天然饱和黏土中新、旧桩荷载–沉降关系研究EI北大核心CSCD

天然饱和黏土中静压桩沉桩结束后其桩周土体逐渐固结,由于旧桩周围土体已完全固结,其桩周土体的力学特性与新桩有显著差异,承载特性亦有较大区别。针对新、旧桩单桩的荷载–沉降特性,在考虑土体初始各向异性、沉桩效应的基础上,基于柱孔不排水扩张后桩周土体应力与孔压基本解答,研究新、旧桩周土体力学特性的差异。在此基础上,根据新、旧桩周土体的力学特性和桩侧土体在加载过程中的力学特性,提出分别适用于新桩与旧桩的荷载传递模型,并通过与现场试验结果对比进行验证。研究结果表明,该荷载传递模型能较好地预测新、旧桩的荷载–沉降关系,对新、旧桩混合桩基承载机制的深化认识及其优化设计理论的完善都具有重要意义。     

天然饱和黏土中新、旧桩荷载–沉降关系研究

天然饱和黏土中静压桩沉桩结束后其桩周土体逐渐固结,由于旧桩周围土体已完全固结,其桩周土体的力学特性与新桩有显著差异,承载特性亦有较大区别。针对新、旧桩单桩的荷载–沉降特性,在考虑土体初始各向异性、沉桩效应的基础上,基于柱孔不排水扩张后桩周土体应力与孔压基本解答,研究新、旧桩周土体力学特性的差异。在此基础上,根据新、旧桩周土体的力学特性和桩侧土体在加载过程中的力学特性,提出分别适用于新桩与旧桩的荷载传递模型,并通过与现场试验结果对比进行验证。研究结果表明,该荷载传递模型能较好地预测新、旧桩的荷载–沉降关系,对新、旧桩混合桩基承载机制的深化认识及其优化设计理论的完善都具有重要意义。     

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。     

基于CPTU测试的K_0固结黏土中静压桩时变承载力研究

基于空间滑动面(SMP)准则改进的K_0固结各向异性修正剑桥模型,考虑K_0固结饱和黏土初始应力各向异性、应力历史及应力诱发各向异性对土体三维力学特性的影响,推导了静压沉桩柱孔扩张问题的弹塑性解析解。在此基础上,根据桩侧土体应力状态与单剪试验中试样应力状态的相似性,结合桩周土轴对称固结理论提出采用孔压静力触探仪(CPTU)锥尖阻力、锥肩孔隙水压力及相应孔压消散数据预测静压桩时变承载力的理论方法。通过离心机模型试验实测结果和理论预测值的对比,验证了理论方法的有效性,研究了静压桩承载力随时间的变化规律。研究结果表明,本文理论预测方法避免了土体基本参数测定等繁琐过程,且可以较为合理地预测静压桩时变承载力;静压桩沉桩结束后其承载力在短时间内迅速增加,之后承载力增加幅度变缓且逐渐趋于稳定值;静压桩桩径越大,沉桩结束后承载力增加的速度越慢,承载力达到稳定值的时间越长。     

打入桩荷载–沉降性状的时间效应分析

关于沉桩结束后打入桩承载力的时效性现象，目前已经开展大量的研究。然而，有关试桩荷载–沉降曲线时效性的模拟方法却鲜见报道。首先，简要分析打入桩时效性的产生机制。然后，基于荷载传递法，提出一种估算沉桩后单桩荷载–沉降性状时效性的新方法。2个量纲一的时间效应系数被加入到传统的荷载传递函数中，以分别描述桩侧摩阻力和桩端阻力随时间的变化。修改后的荷载传递函数可考虑沉桩后任意间歇期的单桩荷载–沉降性状。采用该方法对一个工程实例的打入桩荷载–沉降性状进行验证分析，计算结果与试桩荷载–沉降实测曲线吻合较好。     

饱和软土地层静压沉桩阻力理论研究

基于空间滑动面(SMP)屈服准则改进的修正剑桥模型,考虑土体超固结比及土体强度的三维力学特性,在不排水条件下采用应力空间转换方法推导了圆孔扩张问题的弹塑性解答。在此基础上,根据饱和软土地层静压沉桩机理,考虑桩端阻力影响范围和土体分层情况,分别采用柱孔扩张和球孔扩张模拟桩身和桩端应力状态,得出了软土饱和地层静压沉桩阻力的计算方法。通过实测结果与理论计算值的对比,验证了计算方法的有效性,进而分析了沉桩阻力的影响因素。研究结果表明:由于采用的本构模型充分考虑了土体强度的三维力学特性,因而可以较准确地预测软土地层静压沉桩阻力;与桩端阻力相比,沉桩过程中桩侧阻力较小,软土地层静压沉桩阻力主要为桩端阻力,其影响范围取决于桩径和土体特性;桩径、土体超固结比对桩身阻力和桩端阻力影响显著,土体有效内摩擦角对沉桩阻力影响较小。     

大直径灌注筒桩轴向荷载-沉降曲线的一种解析算法

大直径现浇混凝土薄壁筒桩为主要应用于软弱地基处理的一种桩型。筒桩的荷载传递机理不同于一般的灌注或沉管实心桩,筒桩的荷载传递机理的复杂性制约了筒桩承载理论的发展与工程应用,其工程设计方法至今仍处于半理论半经验的状态。本文采用按桩顶沉降量控制基桩竖向承载力的计算方法,考虑土体强度沿深度线性变化的特性,并考虑大直径灌注筒桩土芯分担荷载以及筒桩与土芯内摩阻力发挥情况,采用一种桩内侧摩阻力、桩外侧摩阻力和桩端阻力共同传递荷载的模型,推导出一种沉管灌注筒桩的轴向荷载-沉降曲线的解析算式,并计算得到任意截面桩身轴力及内外侧摩阻力表达方程式。通过两个工程算例,验证本文公式的实用性。计算结果表明,土芯分担顶部荷载并提供内侧摩阻力,对提高承载力和减小沉降量都有贡献。     

黏土地基中新旧混合群桩承载和变形的非线性分析方法

受沉桩效应的影响,天然饱和黏土地层中新设静压桩与场地既有旧桩的承载特性存在显著差异,导致新旧混合群桩基础与传统新建群桩基础呈现不同的承载特性。针对新桩和旧桩桩周土体的力学特性,分别研究了饱和黏土地层中新桩与旧桩的单桩沉降计算方法。在此基础上,考虑土体的成层性、桩土相互作用的非线性和群桩沉降中的遮拦效应,提出了饱和黏土地层中新旧混合群桩基础的荷载-沉降关系非线性分析方法。通过工程实例验证分析,对不同布置形式的群桩基础的承载特性与荷载-沉降关系进行了探讨。研究结果表明,文中提出的分析方法能够合理反映饱和黏土地层中新旧混合群桩基础的承载特性,并预测其荷载-沉降关系,可为实际工程中新旧混合群桩基础的设计提供参考。     

大直径锤击沉管灌注桩承载性状的试验研究

通过埋有钢筋应力计和沉降杆的大直径锤击沉管灌注桩的静载试验,研究其荷载传递机理和承载特性,分析端阻力和侧阻力的变化规律。提出沉降杆的观测有利于桩身压缩量和桩端阻力的研究分析。     

黏土热–力学特性对能量桩力学特性的影响

能量桩运行会导致土体温度场的改变,从而影响桩周土的热–力学特性,进而影响能量桩的变形、桩–土界面应力及承载性能。将ACMEG-T土体热本构模型在ABAQUS软件中进行二次开发,通过编写UMAT子程序对能够反映黏土热–力耦合特性的三轴试验结果进行模拟与分析,验证了模型的可靠性。建立数值模型,研究了土体热–力学特性对能量桩位移、桩–土界面应力及桩身轴力的影响规律。研究结果表明,温度变化会导致土体产生累计沉降,并进一步导致桩侧产生负摩阻力;在负摩阻力的影响下,能量桩会产生额外的沉降以及不可恢复的轴力;土体热–力学特性对能量桩力学特性的影响效应随着土体超固结比的增加逐渐减弱。     

静压敞口预应力高强混凝土管桩界面剪切性状试验研究

桩土界面剪切行为对静压敞口预应力高强混凝土(PHC)管桩沉贯性状及长期承载力特性具有至关重要的作用。通过成层土地基中桩身预埋光纤光栅(FBG)传感器的静压桩足尺试验,分别对敞口PHC管桩贯入及静载荷试验中的桩土界面剪切行为进行研究。结果表明：在贯入阶段,桩身轴力及侧摩阻力沿桩的深度方向逐渐传递,传力幅值与桩周土体性状密切相关,土层界面处轴力传递效率依次为98.2%、92.2%、96.3%、83.8%、80.5%。随着压桩循环次数的增加,同一深度土层摩阻力呈逐渐减小趋势。经历5个压桩循环后,深度6 m处的砂质粉土层摩阻力减小幅度约为46.25%,深度10m处的粉质黏土层经历3个压桩循环后摩阻力减小幅度约为12.1%;载荷试验过程中,桩侧摩阻力随着桩顶荷载施加自上而下逐步发挥。摩阻力完全发挥所需的桩土相对位移,粉质黏土层的最大,约为6.96~7.46mm,淤泥质黏土层的次之,约为6.05mm,砂质粉土层的最小,约为4.23mm;与原状土相比,重塑区土体含水量、孔隙比参数指标降低,重度、黏聚力及内摩擦角增大。桩周重塑区土体物理力学指标变化是贯入及载荷试验阶段桩土界面剪切行为不同的重要原因。     

Effects of inter-helix spacing and short-term soil setup on the behaviour of axially loaded helical piles in cohesive soil

Axial compressive load tests performed on piles instrumented with strain gauges were completed in order to investigate the effects of inter-helix spacing on the behaviour of helical piles. The test piles had two helices with varied values of helix spacing. The helix-bearing soil layer consisted of a homogeneous clay with an average undrained shear strength of 65 kPa. The test pile failure mechanisms were determined by comparing the measured load distributions to the distributions predicted by the individual bearing and the cylindrical shear models. The results suggest that the individual bearing model dominates the pile behaviour for piles with an inter-helix spacing to helix diameter ratio greater than or equal to 1.5. The helix bearing capacity factor and the shaft adhesion factor were evaluated by comparing the measured pile component resistances to the theoretical estimations. The back-calculated bearing capacity and the adhesion factors were below the values traditionally used in helical pile design. The effects of the soil setup on the pile behaviour were evaluated by comparing the load-settlement response of a pile tested immediately after the pile installation to equivalent piles tested many days after the installation. A piezometer installed near the upper helix edge was used to measure the excess pore pressure generation and dissipation induced by the installation. The results suggest that the pore pressure generation induced by the pile installation was minimal and had little influence on the short-term ultimate capacity.     

软土地区大直径超长后注浆钻孔灌注桩竖向承载力的试验研究

桩端后注浆是软土地区大直径超长钻孔灌注桩发展的必然趋势。依据软土地区某超高层建筑大直径超长钻孔灌注桩试桩的竖向抗压静载试验结果,通过对基桩的竖向极限承载力性状、桩身轴力传递特性以及桩侧阻力、桩端阻力发挥特性的分析研究,揭示了桩端后注浆对基桩承载性状的影响情况,深入探讨了软土地区大直径超长后注浆灌注桩的荷载传递机理和竖向承载性状,并提出了单桩承载力的估算方法。     

打入桩荷载-沉降性状的时间效应分析

关于沉桩结束后打入桩承载力的时效性现象，目前已经开展大量的研究。然而，有关试桩荷载-沉降曲线时效性的模拟方法却鲜见报道。首先，简要分析打入桩时效性的产生机制。然后，基于荷载传递法，提出一种估算沉桩后单桩荷载-沉降性状时效性的新方法。2个量纲一的时间效应系数被加入到传统的荷载传递函数中，以分别描述桩侧摩阻力和桩端阻力随时间的变化。修改后的荷载传递函数可考虑沉桩后任意间歇期的单桩荷载-沉降性状。采用该方法对一个工程实例的打入桩荷载-沉降性状进行验证分析，计算结果与试桩荷载-沉降实测曲线吻合较好。     

基于单桩轴力实测的桩身压缩变形计算与分析

通过对软粘土地层中的钻孔灌注桩进行静载荷试验 ,测试并分析了桩顶的荷载～沉降特性以及桩身轴力的发挥过程 ,并结合测试数据就桩身压缩变形与桩顶沉降的关系、规范法中综合系数 ξ的取值以及桩身压缩变形分布规律等方面进行了计算与探讨 ,获得了一些有益的结论     

考虑剪切刚度系数变化的单桩弹塑性解

以桩侧土和桩端土分别采用弹性–全塑性和双线性硬化荷载传递函数为基础,推导了轴向荷载作用下考虑桩侧极限摩阻力和剪切刚度系数随深度线性变化的单桩弹塑性解析解,得到了荷载-沉降、桩身位移、轴力等计算公式。该方法能更好地反映摩擦桩和端承摩擦桩的荷载传递规律,并可通过试桩资料的反分析,以及结合土工试验和地质勘察资料确定合理的计算参数,计算结果与工程试桩结果间良好的一致性验证了该方法的合理性。     

宁波地区超长桩承载特性研究

通过对宁波绕城高速公路东段软土地区26根超长桩静载测试数据的分析,研究了持力层为亚粘土、亚砂土的软土中超长桩的承载特性和荷载传递机理,得到了桩端阻力、桩侧摩阻力发挥规律和桩身压缩变形规律.结果表明,超长桩的Q-s曲线大多为缓变型;在极限状态下,端阻力一般占极限荷载的20%左右,桩身压缩量一般占桩顶总位移的30%～50%...