阻退化后实际值更为合理。     

静压桩连续贯入机理的数值仿真

结合有限元软件ABAQUS在处理大变形、接触非线性上的独特优势,采用位移贯入法和Mohr-Coulomb屈服准则,考虑了土体的弹塑性本构关系、接触面类型、土体初始应力场的影响等,建立静压桩连续贯入土体的有限元模型,探讨了沉桩过程中的桩周土体的应力与变形的分布特征,实现了静压桩的连续贯入过程,明确了沉桩过程中的挤土效应,得到了贯入过程中侧摩阻力及贯入阻力随深度变化规律,并将实测值与模拟值对比分析,结果相吻合。研究成果可为工程实践提供借鉴与参考。     

楔形与等截面静压桩沉桩贯入阻力对比研究

基于Vesic圆孔扩张理论，考虑贯入深度对扩孔压力的影响，得到了一种扩孔压力的迭代算法；在此基础上，分析了楔形与等截面静压桩沉桩贯入阻力的差异性，并考虑极限滑动摩阻力的影响，建立了两种桩型的静压沉桩贯入阻力计算公式。为了验证该方法的可行性，对楔形与等截面桩进行模型对比试验，并利用该方法对模型试验进行计算分析，试验及理论结果均表明，等截面桩沉桩贯入阻力在贯入初期上升较快，后期上升缓慢，而楔形桩整个沉桩过程贯入阻力始终保持稳步增长。同时，等截面桩最终沉桩贯入阻力要比平均截面半径相等的楔形桩贯入阻力小得多，说明在相同贯入阻力前提下，采用楔形桩将能大幅度减少桩身材料，降低成本。     

考虑天然黏土应力各向异性的静压沉桩效应研究

 基于K0固结各向异性修正剑桥模型(K0-MCC),考虑天然饱和黏土的初始应力各向异性及应力诱发各向异性特征,推导天然饱和黏土地基中静压沉桩扩孔问题的理论解,提出沉桩阻力的理论计算方法。在此基础上,通过静压沉桩离心机模型试验,对理论解进行验证,研究静压沉桩过程中桩周土压力、孔压及沉桩阻力的变化规律。结果表明,由于提出的理论解合理考虑了天然黏土地基的固有特性,因而可以较好地反映天然饱和黏土中的静压沉桩效应。研究成果为静压桩施工及承载力确定提供了理论依据,具有一定的理论和工程意义。     

静压桩挤土效应数值模拟分析

静压桩由于是预制桩,桩身质量可靠,价格相对较低,同时又具有无噪音、无振动、无冲击力、施工应力小等优点而得到了广泛的应用,但静压桩属于排土置换桩,在沉桩贯入过程中产生的挤土效应对周边环境造成了不利影响。本文根据静压桩的实际情况,采用位移贯入法和Mohr-Coulomb屈服准则,考虑了土体的剪胀性质、土体的大变形、桩土界面摩擦系数、土体初始应力场影响的情况下,建立了符合工程实际的二维轴对称有限元模型,详细地模拟了静压单桩施工过程,得出了静压桩在沉桩过程中的位移场和沉桩完成时的位移场和应力场。     

静压管桩静载试验分析

采用在预应力管桩中预埋应力计测桩身轴力的现场试验方案,在静压桩贯入过程中测得桩身轴力,并进行了竖向抗压静载试验,测得不同分级荷载作用下的桩身轴力图,通过对桩身内力分析来研究管桩在压桩及静载试验过程中的受力机理。     

红粘土地质开口管桩上浮特性的模型试验

针对红粘土上硬下软地层中开口管桩上浮问题,分别进行了三类不同桩径的开口管桩室内沉桩模型试验,研究单桩和群桩静压沉桩试验中上浮量变化规律和土塞效应对开口管桩上浮的影响。结果表明:单桩上浮量主要由静压沉桩引起的管桩弹性压缩经卸荷回弹产生的变形提供;群桩静压上浮与施工顺序、桩间距以及位置有关,先压入的管桩上浮量大于后压入的管桩上浮量,且先压入桩的上浮速度随着后压入桩的桩间距减小而增加;桩位对桩上浮的影响强度顺序由高到低依次是中心桩位、边桩位、角桩位;当开口管桩从硬塑层压入至可塑层一定深度后,由于土塞完全闭塞的影响,导致挤土效应增强,有别于闭口管桩静压至在软硬交界面处出现的短暂上浮量增长休止的状况,开口管桩群桩挤土上浮量表现出显著上升趋势。     

基于黏性土的静压沉桩受力特性室内模型试验研究

将增敏微型光纤光栅传感器(以下简称FBG传感器)、土压力传感器成功应用于静压桩室内模型试验中,对贯入黏性土地基中双壁开口试桩TP1压桩力、桩端阻力、桩身内外管轴力、内外管侧摩阻力、单位侧摩阻力等的发展变化情况进行了监测。试验结果表明:FBG传感器、土压力传感器能较好地监测沉桩过程中的桩身受力状态。开口试桩TP1的压桩力、桩端阻力、桩内外管侧摩阻力均随着沉桩深度的增加而逐渐增大,而不同贯入深度下的内外管桩身轴力逐渐递减且斜率逐渐减小。静力沉桩过程中土塞逐渐形成并趋于稳定,沉桩结束时土塞高度超过3L/100。在沉桩过程中,随着贯入深度的增加,同一沉桩深度处桩侧水平应力逐渐释放,桩侧摩阻力出现"退化效应"。沉桩结束时,外管侧摩阻力值是内管侧摩阻力值的3倍。     

砂层中静压预制沉桩模型试验

结合静压桩的优点,阐述了静压桩的成桩机理,介绍了砂层中静压预制沉桩模型试验,通过逐级加荷的方式,考虑砂土密度,桩身表面粗糙度等因素来研究静压预制桩的荷载传递特性,并得出相关结论。     

浅谈静力压入桩技术

通对静力压入桩沉桩机理及阻力的研究，阐述了确定静压桩承载力的意义，并针对以上研究，说明了其在设计和施工中的应用。