群桩沉桩引起的超孔隙水压力的室内模型及试验分析

基于群桩模型试验,分别对单桩和群桩沉桩时引起的超孔隙水压力的变化情况进行量测,并对超孔压的分布、消散和施工顺序的影响给予分析。试验结果表明:随着沉入土体内桩数的增加,超孔隙水压力不断积累,但累积到一定程度后增幅变缓。沉桩顺序对超孔隙水压力有影响。在水平方向,随着测点至桩轴距离的加大而呈非线性减小,超孔压的影响范围约在5倍桩径内;在桩群范围内,超孔隙水压力沿深度是不断增加的,且外侧增加幅度大于桩群区域。超孔压的消散与土体的渗透性有关,消散要经过一个缓慢的过程,群桩施工时要注意采取能使孔隙水快速排出的措施,以减小沉桩挤土效应。     

考虑土体三维强度特性的静压桩周超孔压解析及演变

 将饱和黏性土中静压沉桩过程近视看作柱孔不排水扩张问题,在充分考虑土体三维强度特性的条件下采用SMP准则改进的修正剑桥模型,推导得出柱孔扩张引起超孔压的基本解答。在此基础上,考虑桩周土竖向和径向固结,建立空间轴对称固结方程的定解条件,采用分离变量法求得桩周超静孔隙水压力消散的级数解答。分析桩周土体超静孔隙水压力随时间和空间的演变规律,揭示应力历史、径向和竖向固结系数以及剪切模量等因素对初始超孔压的产生和随后的固结速率的影响规律,并通过实例验证本文解答的合理性和适用性。通过与现场实测对比,本文解答较好地反映了静压桩周土体超静孔隙水压力的演变规律。此外,桩周土体的超静孔隙水压力随距桩侧径向距离增大呈对数衰减。剪切模量和竖向固结系数对桩周土体固结速率影响较小,而土体超固结比和径向固结系数对固结速率影响较为显著,表明超孔压消散主要发生在径向。研究成果对静压桩承载力的确定具有一定的指导意义。     

桩周黏弹性土体固结分析

沉桩过程中桩周土体产生超静孔隙水压力,桩承载力的提高很大程度上依赖于超静孔隙水压力的消散。采用Merchant流变模型模拟土体黏弹性,考虑土体径、竖向耦合固结,研究沉桩后土体的再固结问题。假定沉桩后产生的超静孔压满足圆孔扩张理论,根据连续性条件,获得研究问题的控制方程。采用分离变量法、结合Laplace变换求得其级数解答。将该解答编制成应用程序,对一算例进行了分析。算例分析表明,深度在5.0m范围内土体的孔压消散受竖向固结影响较为明显;土体黏弹性减慢固结速度主要表现在中期接近后期阶段。     

静压桩挤土效应及施工措施试验研究

为减小静压桩施工对周围环境产生的影响,需要采取合理措施减小沉桩挤土效应。以软土地区某桩基工程建设项目为依托,选取预钻孔、预钻孔与应力释放孔结合的施工措施,进行了预制空心方桩的挤土效应试验。通过预埋孔隙水压力计与测斜管,监测了静压桩不同贯入深度下土中孔隙水压力和土体水平位移的变化规律。监测结果表明:超孔压的影响半径超过12d,且超孔隙水压力随上覆有效应力的增大而增大;静压桩挤土效应引起的水平位移在软硬土层交界面附近将发生突变;预钻孔及释放孔的影响半径超过12d;前一节桩压桩在桩周土体中产生裂缝有利于后续压桩过程中超孔压的消散。试验结果对认识静压桩沉桩挤土效应,进而制定减小沉桩挤土效应的合理措施提供有效帮助。     

预应力薄壁管桩群桩施工引起的超静孔隙水压力试验研究

海相软土中预应力薄壁管桩采用锤击法施工会产生较大的超孔隙水压力。通过某工程实测表明:群桩施工引起的孔压在初期消散较快,其后逐渐缓慢;引起的最大孔压接近于80 kPa。在群桩施工结束的1个多月后,桩间土超静孔隙水压力尚未能彻底消散,剩余的最大超静孔隙水压力还有10~20 kPa。群桩的施工导致孔压的叠加,对孔隙水压力的大小产生显著的影响。因此,必须采取合理的施工工艺,来控制孔隙水压力并加快孔隙水压力的消散,以使群桩施工能顺利的进行。     

透水性混凝土桩施工中超孔隙水压力变化特性试验

为研究透水性混凝土桩施工中产生的超孔隙水压力的变化规律,通过在现场埋设孔隙水压力计的方法,监测并分析了振动沉管法单桩施工过程中及施工后桩周土体的超孔隙水压力随时间、径向距离及深度的变化,并根据监测结果分析了透水性混凝土桩单桩施工对桩周地基的影响。结果表明:对于高地下水位的粉性土地基,桩周土体的超孔隙水压力在沉管结束时达到最大值,之后消散速率较快,完全消散时间较短,且距桩越近,超孔隙水压力的上升与消散速率越快;超孔隙水压力在径向上与深度上大致呈现递减趋势,距桩越近,超孔隙水压力越大;地基土体的液化范围与加固范围的空间分布呈上大下小的漏斗形。提出的适用于透水性混凝土桩的施工工艺可为类似工程的设计与施工提供参考。     

考虑孔压消散的静压单桩挤土位移场研究

静压桩挤土位移会随压桩过程中产生的超孔隙水压力的消散而变化,但由于压桩过程的复杂性,这一问题尚没有得到很好的解决。基于应变路径法及源汇法理论,根据土体的固结度理论推导小应变条件下考虑孔压消散的静压单桩周围土体位移场的解析解,该解析解可以考虑如下问题:地表面的自由边界条件问题,土体中孔隙水压力的消散问题,并能给出整个压桩深度内土体的水平及竖向位移场。根据压桩过程中近桩身土体变形特性对大变形条件下近桩周土体位移场做出相应的理论推导,并分析大小应变条件下挤土位移场的差别。利用所获得的挤土位移理论解分析超孔压消隙对土体位移场的影响,与现场测试结果进行对比,结果表明:静压单桩水平挤土位移和地表面隆起量均随孔隙水压力的消散而减小;考虑孔压消散的静压单桩挤土位移场的理论解和实测值变化规律相一致,且数值上基本吻合,能够满足工程需要。     

PHC桩对地基土孔压及侧向位移影响

以PHC桩加固某电厂地基的现场试验为依托,通过预先埋设的孔压计和测斜仪来观测桩体施工对孔隙水压力变化及侧向位移的影响。观测结果显示PHC桩施工不仅引起地基土超孔隙水压力的变化,而且产生很大的侧向位移。超孔隙水压力的大小随距桩体距离增大而减小,其消散速率与地基土性质和埋置深度有关。桩体施工引起的侧向位移量大小与距桩体距离有关,随着孔压消散,侧向位移在很大程度上得到恢复。     

预应力薄壁管桩施工引起的孔隙水压力试验研究

软土地基中预制桩施工往往会产生较大的孔隙水压力。分析了海相软土中预应力薄壁管桩采用锤击沉入法施工产生超孔隙水压力的变化规律。通过对单桩沉桩过程中孔隙水压力的观测,得出以下结论:单桩施工引起的孔压在初期消散较快,其后逐渐缓慢;引起的最大孔压接近于上覆有效土压力的1.5倍。最后提出了控制和减小孔隙水压力的施工措施。     

饱和软粘土中沉桩引起的超孔压数值模拟分析

运用ABAQUS有限元软件详细模拟了预应力管桩沉桩过程引起的超孔隙水压力分布及消散规律,讨论了其随时间变化过程、有效应力增加随超孔压消散变化规律,并与Vesic理论解进行了对比分析,研究了预应力管桩沉桩过程中桩周土体超静孔压的变化规律。可为同类工程的设计和施工提供参考。     

圆柱形空腔固结解析解及应用

基于圆柱形空腔扩张理论的初始超静孔隙水压力分布,采用分离变量法,在考虑空腔壁处任意排水条件下,求解得到圆柱形空腔扩张引起的超静孔隙水压力消散的一般弹性解析解。讨论分析了剪应力和不同排水条件对超静孔隙水压力初始分布及其消散的影响;同时,与现场固结试验实测的孔压消散曲线进行了对比分析,理论计算与实测结果相符合,表明了该解析解对现场测定土体固结系数和分析打桩引起的孔压消散具有一定的实用价值。     

真空荷载作用下劈裂效果分析

采用自行研制的模型试验装置进行不同喷气压力和有无真空作用下土体的气压劈裂室内模型试验,研究真空荷载对土体劈裂效果的影响。试验结果表明,气压劈裂使土体产生裂隙,裂隙集中于喷气口深度处,裂隙使得超静孔隙水压力呈三阶段规律,即孔压骤升并产生裂隙阶段、停止喷气后孔压迅速消散阶段和缓慢消散阶段。对比不同喷气压力和有无真空作用下气压劈裂试验结果发现,超静孔压峰值随着喷气压力的增大而增大,真空荷载使得超静孔压峰值变小;裂隙排水时间随着喷气压力增大而增大,为20~30 min,裂隙排水约占超静孔压峰值的70%,真空荷载加快超静孔压消散速率;抽真空过程中喷气劈裂应采用低压短时脉冲方式。     

孔压扁铲侧胀试验及其应用

鉴于扁铲侧胀试验不能直接测定试验土体中超孔隙水压力及其消散过程,常用的DMTC、DMTA消散试验又受土体固结程度、土体类别、试验操作等因素影响,通过添加孔压元件,对传统扁铲侧胀仪进行改进,研制出孔压扁铲侧胀仪,进行孔压扁铲侧胀试验,试验中不仅测得A、B、C值,而且直接测得超孔隙水压力及其消散曲线。根据超孔隙水压力的灵敏性结合材料指数I_D综合划分土层,利用超孔隙水压力的消散特性探求土体水平固结系数,取得了良好的效果。     

PHC管桩在高速公路桥梁工程施工中引起的超孔隙水压力分析

根据某高速公路桥梁工程PHC管桩施工过程中的实测结果,利用各测点产生的超孔压消散曲线,结合孔压计埋设图,分析了超孔隙水压力的大小、分布、变化规律及影响范围,得出以下结论:1)随着入土深度的增大,孔隙水压力均有开始减小然后增大的过程;2)测点距离沉桩越近,孔隙水压力影响越大,且孔隙水压力数值变化越明显;3)位于深层的超孔隙水压力随着有效半径的减小明显增大。提出了减弱超孔隙水压力的措施。     

饱和黏土中搅拌桩施工引起的超孔隙水压力计算

水泥土搅拌桩在地基处理过程中产生一定的挤土效应,靠近桩身的土体发生屈服并产生很高的超静孔隙水压力。为得出饱和黏土中搅拌桩施工引起桩周超孔压问题的精确解答,文中采用钻杆和注浆对土体置换的方式确定扩孔半径,通过联合平衡方程、不排水强度的屈服准则并充分考虑不排水强度与有效上覆土压力的关系,推导了桩周超孔隙水压力沿半径和竖直方向分布的解析解。此外,基于桩施工引起的劈裂行为,推导了在竖向劈裂控制条件下的超孔压分布近似解。理论计算与现场实测值对比表明,两种计算方法均可以较好地反映搅拌桩施工引起的超孔隙水压力,因而可以广泛地应用于搅拌桩地基处理引起的超孔隙水压力和土压力的定量分析。     

管桩水泥土复合桩挤土效应现场试验

管桩水泥土复合桩是适用于软土地基的一种新型复合桩。为研究该复合桩施工过程挤土效应引起的桩周应力场随时间、空间的变化规律,结合工程实例,对其进行桩侧水平应力及孔隙水压力测试。试验结果表明:水泥粉喷桩施工过程中桩周土体应力场显著变化;粉喷桩施工造成桩周土体应力释放,有效减小了管桩静压沉桩挤土效应;管桩桩端到达测点高程时产生的超孔压最大,沉桩挤土竖向影响范围约为1.83~2.67倍沉桩深度;沉桩过程中超孔压比随距桩心距离的增加而近似呈线性规律减小,挤土产生超孔压的影响范围约为8倍管桩外径。     

考虑部分排水和土体流变性影响的应变保持试验数值分析

旁压应变保持试验(SHT)是测定土体水平固结系数的有效原位测试方法之一。通常采用Clarke建议的步骤,由于包含了一些简化的假设而导致对固结系数的不准确地评估。以Drucker-Prager理想弹塑性模型为基础,利用有限元法模拟饱和黏土中SHT,分析了Clarke等固结时间因数曲线(根据Randolph和Wroth解)的适用条件,并考虑渗透性及应变加载率引起的部分排水的影响,对Clarke曲线进行修正,建议了误差曲线。进一步地采用Drucker-Prager理想弹塑性与土体流变的耦合模型模拟SHT,分析土体流变性对超孔隙水压力消散的影响。研究表明:土体流变对超孔隙水压力消散的影响,除了通过应力松弛改变边界应力水平而使超孔隙水压力下降,还通过改变超孔隙水压力的分布而减缓其渗透固结速度;渗透系数越小,土体流变性对超孔隙水压力的消散速度影响越明显。忽略土体流变性会高估水平固结系数,可高估几倍到数十倍。     

孔隙水压力测试和分析中存在的问题及对策

针对目前几种常用的孔压计封孔方法存在的问题,提出一种新的孔压计封孔技术,并在广州南沙一真空预压加固软基工程中进行对比试验。实测结果表明,采用传统塌孔方式封孔埋设孔压计难于封堵,上下孔压计容易连通,不同深度的孔压差几乎一致,测试结果误差较大;采用新的封孔装置可有效地防止孔压计上下连通,不同深度的孔压差变化呈现明显的差异性,测试结果较为准确,且施工方便,孔压计定位准确。同时,还分析土体压缩和地下水位的变化对孔隙水压力的影响:土体压缩和地下水位变化越大,对孔隙水压力的影响就越大。土体压缩和地下水位变化对孔隙水压力的影响可达20kPa,因此在研究孔隙水压力消散规律或超静孔隙水压力分布模式时,须扣除因土体压缩和地下水位的变化而引起的孔隙水压力变化值。     

考虑半渗透边界的隧道周围超孔隙水压力消散解

通过引入衬砌半渗透边界条件,将Terzaghi-Rendulic固结理论和Burgers黏弹性模型相结合建立土体固结-流变耦合模型,采用复变函数解法推导出求解黏弹性介质中半透水隧道周围超孔隙水压力的消散表达式,并以上海地铁二号线某区间隧道为工程背景分析了不同衬砌透水程度对隧道周围超孔隙水压力消散与分布的影响规律。研究发现,随着衬砌与土体相对渗透系数的增大,隧道外壁处超孔隙水压力的消散速度不断增快;隧道周围土体距离衬砌外壁越远,其初始超孔隙水压力越小,土体的超孔隙水压力消散速度也越慢。     

泥炭质土层盾构施工扰动引起隧道长期沉降的研究

为了研究泥炭质土层盾构施工扰动引起隧道的长期沉降问题,将隧道周围土体视为连续、均质、各向同性的饱和黏弹性介质,采用五元件模型描述泥炭质土的流变特性,耦合Terzaghi-Rendulic二维固结理论,建立了隧道衬砌在完全不透水的情况下,盾构施工扰动引起周围土体超孔隙水压力消散的控制方程。采用分离变量法、保角映射、Laplace变换及逆变换等数学方法对该控制方程进行求解,得到了隧道周围土体超孔隙水压力消散的解析解,最后对土体的竖向应变进行积分获得了隧道长期沉降的计算公式。结合一工程算例分析了昆明泥炭质土层超孔隙水压力消散及隧道长期沉降的变化规律,研究结果表明:与上海软黏土相比,在初始阶段泥炭质土层中超孔隙水压力的消散速度较快,然后迅速变缓并趋于稳定。泥炭质土层中隧道的长期沉降持续时间更长且沉降量更大,在900 d的时间内隧道沉降趋于稳定,其累积沉降量约高达150 mm。此外,昆明泥炭质土的流变特性显著,如将土体中超孔隙水压力消散90%作为主固结沉降的完成时刻,则土体次固结沉降约占隧道总沉降量的36%,是隧道长期沉降中不可忽视的一个重要组成部分。