竖向受荷PCC桩宏细观工作性状研究

 采用可视化模型试验及离散元数值仿真方法,对竖向受荷现浇混凝土大直径薄壁管桩(简称PCC桩)桩土传力特性、位移场发展规律及破坏性状进行深入研究。研究结果表明：PCC桩荷载–沉降曲线呈缓变型,桩外侧摩阻力高于内侧摩阻力,内侧摩阻力发展滞后于外侧摩阻力,桩外侧摩阻力在桩身上段发挥较充分,内侧摩阻力在桩身下段发挥较充分,桩内侧摩阻力及端阻力控制PCC桩后期承载力;桩外侧土体以斜向下的剪切变形为主,其影响范围约为2D;内侧以竖向压缩变形为主,加载初期与桩同步变形,加载后期桩内侧下部土体与桩之间相对位移明显大于桩内侧上部土体;桩端土体可分为圆锥形竖向压缩区及侧向变形区,其在深度方向的影响范围达到4D,桩端土变形模式在平面上呈扇形;接触力链的分布与侧阻力沿桩长分布特征基本保持一致,而桩端土孔隙率的变化则从细观角度反映侧阻先于端阻发挥。研究成果对于进一步明确PCC桩与土相互作用的内在机制具有意义。     

长短桩组合柱基础工作性状及工程设计问题研究

长短桩组合桩是近年来出现的基础形式,在国内外的桩筏基础研究领域还没有较为科学系统的研究以及相关的研究成果。而长短桩组合桩基础的的沉降控制原理不仅充分考虑到长桩控制的能力,还综合考虑浅层持力层的承载力,有效减少了长桩的使用数量,在一定程度上节约了成本。本文针对长短桩组合桩基础的工作形状以及工程设计方面进行分析分析研究,为其安全推广和发展提供依据。     

支盘桩竖向承载性状模型试验研究及数值模拟

利用数字图像相关技术(DIC),对挤扩支盘桩室内模型试验进行分析,得到竖向荷载作用下挤扩支盘桩的桩周土体位移场。挤扩支盘桩的承载力和抗沉降性能是随着支盘数量的增加而增加的,但这种增长是非线性的。利用有限元计算软件ABAQUS对模型试验进行了模拟,模拟结果和试验结果具有较好的一致性。研究成果进一步揭示了支盘桩静载过程的宏细观机制。     

长短组合桩复合地基承载性状的试验研究

针对应用前景广阔的长短组合桩型复合地基,进行了承载性状的现场试验。通过对单一桩型复合地基和三组长短组合桩复合地基中桩土垂直受力特性试验数据进行整理、对比和综合,得到了组合桩复合地基中桩土应力、分担荷载比和桩土应力比等随总荷载的变化规律,提出了组合桩型复合地基承载力特征值新的取值标准、破坏模式和破坏标准。研究表明,随着总荷载增加,组合桩型复合地基的桩、土应力的增长率与桩、土的强度或承载力呈正相关关系;短桩的承载能力先于长桩得到发挥,长桩承载能力逐渐被调动;破坏模式受垫层的调节,桩间土先达到塑性状态,桩体承受大部分荷载增量,为组合桩型复合地基设计提供一定的理论依据。     

黄土地区长短桩基桩竖向承载特性研究

文中利用有限元模型,开展桩长比、长桩模量、端间土模量比以及加载量对桩基承载性能的影响研究。结果表明,桩长比与桩身沉降呈先快速下降、后缓慢下降关系,合理的桩长比为2.17;长桩模量与桩身沉降呈负相关关系,合理的长桩模量为1 500 kPa;端间土模量比与桩身沉降呈负相关关系,端间土模量比为3时最为合理;不同桩长比、长桩模量、端间土模量比条件下,长桩桩身轴力与深度呈负相关关系;不同加载量条件下,长桩的桩身轴力与深度呈先缓慢增加、后缓慢降低的负相关关系,该现象随着加载量的增加而不断显著。随着桩长比、长桩模量、端间土模量比以及加载量的增加,长桩的桩身轴力不断增加。     

刚性桩复合地基垫层土拱效应宏细观机理研究

为了研究刚性桩复合地基垫层土拱效应的作用机理,通过可视化模型箱对不同桩间距及垫层厚度的刚性桩复合地基进行了室内模型试验,利用数字图像无标点量测技术研究土体颗粒的变形场,对桩顶垫层土体形成土拱的变化过程进行全面观测与分析,研究复合地基垫层土拱效应。利用离散元颗粒流方法,研究了复合地基桩间距、桩径、垫层土体厚度、土体内摩擦角和密实度等宏细观因素对土拱效应的影响规律。对离散元颗粒流模拟结果与室内模型试验结果进行对比分析,结果表明:垫层厚度越大、桩间距越小,垫层形成的土拱效应就越明显;土体摩擦系数、孔隙率对土拱效应影响较大,而桩径对土拱效应影响较小。刚性桩复合地基垫层土拱效应机理的研究对于提高垫层设计水平具有重要的参考价值。     

岩盐蠕变行为的宏细观损伤特性试验研究

 岩盐的长期力学行为是地下储气库建设安全评估的重要参数,其蠕变特性和所受荷载条件(应力、温度、湿度)与其内部结构紧密相关。利用数字图像相关技术研究金坛岩盐不同尺度下蠕变过程及损伤演化。数字图像测试技术不仅给出材料在100 µm和厘米尺度全场应变分布,而且跟踪裂纹的发展变化。重点介绍不同应力水平下材料的蠕变行为,试验结果验证了蠕变速率随应力水平的提高而增加,测量到该岩盐在11 MPa的单轴条件下的宏观尺度稳定蠕变速率为10－9 s－1左右,而细观蠕变速率与其对应的结构紧密相关。蠕变过程中,裂纹扩展引起的损伤被准确定位,主要在晶粒与晶粒之间,且主要属于张拉破坏。     

桩土共同作用性状分析

通过计算分析,认为有限元软件ANSYS能较好地模拟桩土共同作用的工作状态。利用有限元软件ANSYS 6．0对桩基础的荷载传递规律以及变形特性进行了分析。当桩长达到一定长度后,通过增加桩长来提高桩基的承载力是不经济的。     

摩擦型群桩工作性状的数值分析

利用三维数值模拟法建立与一室内群桩模型相同的模型,在对二者结果分析对比基础上,建立了与实际工程中相近的摩擦型独立单桩和低承台群桩模型,用数值模拟手段揭示了二者工作性状的异同,结果表明:相同条件下,二者的荷载-沉降曲线、侧摩阻力的发挥均不同;群桩基础中荷载并非平均分配到各基桩上;群桩侧摩阻力在桩端附近存在"增强效应",在桩身上部存在"削弱效应"等。这些规律都与已有的理论认识或实测结果相符,说明方法用于摩擦型群桩工作性状的分析是可行的,并可供群桩基础设计计算参考。     

砂土的细观参数对宏观特性的影响研究

基于颗粒流理论,对砂土的室内双轴试验进行了数值模拟,在前人的基础上对颗粒形状和边界条件做了一些改进,采用不规则颗粒代替纯圆形颗粒,用柔性的颗粒边界代替刚性的墙边界.研究了颗粒形状、摩擦系数、孔隙率等细观参数变化对宏观特性的影响.并对计算模型中颗粒单元的性质进行了多组试样的参数比较研究,建立了宏观参数和细观参数的定量对应关系.对研究土体的本构模型具有一定的应用价值.     

黄土塬地区大直径长桩承载性状与优化设计研究

 黄土塬地区桩基问题研究匮乏,依托陇东首栋超高层建筑,在试验桩身上布置混凝土应变计、钢筋应力计,承台底板下和桩端布置土压力盒,对原地基土、单桩基础和单桩承台基础分别进行现场原位载荷试验;利用ANSYS有限元软件对全短桩基、全长桩基及长短桩组合桩基在竖向荷载作用下的筏板沉降变形、地基土应力场与沉降变化进行分析。结果发现：(1) 黄土塬场地地基土夹层交互分布、湿陷性不连续,存在由非湿陷性黄土变成湿陷性黄土的可能,桩周土层对桩基内力传递与分布影响显著,桩身出现多个中性点,湿陷性土层下限深度确定更加复杂;(2) 各级荷载作用下,桩基Q-S曲线呈缓变型发展,表现为典型的摩擦型桩,桩身内力发挥具有异步性;试验加载至8 000 kN时,桩顶最大沉降为8.15 mm,单桩和单桩承台端阻力分别仅占桩顶荷载的4.8%和2.1%;(3) 单桩承台基础中承台底部实测反力呈倒“盆”形分布、边缘应力较大,桩–土–承台体系的承载性能优于单桩基础;桩基础设计时,可结合经验以承载力和最大允许变形量进行控制,提高桩身线刚度抵抗自身压缩变形,减小桩基上部沉降;(4) 长短桩组合桩基础充分利用与发挥了长桩控制沉降的作用与地基土浅层承载的能力,减少了长桩数量,节省了桩基造价,值得进一步深入研究。     

土钉拉拔接触面的细观模型试验研究与数值模拟

 利用数码可视化跟踪技术和土体变形无标点量测技术,通过室内模型试验,从细观层面对密砂中粗糙土钉拉拔时,钉土接触面的位移场、砂颗粒运动轨迹及剪应变规律进行研究,发现接触面颗粒先竖向运动,而后水平运动,且发生剪胀作用;土钉周围土体剪应变逐渐以径向为主,作用区域上下对称。以室内模型试验为基础,建立土钉拉拔的三维颗粒流模型,从细观力学角度验证室内模型试验中接触面砂土位移场规律,并进一步发现拉拔过程中土钉周围的孔隙率随着与土钉距离的增大逐渐减小,土钉端部处的土体孔隙率等值线为由一点逐渐向外扩散的同心的不规则圆;颗粒接触数在接触面处最小,然后向外逐渐增大等细观发展变化规律。研究成果对于进一步明确土钉拉拔的机制和接触面的发展规律都具有意义。     

竖向荷载作用下高层建筑桩基础单桩的工作性状研究

桩基础的设计需要综合考虑多种因素,要求设计人员认真严谨地对待。在选用桩基础的时候,对桩基础试桩过程和工程桩检测的加强是非常重要、关键的一步,做好这一步,便能够准确计算实际的承载力和估算值之间的偏差,为方案设计者提供有效准确的数据,给投资方和社会带来良好的效益。     

武汉地区高层建筑桩基工作性状分析与探讨

武汉市区位于长江和汉江的交汇点,地势低洼,历史时期多为荒湖沼泽,在地貌上属丘陵平原过渡地带.总体而言,这一地区地基土的工程地质条件与水文地质条件十分复杂,因而已建或在建的高层建筑大多都采用了桩基础.一定的地质条件必然决定着某一地区基础型式的特点与工作性状.本文结合大量工程实例从不同侧面探讨了武汉地区高层建筑桩基础的工作性状与设计方法,旨在从中找出一些规律,以推动这一地区高层建筑桩基工程的理论与实践.     

静压桩残余应力数值模拟及其对桩承载性状影响分析

利用有限元方法建立了符合静压桩实际的有限元模型。该模型采用有限变形理论和自适应网格技术,并通过桩土界面的接触和施加位移荷载来实现压桩过程。运用计算得到的静压桩残余应力分析了其对桩承载性状的影响。结果表明,忽略残余应力的影响会导致量测的桩身极限承载力偏高,而桩端极限承载力偏低。     

非共面双裂隙红砂岩宏细观力学行为颗粒流模拟

通过颗粒流程序(PFC)细观参数敏感性分析与完整红砂岩在常规三轴压缩下的试验结果,获得一组能够真实反映完整红砂岩宏观力学行为的细观参数。在此基础上,对断续双裂隙红砂岩在不同围压作用下进行颗粒流模拟,分析围压以及岩桥倾角对断续双裂隙红砂岩强度破坏特征的影响规律,揭示断续双裂隙红砂岩在不同围压作用下裂纹扩展的细观力学响应机制。研究结果表明：与完整红砂岩相比,断续双裂隙红砂岩峰值强度参数显著降低,且降幅与岩桥倾角?密切相关,黏聚力和内摩擦角均随着岩桥倾角?的增大呈非线性变化。当断续双裂隙红砂岩?= 0°和30°时,两者裂纹扩展模式相近,裂隙①和②之间无贯通;当?= 60°和90°时,两者裂纹扩展模式相近,裂隙①和②之间出现一处贯通;当?= 120°时,在低围压下裂隙①和②之间出现两处贯通,在高围压下只有一处贯通。当应力增大到一定程度之后,颗粒之间黏结断裂,微裂纹不断产生、汇集和贯通,最终形成宏观裂纹,使得试样发生失稳破坏。围压的增加在细观上提高了颗粒之间的接触力,在宏观上表现为强度增大。高围压的存在限制了微裂纹的扩展速率。     

纵横向荷载作用下排桩性状的数值模拟

在实际工程中,排桩常常在承受竖向荷载的同时也承受水平向荷载的作用,在纵横向荷载共同作用下的排桩,因受到桩距、桩径、桩数、土体模量等因素的影响,其受力性状比较复杂。文章主要研究排桩在这些因素变化的情况下其位移性状,通过大量的数值模拟,得出一些对工程具有指导性意义的定性结论。     

基于宏-细观尺度的钢渣混凝土力学性能研究

为研究钢渣细骨料混凝土的力学性能,配制了钢渣替代率为0、10%、20%、30%的砂浆和混凝土,进行砂浆抗压强度、混凝土立方体抗压强度、劈裂抗拉强度、抗折强度试验。结果表明：粒化钢渣具有界面过渡区,可以减弱钢渣砂浆的抗压强度;钢渣具有一定的水化活性,可以提高砂浆的水灰比,进而提高砂浆的抗压强度;钢渣掺量为20%时,混凝土试件的立方体抗压强度、劈裂抗拉强度最大;钢渣掺量为30%时,混凝土试件的抗折强度最大。基于细观尺度,将钢渣混凝土看作由砂浆、粗骨料、钢渣颗粒、砂浆-粗骨料界面和砂浆-钢渣颗粒界面组成的五相复合材料。建立钢渣混凝土细观数值模型,模拟不同钢渣掺量的混凝土立方体抗压强度、抗折强度、荷载-挠度曲线。模拟结果与试验结果符合较好,验证了细观模型的正确性。