复杂地层中自升式平台插桩的数值模拟

以胜利9号平台在老174号井位插桩过程为例,基于RITSS大变形数值计算方法,建立了自升式平台桩靴贯入多层地基的有限元模型,研究该平台插桩过程中的土体变形以及地基承载力随深度的变化规律。与SNAME（美国造船与轮机工程师学会）规范推荐的桩靴插桩过程地基承载力公式的计算结果进行对比,规范结果与数值结果的规律较为一致,数值上相差10%,验证了RITSS方法研究桩靴在软硬相间地基上插桩的有效性。结果表明:RITSS数模方法可以有效地模拟自升式平台插桩过程中各个土层的变形、土体流动,并得到合理的地基承载力结果;对于砂土层下卧软土层地基,可以得到承载力峰值。     

循环温度作用下饱和黏土中摩擦型桩变形特性研究

能量桩兼具支承上部荷载与能量交换的双重功能,循环温度作用下端承型桩的承载性能、摩擦型桩的变形问题是两大主要问题;目前针对长期循环温度作用下饱和黏土中摩擦型桩变形特性与机理的研究仍相对较少。该文针对饱和黏土中的摩擦型桩,开展了长期循环温度作用下桩基热响应特性模型试验研究,实测了桩/土温度分布、温度引起的桩周土体孔隙水压力以及桩顶变形等发展规律,初步探讨了桩顶累积沉降的产生机理与变化规律。研究结果表明:单次温度循环过程中,桩顶位移变化率在制热时略小于制冷时,桩顶位移变化率的差值随着循环次数的增加而逐渐减小,从而累积沉降也逐渐趋于稳定;该文试验条件下,经过长期(20次)温度循环,摩擦型桩的桩顶累积沉降逐渐稳定在2%D(D为桩径)。     

桩基贯入过程中土体大变形分析与流动机理研究

土体大变形问题是海洋岩土工程界研究的难点,由于其变形梯度较大、流动机理复杂等特点,常规的岩土工程分析方法在求解该问题时表现出明显的局限性。因此,该文研究了求解土体大变形问题的解析方法,即Strain Path Method （SPM）和Shallow Strain Path Method （SSPM）,详细介绍了这两种方法的计算原理;并基于大、小应变理论,采用SSPM分析了理想土性条件下桩基础贯入过程中周围土体的流动机理和位移场变化规律;最后,将SPM和SSPM计算结果进行比较分析,阐明了两者之间的内在关系。基于大应变理论,采用SSPM计算得到的土体位移场与Sagaseta给出的结果具有较好的一致性,验证了计算结果的准确性。研究结果显示桩端上部土体会发生隆起现象,而桩端附近及底部土体具有下沉的位移,且在贯入深度位置处,土体下沉位移达到最大值。在径向位置r/R=3（距桩壁1倍直径）处,基于大、小应变理论计算结果具有较好的一致性。研究成果有助于了解土体的大变形特性,也可为数值计算结果的校验提供基本数据。     

轴向荷载作用下单桩沉降的非线性分析

将单桩简化为受侧摩阻力的弹性杆单元,土体简化为均质弹性半空间无限体。以桩顶荷载作用下桩单元的变形、结点位移及结点力作为中间变量,依据弹性半空间无限体的Mindlin解以及桩-土相对滑动的性质,建立了土体的位移方程、接触面的平衡方程,并以此构造了以结点位移为基本未知量的非线性方程组。求解包含桩顶位移在内的各结点位移后,可进一步计算单桩及接触面的内力、土体的位移等。考虑了桩-土相对滑动及桩底沉降的非线性性质,所建立的桩-土体系分析模型力学机理简单、明确,便于应用,分析结果与试验结果较为符合。     

扩径桩承载性状及其Q-s曲线的幂双组合数学模型描述

为加强对扩径桩的认识和推广其实际应用,对扩径桩的承载性状及其桩顶荷载-桩顶沉降曲线(即Q-s曲线)的描述进行了研究。研究发现,3根现场试验扩径桩的Q-s曲线属缓变型,扩径桩的破坏是以扩径部分下土体的剪切破坏和桩端土体的贯入破坏为主。构建的幂函数-双曲线组合数学模型对3根现场试验扩径桩Q-s曲线的拟合效果很好,相关系数R都为0.9997以上,且组合模型的拟合效果好于单个的幂函数模型和双曲线模型;以3根桩中的1根为代表,用前面的11组试验数据拟合后得出的方程式来预测后面的4组数据的桩顶荷载,预测效果好,预测的相对误差为?0.26%―1.32%。结果表明:该文构建的幂函数-双曲线组合数学模型适合用来描述扩径桩的Q-s曲线。     

饱和砂土中直群桩及土体地震动力响应特征研究

为了更好地研究地震作用下饱和砂土中群桩及土体动力响应特征,设计了饱和砂土液化场地2×2直群桩动力响应离心机振动台试验,获得承台、土体加速度以及孔压动力时程曲线。为了更深入地分析群桩及土体地震动力响应特征并满足对比研究的需要,在试验基础上,基于ABAQUS有限元软件平台,通过引入砂土液化大变形本构模型,采用有限元网格自适应调整技术克服大变形畸变问题,建立液化场地群桩基础静动耦合非线性相互作用的二维有限元模型进行数值模拟分析,并与试验结果进行对比验证。结果表明:在峰值加速度0.3g El-Centro地震波工况下离心机振动台试验饱和砂土地基液化速度非常快,直群桩基础承台加速度相比较输入波明显缩小,0.3g大震作用下地基浅层加速度显著衰减,地基液化区域由浅入深逐渐发育;饱和砂土地基超静孔隙水压力发展影响土体和桩基承台加速度响应,土体液化直接导致加速度数值减小;数值模拟加速度结果与试验的加速度动力响应特性略有区别,数值模拟加速度地基浅层出现先放大后缩小的规律,深层土与输入波形基本一致;数值模拟超静孔隙水压力与超静孔压比与试验基本一致,而模拟得到的承台位移结果相较于试验偏于保守。     

DX桩单桩承载力的有限元分析

用有限元法对竖向桩顶荷载作用下DX桩桩周土的应力变形及桩身荷载传递特点进行了数值分析。给出了桩周土体的应力位移等值线,分析了扩径体数量、间距及形状对DX桩承载性能的影响,进一步揭示了DX桩的单桩承载力机理,可为DX桩的承载力设计提供参考。     

三峡工程土石围堰安全爆破控制标准研究

文章叙述了砂土液化机理及影响砂土液化的因素，指出以应力波的传播来计算土体中的动应力，并给出由实测质点振速值计算土体中的某点动应力的计算公式，综述了大量地震及爆破荷载作用下砂土液化及非液化振动测试资料，提出二期土石围堰饱和砂土和非饱和砂土的安全爆破控制指标。     

DX桩桩周土应力场分布的模型试验研究

通过室内小比尺的模型试验,可以进一步为确定DX桩沉降计算公式提供必要的依据。在小型模型试验箱中,通过采用杠杆加砝码的装置对22 mm桩径的DX桩在砂土中进行研究,测定单桩的桩顶荷载-桩顶位移曲线,确定承载力,并与相同情况下的直孔桩进行对比;同时,利用微型土压力盒测定土中应力变化,研究荷载在土中的传递规律。试验结果表明,DX桩的承载力及沉降特性明显优于直孔桩;承力盘在上部和下部时,DX桩尽管承载力相差不大,但是盘在下部时会增大桩端附近土体的应力;两个承力盘的DX桩,两盘受力比较一致,且盘受力的影响范围,在竖     

竖向力-温度荷载-扭矩加载路径下单桩承载变形研究

正常服役过程能量桩受复杂的力学行为，目前针对多向荷载作用下能量桩的承载变形特性研究相对较少。为探讨能量桩在竖向力、温度荷载和扭矩共同作用下的承载特性，依次施加桩顶竖向力、温度荷载和桩顶扭矩，通过考虑温度荷载对桩侧摩阻力及边界条件的影响，基于荷载传递法及边界元法构建了桩身位移控制方程，提出竖向力→温度荷载→扭矩加载路径下的能量桩承载变形特性的分析方法，通过与已有试验和ABAQUS有限元结果进行对比，均具有比较好的吻合度。研究表明，温度荷载会改变单桩的荷载传递特征，影响桩身轴力和桩侧摩阻力分布。竖向力→温度荷载→扭矩加载路径下，温度变化引起的附加荷载会导致单桩抗扭承载力降低。进一步的参数分析表明，增大竖向荷载会使桩侧极限环向摩阻力减小，导致能量桩单桩抗扭能力降低26.2%(75%P_u,P_u为竖向极限荷载)；随着长径比的增加，桩身承载力逐渐增大，可选取合适的长径比抵消温度荷载带来的影响；随着温度增量的增大，桩身变形量逐渐增大，其中桩身0.6L以上部分变形较大，因此作为能量桩使用的工程桩基需要对地基上部进行加固。     

A constitutive model for the uplift behavior of anchors in cohesionless soils

Abstract

A series of triaxial tests has been performed to establish the stress‐strain curves for I‐Lan sand and Taipei silty sand. A constitutive model for the continuous strain hardening‐softening and volumetric dilatancy of these two soils is proposed, based on the results of triaxial tests. Using this model, a numerical program is then established, with FLAC software, to analyze the uplift behavior of model anchors in sand and field anchors in silty soil.

It was found from triaxial tests, that the peak friction angle increases with relative density of soil and decreases with confining pressure. A non‐associated flow rule between plastic strain increment and stress tensor was found. As accumulative plastic strain, relative density and confining pressure were changed, the mobilized friction angle and mobilized dilatancy angle also changed. All parameters needed for the proposed model can be expressed as functions of relative density and confining pressure. This model can calculate the stress‐ strain curves of cohesionless soils determined from triaxial tests accurately.

The load‐displacement behaviors determined from anchor tests are compared with those calculated from this numerical program, the numerical results are in good agreement with the test results not only for model anchors in sand but also for different types of field anchors in silty soil.     

风积砂地基装配式基础下压水平力组合荷载试验

根据塔克拉玛干沙漠腹地2 个装配式基础的现场试验,分析了下压与水平力组合荷载作用下风积砂地基装配式基础的变形、结构受力特性以及地基土压力变化规律,并采用Veisc 理论计算了下压与水平力组合荷载作用下风积砂地基的极限承载力。结果表明,在下压水平力组合荷载作用下:1) 风积砂地基装配式基础顶部竖向和水平方向的位移值相差不大。基础顶部竖向沉降主要由支架压缩量和地基沉降量组成,在极限荷载工况时,角钢支架变形量为风积砂地基沉降量的2 倍~3倍,最终是由于地基的水平承载力不足而使得基础丧失承载能力;2) 角钢支架处于压弯受力状态,在破坏荷载时,尚未达到角钢屈服应力,也未出现压曲失稳;3) 风积砂地基装配式基础的承载性能与基础底板混凝土板条的排列方式有关,平行于混凝土板条轴线方向的水平承载能力高;4) 可采用Vesic理论计算风积砂地基装配式基础在倾斜荷载作用下的竖向下压极限承载力。     

预应力钢带加固钢筋混凝土柱轴压性能试验研究

对16个加固柱及2个对比柱试件进行轴压性能试验,重点考察了钢带间距、层数对承载力及变形能力的影响。试验结果表明,采用预应力钢带加固的混凝土柱试件,可有效改善其轴压性能及变形能力,在钢带间距相同条件下,随着钢带层数的增加其承载力和变形能力随之大幅度提高,钢带层数相同条件下,随着钢带间距的减小其承载力和变形能力随之大幅度提高;素混凝土柱承载力和极限位移最大提高幅度分别为130%和1315%,钢筋混凝土柱承载力和极限位移最大提高幅度分别为65%和274%。     

带滚珠调节的面-面接触形式负荷传感器球头副

为降低传统负荷传感器球头的接触应力水平,提高传感器测量的准确度和长期可靠性,设计了一种带滚珠调节的面-面接触形式的负荷传感器球头副结构,同时通过对比实验进行了验证,实验结果显示采用该结构的球头副,一只20MN柱式力传感器可在倾斜0.2°的状态下,测量得到重复性小于0.005%、方位误差小于0.04%。研究表明,该带滚珠调节的面-面接触形式负荷传感器球头副相对未带滚珠调节的面-面接触形式传感器球头副,球头相对球碗转动时摩擦阻力更小,不仅能实现水平自调节,而且还能灵活调整由负荷传感器上、下承压面不平行带来的角度偏差,使传感器在不同测量方位测得的载荷输出值更一致,方位误差更小。此外,由于采用了面-面接触形式,该结构球头副接触应力较小,具有较大的承载能力,保证在大载荷作用下具有足够的强度。     

Effect of acid corrosion on crack propagation of concrete beams

The effect of acid corrosion on crack propagation of concrete beams was theoretically studied by the method of crack extension resistance curve. Based on this method, a calculation approach was proposed to determine fracture stress intensity factors in crack propagation of concrete beams. Loop iteration analysis was carried out to calculate maximum bearing capacity load, unstable crack toughness, resistance toughness curve, cohesive toughness curve and load–crack mouth opening displacement. Both bilinear and nonlinear softening traction–separation curves were adopted for each of these calculation parameters. The analysis results of each showed the effect of acid corrosion degrees. The influence of acid corrosion on fracture properties was discussed through the calculated results of cohesive toughness curves. These five kinds of simulated results were basically consistent, before the load attained the maximum value. However, with further crack propagation, cohesive toughness of nonlinear softening model was significantly larger than that of bilinear softening model, and the descending branch of P–CMOD curve by nonlinear law is higher than that by bilinear law. To validate the approach, tests of specimens under six different corrosion periods were experimentally studied, using three-point bending notched concrete beams soaked in sulphuric acid solution. The Double-K fracture parameters were investigated based on the test results, and load–crack mouth opening displacement curves for different acid conditions were obtained using synchronous sampling of a load sensor and clip-gauge. Numerical results by bilinear softening model showed a good correlation with the experimental ones.     

混凝土预制装配式扩展基础抗拔试验

根据预制装配式基础在上拔荷载作用下的室内足尺试验,监测了试验加载过程中基础构件的位移和应力变化,研究了预制装配式基础在上拔荷载作用下的协同工作性能。试验结果表明:在上拔荷载作用下:1) 预制装配式基础连接法兰盘、底板拼装连接缝附近测点的上拔位移变化规律与基础顶部基本一致,基础各构件之间整体承载性能好。基础荷载-位移曲线分弹性、弹塑性屈服和破坏3个阶段;2) 法兰盘连接锚栓、槽钢连接锚栓和连接槽钢等各构件的测点应力均随荷载增加而增加,且处于弹性阶段;3) 预制装配式基础拼装底板以拼装缝为轴,呈两边向下弯折趋势,基础底板外边缘角点上拔位移量小于基础顶部,且相同部位连接构件在同一级荷载作用下的应力状态和应力大小呈不同的变化规律;4) 基础拼装间隙、拼装过程中螺帽拧紧程度以及基础预制加工误差是预制装配式基础共同工作性能的影响因素,但其整体工作性能好,可按土重法计算基础抗拔极限承载力。     

Gypsum sand resilient modulus during cyclic soaking and drying

A laboratory investigation and analysis on the resilient modulus of gypsum-rich roadbed sand with a gypsum content of 38.8%, subjected to cyclic soaking and drying with a cycle length of 14 days, is presented and discussed. Eleven pairs of California bearing ratio (CBR) soil specimens were prepared for determining the resilient modulus using the wave propagation technique. After the application of this technique, the CBR load–penetration test was performed on each specimen to make use of the corresponding curve for determining the resilient modulus too. The wave propagation resilient modulus results are generally in good agreement with those based on CBR full load–penetration curve. The paper reveals that the cyclic soaking and drying process converges to an equilibrium state after the fifth cycle resulting in a resilient modulus which is much less than that for the common four days of soaking or that obtained from published correlation studies.