地基螺旋锚抗拔承载性能原位试验研究

输电杆塔螺旋锚基础常用于软土地基,为揭示泥沼软土原状地基螺旋锚抗拔承载性能,开展了不同锚盘直径、埋深、锚盘间距的螺旋锚原位抗拔载荷试验,得到了单锚基础荷载与位移关系曲线及其抗拔极限承载力,分析了泥沼软土地基螺旋锚抗拔承载特性,以及锚盘直径、盘个数、埋深、持力层性质对螺旋锚抗拔承载性能的影响,结果表明:软土地基中,螺旋锚荷载与位移关系曲线临塑荷载较小且塑性变形阶段较长;锚盘直径越大、个数越多则承载力越高;当相邻锚盘间距与锚盘直径之比大于2. 0时,同一螺旋锚的锚盘之间抗拔承载性能的相互影响可忽略;锚盘持力层性质对螺旋锚抗拔承载力的影响比埋深更明显。     

密砂中圆形锚上拔承载力尺寸效应分析

通过模型试验和有限单元法分析了密砂中圆形锚板上拔承载力的尺寸效应问题。分别对直径为20,50,400 mm的锚板在埋深比为2～6时进行拉拔试验,获得上拔力和位移关系曲线及极限上拔力。基于不同埋深比时板径与上拔承载力系数关系曲线,可发现:相同埋深比时,随着锚板直径增加,上拔承载力系数逐渐减小;且随着埋深比增加,此现象愈明显。考虑密砂强度随应变发展而出现的软化现象,对理想弹塑性Mohr-Coulomb模型进行改进,基于改进的模型对上述12个拉拔试验进行有限元数值模拟,同时与理想弹塑性模型模拟结果进行比较。结果表明:理想弹塑性模型严重高估锚板上拔承载力,而考虑土体软化的模型能够模拟锚板上拔过程中破坏面上土体强度逐渐发挥的过程,计算得到的极限承载力与试验结果吻合较好。尺寸效应产生的原因一方面由于应力水平对土体强度的影响,另一方面由渐进破坏引起;埋深比越大,随着锚板直径增加,周围土体依次进入破坏的过程愈加明显。     

砂岩地基中架空输电线路抗拔基础承载性能的现场试验研究

本文以砂岩地基中的架空输电线路抗拔基础为研究对象,开展6个相同底径、不同埋深的直柱基础和扩底基础的现场抗拔承载性能试验,分析了6个试验基础的荷载—位移曲线、抗拔承载力、地基破坏范围及混凝土利用效果。结果表明：两种型式基础的弹塑性变形能力均会受到基础埋深的影响;根据双直线交点法确定试验基础的抗拔承载力,基础埋深相同时,扩底基础抗拔承载力可达直柱基础的1.2～2.0倍;基础破坏时,在地表处形成径向和环向分布的裂缝,且随着埋深的增加,地表破坏半径逐渐减小;采用上拔角定量表示地基破坏范围,则对于相同埋深的抗拔基础,扩底基础的上拔角均大于直柱基础,表明其提高基础抗拔承载力的同时,也加大了地基岩体的破坏范围;以基础抗拔承载力与混凝土消耗量的比值M定量表征不同基础型式和埋深条件下混凝土的利用效果,扩底基础对混凝土的利用效果最高可达直柱基础的5.9倍,工程应用中建议优先选用扩底基础。     

砂土中锚板拉拔模型试验及其抗拔力计算

锚板基础因其具有良好的抗拔特性而广泛应用于各类岩土工程问题中。在不同密实程度砂土中采用不同几何形状的锚板进行小比尺拉拔模型试验,分析锚板型式及尺寸对上拔承载特性的影响。试验结果表明,相同直径和埋深比的螺旋锚与平板锚上拔承载特性无明显差别;相同埋深比时,直径为50 mm的锚板上拔承载力系数略小于直径为20mm锚板的上拔承载力系数,而其上拔破坏位移比明显高于小直径锚板。进一步根据破坏位移比与埋深比关系曲线确定中密及密砂中浅、深破坏模式的临界埋深比,同时结合已有试验结果假设两种破坏模式的滑裂面,利用极限平衡分析推导并给出两种破坏模式下上拔承载力公式;通过与41个拉拔试验数据进行比较,验证了所提理论公式的适用性及准确性。     

重塑碎石土地基螺旋锚抗拔模型试验及承载机理分析

为研究螺旋锚基础的适用性,促进其在碎石土地基中的应用,在室内开展了重塑碎石土地基螺旋锚整模和半模轴向上拔静载荷试验。基于上拔荷载-位移关系曲线、碎石土体纵断面裂缝分布及形态等试验结果,分析碎石土中螺旋锚抗拔承载特性,以及锚盘对其承载性能的影响,研究螺旋锚抗拔承载机理。结果表明:浅埋于碎石土中的锚盘往往发生整体剪切破坏并且承载力具有弱化现象,而深埋锚盘主要发生上部土体局部剪切破坏进而变形逐渐增大;螺旋锚承载过程初期,锚盘上部碎石土被挤密,荷载与位移呈近似线性关系,随着荷载的增大,锚盘上部土体被压缩、剪切,导致变形不断增大,最终导致承载失效;锚盘数量越多、埋深越大,螺旋锚抗拔承载力越大、变形越小,增加埋深对承载力影响在小位移时即可充分发挥作用。因此,碎石土中螺旋锚属于一种深基础,锚盘与土体的相互作用是影响其承载力的主要因素。     

输电杆塔掏挖基础抗拔设计极限状态分析

基于不同地基、尺寸条件下掏挖基础单向上拔或上拔与水平荷载联合作用下荷载试验结果,分析了掏挖基础抗拔极限状态时极限荷载和位移值、荷载与位移关系曲线特征、地表裂纹分布特征、典型承载失效模式,结合影响上部杆塔结构正常使用功能发挥的基础位移限值,研究了上拔状况下掏挖基础承载特性及最不利极限状态。研究表明:掏挖基础上拔荷载与位移关系呈陡降型脆性破坏,承载失效主要是由于地基土体整体剪切破坏所致,地基开裂破坏时并未影响掏挖基础及上部结构的正常使用,即掏挖基础上拔状况下最先超越地基承载能力极限状态。因此,上拔状况下输电杆塔掏挖基础埋深、基底直径等参数按地基承载能力极限状态设计,基础作用力按相应状态荷载组合计算确定,主要采用由可变作用控制的基本组合。     

单叶片全尺寸螺旋锚桩竖向拉拔试验研究

对叶片镶嵌有微型土压力盒的自制全尺寸单叶片螺旋锚桩进行竖向拉拔试验,记录不同埋深下安装扭矩、桩身位移和叶片表面土压力随上拔荷载的变化情况。分析安装扭矩、极限抗拔承载力与埋深比三者之间的相互关系,并初步探究螺旋叶片表面的土压力分布规律。结果表明,在试验研究范围内,安装扭矩和极限承载力都随埋深比的增加呈线性增大,二者受共同因素影响,线性相关程度明显;在上拔过程中,叶片上表面土压力增量从根部到边缘呈逐渐增大趋势,下表面土压力增量则远小于上表面,且大部分区域压力基本保持不变,少数边缘区域增大;叶片上下表面土压力合力随上拔荷载的增加而增大;桩土之间摩阻力的发挥则呈抛物线形,当上拔位移达到土体破坏极限位移量时,摩阻力达到峰值,而后逐渐减小到零;可以通过叶片表面土压力的分布来计算螺旋锚桩的拉拔承载力。     

输电线路强风化软岩挖孔基础抗拔试验研究

山区风化程度高的岩基塔位采用挖孔基础,包括直柱挖孔桩、坛子型嵌固、扩底掏挖等3种模型。通过在强风化软岩中开展17组不同模型的挖孔基础上拔试验,分析基础承载性能与破坏机理。荷载位移曲线表明:浅埋时基础呈线性状态分布,深埋时呈缓变型分布;地表竖向位移变化规律表明,基础周围出现显著裂缝表征着基础即将整体破坏,破坏状态为基础本体与周围土体被整体拔出,基础发生整体剪切破坏;基础破裂角随埋深迅速降低,但达到一定埋深后破裂角基本不变;强风化软岩的岩石等代极限剪切强度取32kPa;以单位体积混凝土能承担的上拔承载力为准进行经济性分析,扩底掏挖型模型的经济效益显著。     

单调及重复荷载作用下栓钉连接件抗拔性能试验研究

为了研究栓钉在单调及重复荷载作用下的抗拔性能,以及重复荷载作用下试件的损伤累积,以栓钉直径及埋深为参数设计了8个试件,并进行拔出试验,分析试件的荷载-位移曲线、残余位移、抗拔承载力、初始刚度以及栓钉、混凝土在重复荷载作用下的损伤累积情况。研究结果表明:针对本次试验参数,单调荷载作用下,栓钉直径由19 mm增加至22 mm,承载力增幅6.5%～29.8%,栓钉埋深由120 mm增加至170 mm,初始刚度提升40.6%～65.3%,试件极限位移随栓钉深径比的增加而增大。重复荷载作用下,各试件荷载-位移曲线均有"先密集后稀疏"现象,荷载级别大于等于8时各试件开始产生明显的变形累积,位移增幅明显,试件残余位移在中后期呈指数增长;栓钉埋深120 mm时,栓钉在60 kN左右就已产生明显的损伤累积,埋深170 mm时,荷载在120 kN左右栓钉开始出现损伤累积。     

软土地基复合沉井基础抗拔承载特性现场试验研究

本文以软土地基中的复合沉井基础为研究对象，开展了2种不同埋深的真型基础现场抗拔承载性能试验，对比分析了试验基础的荷载—位移曲线、抗拔承载力和地基破坏模式。研究结果表明：沉井深度的增加，导致基础荷载—位移曲线由“陡降型”转变为“缓变型”,变形特征由“弹脆性”转变为“弹塑性”,抵抗大变形的能力提高；沉井深度增加1倍，其抗拔承载力及极限位移分别提高21%和1.1倍；上拔荷载作用下的复合沉井基础，其周围土体经历了“土体受拉破坏—局部剪切破坏—整体剪切破坏”的变化过程，其影响范围主要受上部承台结构尺寸及地基土性质的影响。     

砂土中锚板上拔三维物质点法模拟研究

土体中锚板的上拔过程存在复杂的锚土相互作用,掌握其变形及破坏机制对于确定锚板的极限承载力和优化设计具有重要的意义.采用三维物质点法(MPM)模拟了砂土中圆形锚板的上拔过程,探究了不同埋深条件下土体的位移场分布及锚板的上拔破坏机制,并结合极限平衡法研究了砂土密实度、锚板尺寸和埋深等因素对其极限承载力的影响.结果 表明,临...     

基础尺寸对碎石土地基扩底基础上拔承载力影响的现场试验研究

影响基础上拔承载能力的因素包括地基土物理力学参数及基础尺寸参数,而确定混凝土方量最小、基础上拔承载力最大的基础参数配比是基础优化设计的关键。以戈壁滩碎石土地基中的原状土扩底基础为研究对象,采用正交设计方法,以立柱直径、深宽比、扩展角为影响因素,以基础上拔承载力为分析指标,设计出9组尺寸的足尺基础。通过现场试验,获得了各试验基础的荷载位移曲线和上拔承载力值,提出了采用渐变率的概念表征荷载位移曲线的非线性变化特征,通过分析发现基础荷载位移曲线渐变率与承载能力呈负相关。结合正交试验分析结果,得出立柱直径、深宽比、扩展角3个因素中对碎石土地基原状土扩底基础抗拔承载能力的影响程度由大到小依次为深宽比、立柱直径、扩展角,表明在戈壁滩碎石土地基基础的工程设计中增加深宽比能提高基础抗拔承载能力。     

深基坑开挖条件下抗拔单桩承载力性状研究

通过对基坑工程坑底工程桩桩顶位移与桩身轴力的实测结果进行分析总结,发现坑底工程桩在基坑开挖后,由于土体卸荷回弹产生较大的桩顶位移与拉力。为研究深基坑开挖条件下抗拔单桩承载力变化特性,采用有限元分析软件ABAQUS,建立二维轴对称模型,对不同桩长、桩距、开挖深度与开挖半径对坑底抗拔单桩承载力的影响进行了分析。研究结果表明,桩长和桩径可以显著影响开挖后抗拔桩承载特性,可以通过增加桩长与桩径提高抗拔单桩承载力;开挖深度和开挖宽度共同影响坑底抗拔单桩承载力,主要影响基坑开挖后桩体受力特性,对单桩承载力影响较小。因此,当基坑开挖宽度和开挖深度确定后,合理的选择桩长与桩径十分必要。     

上海世博500kV地下变电站超深抗拔桩的设计与分析

上海世博500kV大容量全地下变电站地下建筑直径(外径)为130m,地下结构埋置深度34m,正常使用阶段采用桩端深度达82.3m的钻孔灌注桩作为抗拔基础。与浅埋的地下工程相比,该深埋地下结构抗拔桩设计面临的特殊问题是如何反映如此大体量深层地下开挖卸荷对抗拔桩承载特性的影响,主要表现在:深埋地下结构抗拔桩地面试桩开挖段侧摩阻力的扣除;开挖卸荷后桩周土体围压减小对桩基承载力削弱的影响;开挖卸荷基底隆起对桩产生的预拉力。介绍了上海世博500kV地下变电站工程超深抗拔桩的设计,采用现场试验与有限元方法针对上述深层开挖带来的特殊问题进行初步的研究与探讨。理论分析表明,深层开挖对抗拔桩承载性能产生了显著的影响,承载力发生较大削弱且产生较大的预拉力。该抗拔桩的设计采取了相应的对策。     

上海地区静钻根植桩承载特性现场试验研究

静钻根植桩是一种绿色环保的新型桩基，具有低噪声、无挤土、少排泥等优势，可应用于高层建筑、桥梁等工程中。基于现场抗压和抗拔静载试验及桩身内力测试，分析了上海地区静钻根植桩的竖向承载变形特性以及桩身轴力和侧摩阻力分布。研究结果表明：静钻根植桩在上海典型地层条件下具有较好的适用性，抗压试桩和抗拔试桩的承载力均大于规范估算值，采用目前的承载力计算方法有一定的安全储备；抗压试桩在加载初期，桩身轴力可以直接传递到桩端，在极限荷载下桩端（扩大头）承载力约占总荷载的25%；静钻根植桩极限侧摩阻力主要与土的特性和埋深有关，上部土层（埋深30m以上）接近规范建议的预制桩侧摩阻力上限值，下部土层（埋深30m以下）较规范建议的预制桩侧阻上限高约14%~28%。     

Investigations on pullout behavior of geogrid-granular trench using CANAsand constitutive model

Experimental and numerical investigations have been carried out on behavior of pullout resistance of embedded circular plate with and without geogrid reinforcement layers in stabilized loose and dense sands using a granular trench.Different parameters have been considered,such as the number of geogrid layers,embedment depth ratio,relative density of soil and height ratio of granular trench.Results showed that,without granular trench,the single layer of geogrid was more effective in enhancing the pullout capacity compared to the multilayer of geogrid reinforcement.Also,increasing the soil density and embedment depth ratio led to an increase in the uplift capacity.When soil was improved with the granular trench,the uplift force significantly increased.The granular trench improved the uplift load in dense sand more,as compared to the same symmetrical plate embedded in loose sand.Although it was observed that,in geogrid-reinforced granular trench condition,the ultimate pullout resistance at failure increased as the number of geogrid layers increased up to the third layer,and the fifth layer had a negligible effect in comparison with the third layer of reinforcement.Finite element analyses with hardening soil model for sand and CANAsand constitutive model for granular trench were conducted to investigate the failure mechanism and the associated rupture surfaces utilized.The response of granular material in the proposed model is an elastoplastic constitutive model derived from the CANAsand model,which uses a non-associated flow rule along with the concept of the state boundary surface possessing a critical and a compact state.It was observed that the granular trench might change the failure mechanism from deep plate to shallow plate as the failure surface can extend to the ground surface.The ultimate uplift capacity of anchor and the variation of surface deformation indicated a close agreement between the experiment and numerical model.     

戈壁碎石土地基原状土掏挖基础抗拔试验研究

在甘肃和新疆的7个试验场地完成了40个戈壁碎石土地基原状土扩底掏挖基础抗拔试验,得到了基础抗拔荷载-位移特性.结果表明,上拔荷载作用下,戈壁碎石土地基掏挖基础具有良好的抗拔承载性能,荷载-位移曲线呈大致相同变化规律,可分为扩大端土体被压密的弹性阶段、土体剪切变形至塑性区贯通的弹塑性阶段、滑动面形成至破坏的3个特征阶段.根据基础荷载-位移曲线,采用双切线交法确定了试验基础极限上拔承载力.基于土体滑移线场理论和Mohr-Coulomb强度准则,引入抗拔土体圆弧滑动面假设,推导了戈壁掏挖扩底基础的抗拔承载力理论计算公式,并将试验结果与理论计算结果进行了对比分析.     

钉形搅拌桩复合地基承载力特性

为了研究钉形搅拌桩复合地基的承载特性,通过现场复合地基荷载试验对比分析了钉形搅拌桩和常规搅拌桩复合地基的承载力与桩土应力比,以三维数值模拟分析了设计参数对钉形搅拌桩复合地基承载力的影响,并探讨了钉形搅拌桩复合地基承载力计算方法。现场试验结果表明：钉形搅拌桩在节省水泥用量和施工时间的同时,取得了比常规搅拌桩更高的复合地基承载力,显示出很好的加固效果和经济效益。数值模拟结果表明：钉形搅拌桩复合地基承载力随着扩大头高度增加或桩间距减小而增大,随扩大头直径或桩长先增大后不变,即从复合地基承载力角度存在最优扩大头直径和桩长。钉形搅拌桩单桩承载力包括了扩大头下部土体的贡献,故可以将钉形搅拌桩等效为直径为扩大头直径的常规截面搅拌桩,按照桩、土复合的方法进行复合地基承载力计算,计算实例表明该方法计算的钉形搅拌桩复合地基承载力与现场荷载试验的结果比较接近。