黏性土中静压桩挤土时效性的室内应变保持试验研究

许多学者基于圆孔扩张理论,采用挤土应力不变的假设给出了黏性土中挤土桩承载力时效性的解析解答,但是原位试验表明:作用在桩壁上的挤土应力是不断衰减的。通过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。试验结果表明:沉桩后作用在桩壁上的作用力近似呈对数衰减,桩周土体有效应力先减小后增大,固结完成后有效应力增量仅为(0.2～0.27)倍的超静孔隙水压力。因而,采用挤土应力不变的假设将导致过高估计桩基承载力的时效性。     

砂土中桩循环打入过程大变形数值模拟

深入认识桩打入过程引起的桩周土体应力场变化对准确计算打入桩的竖向承载力十分重要。在有限元分析软件ABAQUS中采用大变形任意拉格朗日-欧拉（ALE）方法以及状态相关莫尔-库仑砂土本构模型，模拟了室内标准模型槽试验，得到了桩循环打入过程中桩周砂土全阶段的应力变化规律，并重点分析了径向应力，验证了桩侧砂土应力水平的h/R效应（h为测点与桩尖竖向距离，向上为正；R为桩半径），获得了应力与桩尖和桩中心线相对位置的分布规律。数值模拟结果与室内模型试验实测结果较一致，验证了数值模拟方法的可靠性；有效补充了试验中难以测量的近桩侧区域的应力分布数据，可为打入桩的承载力设计理论和设计方法研究提供依据。     

砂土地基中根式抗拔桩承载性能模型试验

为探究根式基础在抗拔承载工程应用优势,文章针对砂土地基中等截面桩和根式桩进行了模型试验,模型桩选用砂纸界面并施加上拔荷载进行试验,得到桩身轴力变化曲线、桩周80mm砂土地基土应力变化曲线,计算得到桩身轴力及桩周砂土地基主承载区。根据试验结果得出桩土界面粗糙度越大抗拔桩极限承载力越高,根式桩在根键截面位置处出现轴力骤减趋势,根键布置使得桩周砂土地基主承载区下移,并进一步分析得到根键交错排列方式有助于提高根键发挥效率和抗拔承载力。     

土性经验公式在基桩极限承载力分析中的应用

针对粘性土和砂土的不同特性,分别给出了桩侧极限摩阻力及桩端阻力的工程经验公式。粘性土中桩侧极限摩阻力和桩侧阻力与土体的不排水抗剪强度联系在一起;砂土中桩侧极限摩阻力和桩端阻力与土体的上覆有效应力联系在一起,并考虑了大直径桩的应力释放效应。通过两个算例探讨了粘性土中桩无量纲极限承载力与桩身长细比、桩径及土体内摩擦角、不均匀系数的关系;探讨了砂土中桩无量纲极限承载力与桩体长细比、桩径和砂土极限状态摩擦角、相对密实度的关系。最后,通过一个工程实例对本文方法进行了验证。本文方法可在初步设计时预估基桩的承载力。     

基桩完整性检测中桩土相互作用参数的试验研究

通过模型桩室内试验模拟真实的桩土相互作用边界条件,应用低应变反射波法对桩土相互作用阻尼系数进行系统的研究。结果表明,桩土相互作用阻尼系数随着桩周土应力增大而增大,而且还与土质和土体的含水状态有关。对于砂土、粉土、粉质粘土,在相同应力状态下,粉质粘土的阻尼作用最大,粉土次之,砂土最小;对于同一类土,饱和土体阻尼作用大于非饱和土体。最后通过对试验结果的拟合分析建立阻尼系数与桩周土应力的相关关系。     

基于总应力法的静压桩极限承载力时效性研究

考虑天然饱和黏土的应力历史和初始应力各向异性,推导得出了静压沉桩过程和再固结过程中静压桩周土体应力状态的变化规律。在此基础上,根据静压桩承载时桩侧土体应力状态与单剪试验及三轴试验中土体应力状态之间的相关性,基于总应力法推导了天然饱和黏土地层中静压桩时变承载力的解析解,提出了桩侧和桩端承载系数的理论计算方法。采用离心模型试验对本文解答进行验证,研究了沉桩结束后静压桩承载力随再固结时间的变化规律,分析了土体原位力学特性与静压桩承载系数之间的关系。研究结果表明,沉桩结束后静压桩承载力的增长主要是由于桩侧承载力的增长,而且静压桩承载力在沉桩结束后较短时间内增加的幅度较大,随后增长幅度变缓并趋于稳定;土体超固结比和静止侧压力系数越大,沉桩结束后承载力增长速率越快,但桩侧和桩端承载系数均随土体超固结比和静止侧压力系数的增大而减小。     

钻孔灌注桩侧壁摩阻力极限值计算

假定桩竖向受荷达到极限承载力时桩周的土体破坏是桩土界面土体受剪破坏,土体抗剪强度参数即为桩极限侧阻力标准值,可利用库仑定律进行计算。利用文中模式计算的桩侧极限承载力值与静载试验结果吻合良好,解释了基桩静载试验中桩侧极限承载力远大于根据工程勘测报告参数计算的桩侧极限承载力现象。     

能量桩桩-土接触面力学特性室内试验研究

基于地源热泵桩埋管形式的能量桩技术逐渐在工程中得到推广应用;但是,针对冷热交换影响下能量桩的承载力特性研究相对较少,尤其针对能量桩-土接触面的摩擦力学特性研究相对更少。基于室内土工试验和南京地区3种具有代表性的典型土样,针对能量桩-黏土、能量桩-粉土和能量桩-砂土接触面的摩擦力学特性进行室内土工直剪试验;着重分析不同桩体温度和桩周土体含水率等情况下能量桩-土接触面力学特性。研究结果表明,相同含水率情况下,能量桩-黏土接触面的温度效应最明显、能量桩-粉土接触面的温度效应次之、能量桩-砂土接触面的温度效应最小;相同桩体温度情况下,桩周土体含水率的大小对能量桩-黏土接触面力学特性的影响最明显、对能量桩-砂土接触面力学特性的影响最小;相关研究成果为能量桩承载力的设计与计算提供一定的参考依据。     

不同压实度下能量桩的热力学效应

能量桩是1种新型桩基埋管地源热泵技术,在传递上部荷载的同时获取地热能源;但是目前对于桩土之间的相互作用以及桩体的热力学效应却研究较少。基于模型试验方法,采用打夯法和砂雨法,对饱和砂土中不同压实度下的桩体热力学效应和承载特性进行对比研究。试验测得桩体和桩周土体温度变化、桩周土体水平压力变化、桩体应变应力以及桩顶位移。结果表明,加热时,桩周土体会有水平土压力的增大,桩体内部会有压应力的产生,桩顶会产生向上的位移,并且压实度越大,桩周水平土压力越大,桩体应力越大,桩顶位移变化越小。     

水平荷载桩室内模型试验系统研究

水平荷载下桩周土体的变形特性直接影响桩基的整体水平向承载力特性,然而常规试验手段下,水平荷载下桩体变形特性可以获得,而桩周土体的变形特性很难获得。因此,设计一套基于透明土材料和PIV(particle image velocimetry)技术的水平加载系统及其光学量测系统(主要包括光学平台、CCD(charge-coupled device)相机和线性激光器等),对水平受荷桩在加载过程中桩周土体位移场的发展变化进行非插入式量测;同时通过多切面的土体位移场的测量,得到水平受荷桩桩周土体变形的三维位移场,并与数值模拟结果进行对比分析。试验结果表明,桩顶荷载–位移关系表现为陡降型关系曲线,与典型的密实砂土中水平受荷桩的承载特性类似;在试验条件下,桩体表现为刚性转动破坏,转动支点约在基桩埋深的78%处。     

静压桩承载力时效性的模拟计算

静压桩承载力的提高归因于桩周土的固结、触变恢复和土壳效应,其中固结作用是主要的。从超静孔隙水压力消散和有效应力的增加两方面着手,对桩承载力的增长规律进行分析,利用球孔扩张理论、源-源假设理论以及Henkel公式,推导出沉桩后桩周土应力增量的表达式,并通过求解超静孔隙水压力与时间的关系式,得出任意时刻超静孔隙水压力的表达式,进而提出饱和土中静压桩承载力时效性的模拟计算式。通过与试验结果对比发现,预测结果随休止期的延长而提高。     

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。     

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。     

软土中CFG桩施工引起的孔隙水压力现场试验研究

软土地基中水泥粉煤灰碎石桩(简称CFG桩)采用振动沉管法施工会产生较大的超孔隙水压力。本文采用经典的圆孔扩张理论,推导出了计算沉桩引起的孔隙水压力的基本公式,并给出了其中的关键参数——孔隙水压力系数Af的取值方法。结合工程试验,通过分析模拟软土地基中CFG桩单桩施工引起的孔隙水压力现场试验数据,得出了孔隙水压力的变化规律。结果表明,该计算方法较为可靠,可以用于沉桩的设计和优化。     

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。     

饱和粉土地基低强度混凝土桩振动沉管及静载试验

为研究饱和粉土地基低强度混凝土桩振动沉管施工产生的超孔隙水压力分布、消散规律及单桩和复合地基的承载特性,对滨州市饱和粉土地基进行了低强度混凝土桩的振动沉管和静载试验。结果表明:沉管振动下沉时,最大超孔隙水压力一般出现在桩端以上2~3 m;沉管振动下沉对桩周土体的扰动较小,最大超孔隙水压力与上覆土有效应力的比值仅为0.327;单桩振动拔管后15 min,临近超孔隙水压力的消散率可达到65%~75%;与设计规范的估算值相比,振动沉管成桩后单桩竖向极限承载力偏小,仅为估算值的55%~60%;低强度混凝土桩的加固作用明显,复合地基承载力与天然地基相比提高了约1倍。     

三元组合型复合地基的变形特性分析

以山西某工程为例 ,运用有限元方法 ,对GC桩和CFG桩组合型复合地基的变形特性进行了数值模拟研究 ,得出了以下几个主要结论 :(1 )桩土的沉降变形差别不大 ,表现为复合地基的整体下沉 ,下卧土层的压缩量占据主导地位 ;(2 )合理布置桩的组合类型尤其是CFG桩 ,既利用CFG桩的承载性能 ,又可利用其“护桩”性能 ,使得提高复合地基承载力的同时 ,降低复合地基周围地表的隆起 ;(3)组合型复合地基中超孔隙水压力的消散较单一碎石桩复合地基稍慢 ,决定了该类复合地基的固结变形稳定时间较长 ,如何充分利用GC桩的排水特性 ,尚需更加深入的研究     

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。     

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。     

循环加、卸载孔隙水压力对砂岩变形特性影响实验研究

 利用MTS815岩石力学实验系统对饱和砂岩进行三轴等围压情况下的循环加、卸载孔隙水压力实验。结果表明：压密阶段的加、卸载曲线中出现了很多“Z”状的波动,这些小波的出现没有规律性,初始残余变形比较大,还没有形成明显的滞回曲线。在弹性耦合阶段稳定滞回曲线加载时,应变呈上凹“Z”状波动,在到达上限值前出现拐点,应变达最大值;卸载时,应变呈下凸“Z”状波动,在到达下限值前出现拐点,应变达最小值,该阶段形成稳定的滞回曲线,表现形式由疏变密,稳定滞回曲线包含弹性变形向塑性变形演化。在孔隙水压力的不同上限值和不同幅值区间的耗散能构成不对称“X”形。在加载段,随着孔隙水压力增大,耗散能逐渐减小;卸载段,随着孔隙水压力减小,耗散能逐渐减小。“X”形的交点出现的位置和夹角与不同上限值和不同幅值区间有关。在循环加、卸载孔隙水压力作用下,残余应变与循环次数的关系符合乘幂负指数关系。