饱和黏土中沉桩挤土形成超静孔压分布理论解答研究

饱和黏土中沉桩挤土会形成较大的超静孔隙水压力,其时间及空间分布相关特性影响场地土体工程性质和土木及水利工程设计施工的技术经济的合理性。为得到沉桩挤土形成的超静孔压分布理论解答,首先根据三维挤土附加总应力解答分析成桩后挤土造成的超静孔隙水压力分布规律,结合附加总应力计算方法,采用Henkel公式推导三维挤土造成的超静孔隙水压力理论解答;然后,结合工程实例,应用三维固结计算级数解,对沉桩挤土的位移、应力、超静孔隙压力分布规律和成桩后孔压消散的完整过程进行较为系统地计算和验证,为桩基工程的设计和施工提供理论依据和计算方法。     

透水管桩技术研究进展

静压桩沉桩过程挤土效应一直困扰工程人员,如何加快沉桩引起的超静孔隙水压力消散是目前的研究热点。透水管桩通过沿桩身增设透水孔,联通土体释放超静孔隙水压力,可加速沉桩过程桩周土固结。透水管桩技术将控制沉桩挤土效应及加速超孔压消散的方法耦合至现有技术产品中,起到既实现控制效果,又提升工程效率并节省工程造价的目的,是结合了桩基和排水固结法的优点、极具潜力的一种主动、高效、资源节约导向的桩基施工与地基处理工法。对透水管桩技术在国内外的研究进展进行分析,总结了透水管桩承载性能、透水性能、透水性能优化等方面的研究成果,简要论述了存在的问题及今后的研究方向。     

考虑粘弹性的中挤土桩沉降时效性分析

在研究沉桩过程中超静孔隙水压力的形成及消散规律的基础上,研究了桩周地基土再固结沉降的变化规律;从桩土相互作用的原理出发,建立了均质地基土粘弹性中单桩弹性微分方程,由此求得单桩弹性微分方程的解析解。     

深厚软土地基沉桩挤土效应防治及现场监测

鉴于预制桩沉桩过程会对桩周土体产生挤压 ,并产生超静孔隙水压力 ,从而影响周围建筑物和地下管线等公共设施的安全状况。结合工程实例 ,分析了沉桩过程中引起的超孔隙水压力及土体位移的变化规律 ,表明本工程所采用桩基施工控制措施和应力释放孔法能够有效减少沉桩挤土效应 ,可为类似工程的设计和施工提供参考     

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。     

排水管桩桩周土固结特性分析

本文基于比奥固结理论,将桩土界面看作透水边界,建立了饱和粘土中采用排水管桩静压沉桩后单桩桩周土体固结的空间轴对称定解条件,给出了相应的超静孔隙水压力和固结度的级数解答,根据本文的级数解答编制计算程序,并对一算例进行了对比分析。分析结果表明:相比于普通桩,由于将桩土界面看作透水边界,采用排水管桩可以更有效地加快沉桩引起的超静孔隙水压力消散,从而达到降低沉桩引起的负面影响,加快单桩承载力的发挥和缩短工期等目的。本文的研究成果为排水管桩的工程应用提供了有效的理论依据。     

考虑透水性的管桩桩周土体固结特性计算

本文基于比奥固结理论,考虑饱和粘土中桩土分界面的透水性,建立了排水管桩静压沉桩后单桩桩周土体固结的空间轴对称定解条件,通过理论推导,得到了桩周土体中因沉桩引起的超静孔隙水压力的级数解答,并结合某工程实例,对比分析了透水管桩与普通不透水管桩桩周超静孔隙水压力消散速度的差异性。通过对比分析发现,在考虑桩土界面透水性情况下,桩周土体中的超静孔隙水压力在纵向和径向的消散速度明显快于普通不透水管桩,透水管桩能有效地减少沉桩引起的工程问题,提高工程质量和工程治理效果。此研究成果为透水管桩的广泛推广提供了理论支持。     

基于MIDAS的加筋垫层复合地基变形的研究分析

对吹填软土地基固结产生的沉降变形进行研究,使其满足建筑物上部对地基承载力的要求.利用MIDAS有限元软件,建立加筋复合地基固结沉降计算模型,对不同工法下的复合地基进行数值模拟,在此基础上采用二维固结分析计算,研究了复合地基的沉降变化规律、超静孔隙水压力消散规律以及固结度规律.结果表明:采用加筋复合土工格栅垫层处理吹填软土复合地基,可有效调整桩土应力比,减少复合地基沉降量;随时间增加超静孔隙水压力收敛加快,有效应力增大,变形减小.另外,通过数值分析可知,加筋复合土工格栅垫层的使用可减少砂石使用量,节约经济成本.     

侧向应力真的会影响沉降吗？

一些施工技术的革新，如挤密灌浆、旋喷桩的回旋成孔、夯扩桩中斜截面夯锤的使用，都强调现场土体侧向应力的增长。这里提出的问题是，侧向应力的影响除了加密土体，或提高桩土界面的摩擦力外，是否会减小地基土体的沉降。正常固结土侧向受力达到被动极限状态后，再施加竖向荷载得到一系列摩尔圆，它的应力路径表明土体有一个从固结状态到线弹性状态的转变。这一转变需要，同时也依赖于颗粒间摩擦力方向的改变，这些改变将产生很小的应变，而不需要土体很明显地受压，产生的超静孔隙水压力将通过加固土体的夯扩桩消散。就象公路路基所起的作用一样，加固处理后的土层将使应力扩散到下卧土层。     

砂土中静压桩挤土时效性的室内应变保持试验研究

工程实践中发现砂土中的挤土桩承载力亦有时效性,超静孔隙水压力消散理论无法解释该现象。利用应力路径三轴仪进行应变保持试验,模拟沉桩及随后的桩周土体的应力状态和物理性质的改变,经分析试验结果得出,砂土中静压桩承载力时效性是由于桩周土体蠕变膨胀引起桩壁上作用的水平应力增大的结果。     

桩体加固液化砂土模型地基沉降分析

通过对两种桩体（砂桩和水泥土桩）及两种桩体联合加固液化砂土的振动台试验,分析了未加固及不同桩体加固液化砂土模型地基孔隙水压力和沉降变化规律,深入研究了不同桩体加固砂土的抗液化特性。得出水泥土桩抑制土体沉降作用最明显,两种桩联合加固次之,碎石桩最差;碎石桩的抗液化效果最好,两种桩联合加固次之,水泥土桩最差。为今后实际工程加固液化土地基提供一定参考。     

平行顶管施工引起的地面变形实测分析

对海相沉积的欠固结土中水平平行顶管施工引起的地面变形规律进行分析,提出地面横向和纵向扰动区范围及工后沉降的计算方法。研究结果表明,水平平行顶管施工时中间区域受到双重扰动,产生的地面沉降较大。由于先建顶管施工对周围土体产生的扰动会使后建顶管施工时产生的扰动加剧,在同样条件下,后建顶管引起的最大地面沉降值与沉降槽宽度都要大于先建顶管。平行顶管施工产生的地面沉降主要由土体损失、受扰动土体再固结和次固结引起,土体受扰动后产生的超孔隙水压力是导致工后沉降的原因,在欠固结土中工后沉降与时间基本成对数关系。     

桩承式加筋路堤受力机理及沉降分析

作为一种经济、有效的软土地基处理方法,桩承式加筋路堤在国内外已开始使用。把单桩处理区域及上部路堤等效为圆桩体,采用弹塑性有限元法分析了瞬时加载后地基中超静孔隙水压力的分布特征及消散过程,研究了加筋格栅的受力和路堤的沉降特性等,分析了桩长、桩间距及桩托板大小对桩体荷载分担比和路堤沉降的影响。研究结果表明,打桩后桩体所受荷载向下传递,地基中的初始最大孔隙水压力出现在桩端以下土层。打穿软土层情况下,路堤的沉降量决定于浅部桩间土的压缩,而未打穿情况下,路堤的沉降量决定于桩端以下软土层的压缩。桩长是控制路堤沉降的最主要因素,其次是桩间距和桩托板尺寸。最后对一个工程实例进行了分析。     

基于土体固结流变的桩基长期沉降数值模拟

通过考虑上海饱和土体的固结流变特性以及桩端压缩层为砂土的三层土层剖面,运用有限元分析程序ABAQUS,对钻孔桩基和打入桩基的沉降特性进行了模拟分析,并对浅层砂土的存在对两种桩基的影响进行分析。通过引入小孔扩张理论模拟打桩引起的超静孔隙水压力,模拟验证施工效应对桩基沉降的影响,并基于打桩施工对浅层砂层的挤土效应,模拟分析了浅层砂土对减少打入桩基沉降的作用。     

路堤下粉喷桩复合地基现场试验研究

针对粉喷桩复合地基性状进行了现场试验研究,包括地基的沉降、深层水平位移、孔隙水压力、桩-土应力比、桩身应变等。试验结果表明:(1)粉喷桩复合地基工后沉降能满足设计要求:(2)采用桩长渐变的方法可完成从桥台到一般路基的沉降平滑过渡;(3)地基深层水平位移小,有利于地基的稳定和减小地基对桥台基础的影响;(4)超静孔压消散慢,但孔压值不大,对沉降稳定影响不大;(5)桩-土应力比较大;(6)桩身应变与桩顶土压力具有较好的线性关系。     

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。     

盾构施工引起地面长期沉降的理论计算研究

 对盾构施工引起的隧道轴线上方地面工后沉降进行研究,结果表明,土体开挖卸荷引起应力释放,产生初始超孔隙水压力,其分布呈三角形。假定衬砌不排水、土体为单面排水、压缩层厚度为隧道覆土厚度,采用太沙基一维固结理论,得到地面工后固结沉降的理论计算公式。假定地面长期沉降主要由施工期间沉降和工后固结沉降组成,进而得到地面长期沉降的理论计算公式。算例分析结果表明：该方法的预测值与实测值非常吻合;上海软土地区盾构隧道施工引起的地面长期沉降相当显著,最终地面沉降量在80 mm以上,固结沉降占总沉降量的80%～90%;按最小覆土深度5 m计算,需要2 a以上地面沉降才能最终稳定。     

高铁不同刚度桩-网复合地基工作性状差异

结合沪宁城际铁路CFG桩网复合地基试验段和京沪高铁砂桩网复合地基昆山试验段,在现场试验断面埋置土压力盒、沉降计和孔隙水压计等监测仪器,获取地基沉降、桩和桩间土压力、孔隙水压等监测数据,对比分析CFG桩与砂桩网在高速铁路地基工作性状及工后沉降控制效果中的差异。分析结果表明:CFG桩网和砂桩网联合堆载预压均可满足高速铁路无砟轨道工后沉降控制要求,CFG桩网复合地基沉降总量与沉降速率均小于砂桩网复合地基,且收敛速度快;受桩刚度差异的影响,CFG桩网复合地基与砂桩网复合地基桩土应力规律存在较大差异,前者桩土应力比随着路堤填筑加载而增大,最终趋于稳定,后者桩土应力比随荷载增加先增大后减小,再增大,呈波浪形变化;CFG桩网地基超孔压消散速率远小于砂桩桩网地基的超孔压消散速率;在施工工期较短的情况下,与砂桩网复合地基相比,CFG桩网复合地基处理技术的工后沉降控制效果更优。