高陡斜坡区基桩水平承载特性模型试验研究

凭经验建造的高陡斜坡区桥梁基桩因水平作用引起病害的情况越来越多。为此,以红顶特大桥为原型,设计一套加载装置和试验方案,考虑基桩位于边坡中的位置与受力形式2个因素,对基桩水平承载特性进行水平静载与轴–横向组合加载模型试验研究并分别得到桩顶位移,水平荷载与相对位置及竖向荷载的拟合关系。结果表明,水平循环荷载作用下,桩顶水平位移与桩身弯矩均随荷载及其循环作用次数的增大而增大;水平荷载作用下,基桩水平极限承载力与其所在位置距坡脚的水平距离呈反比,即基桩越靠近坡脚线,其水平极限承载力越大,同时桩顶水平位移、桩身弯矩则越小;水平与竖向同时加载对基桩水平极限承载力的影响,与预加竖向荷载是否达到基桩竖向变形稳定荷载临界值有关,竖向荷载小于该临界值时,可提高基桩水平极限承载力,竖向荷载大于该临界值时,会降低基桩水平极限承载力。     

大直径嵌岩灌注桩水平荷载试验研究

桩在水平荷载作用下的受力性状是一个复杂的桩土相互作用过程。本文结合工程实例,通过现场水平静载试验,实测得到了水平荷载作用下大直径嵌岩灌注桩桩土共同作用时的工作性状,分析了桩体水平力、位移与时程关系、水平力与位移梯度关系、临界承载力以及地基土的水平抗力比例系数。试验结果可为今后同类桩的设计与研究提供参考。建议采用位移控制设计桩基础。     

土质边坡下压煤开采充填布置初探

边坡下压煤的开采一直是工程上的难题,在“三下”压煤开采中应用较成熟的充填开采法可以很好地控制边坡移动。本文采用Abaqus有限元软件,分析了在不同充填率下,第四系土质边坡坡脚点水平位移随逆坡向开采推进的变化规律。模拟结果表明,随着充填开采推进,不同充填率下坡脚点水平位移都经过先增大、后减小、再增大三个变化过程。开采经过坡脚时位移变化剧烈,而后位移增量逐渐较小,在充填率达到75%时,位移增量最终小于0.05 mm·m^-1,认为位移收敛。基于坡脚点的水平位移变化分析,提出充填布置优化方案,并进行整体稳定性分析。结合现场监控量测及时反馈,研究结果可以为边坡下矿体安全经济开发提供参考。     

基于位移场演变特征的边坡地基破坏模型研究

地基承载力公式的推导是基于弹性半无限空间假定,对于边坡地基,由于侧限条件的改变,附加应力扩散方式受到了影响,因此边坡地基破坏模型应有别于弹性半无限空间假定下的地基。采用数字图像相关技术,对两种不同类型的地基在荷载作用下的位移场进行测量、比较,根据试验结果总结边坡地基中位移场变化特征并分析附加应力扩散特点,由此对弹性半无限空间假定中地基破坏模型进行修正。结果表明:①与弹性半无限空间中地基相比,边坡地基中载荷板下塑性区展开深度不同,压密核的形状也发生改变;②边坡地基中载荷板两侧地基土的位移场呈显著不对称状,临边坡一侧水平位移明显;③与水平地基相比,同等沉降条件下,边坡地基承载力有一定幅度的降低;④同样荷载下,边坡地基的变形显著偏大。     

阵列式位移计测试技术在吸入式组合桩力学试验中的应用

阵列式位移计(SAA)应用微电机系统(MEMS)加速度测试仪测量相应的位移,倾斜角和加速度。该方法具有很高的精度,且该系统能够动态跟踪测试,并且可以重复利用。本文介绍了SAA测试系统在吸入式组合桩承载力特性模型试验研究中的应用,该模型试验研究了不同长径比、荷载作用角度和桩间距3个重要因素对桩的斜向承载力的影响。结果表明:SAA测试系统可全面,直观地反映出组合桩模型在不同长径比、荷载作用角度和桩间距的桩体在不同级的荷载下的沿着桩深各点位移情况,而且能较好的显示桩体在极限荷载的情况下位移的突变,为桩体周围土体的极限荷载下的破坏标准的确立提供依据。     

地震荷载作用下顺层岩体边坡动力放大效应和破坏机制的振动台试验研究

以四川省安县干磨房滑坡为原型,设计并完成了比例为1∶100的顺层岩体边坡大型振动台试验。通过逐级加载不同峰值、频率和持时的地震波,研究了地震荷载作用下边坡的动力响应特征和变形破坏机制。试验结果表明,输入波频率和幅值对边坡加速度动力响应影响较大。当输入波频率小于边坡初始自振频率时,水平向PGA放大系数随输入波频率的增大而增大;超过边坡的初始自振频率后,水平向PGA放大系数减小,放大效应减弱;当输入波频率小于边坡初始自振频率时,水平向PGA放大系数随输入波幅值的增大而增大;当输入波频率接近和大于边坡初始自振频率时,低幅值地震波对水平向PGA放大系数影响更显著;地震荷载持时对边坡动力响应影响不明显。通过对边坡位移动力响应和试验过程拍照录像记录分析,发现与边坡其他部位相比,坡肩处的位移动力响应更为显著;边坡在输入波幅值加载至0.6 g时处于临界状态,对应的临界位移值约为7.3 cm,该值的确定是后续研究采用临界位移评价地震作用下边坡稳定性的基础与前提条件;地震荷载作用下顺层岩体边坡的破坏模式为:坡肩开裂→坡顶出现贯穿裂缝→坡脚附近的坡面隆起→坡顶贯穿裂缝与隆起部位贯通→边坡沿层面发生浅部滑动从而失稳破坏。模型试验较好地揭示了地震荷载作用下顺层岩体边坡的动力放大效应和变形破坏机制,可为工程边坡的抗震设计和防灾减灾提供有益的借鉴与参考。     

循环荷载作用下软土中吸力锚承载力拟静力有限元分析

建议了一种利用软土不排水循环强度，评价静荷载与循环荷载共同作用下软土中吸力锚承载力的拟静力弹塑性有限元方法。该方法首先依据软土的不排水静强度，通过弹塑性有限元计算，确定平均系泊荷载作用下土体单元的八面体平均剪应力，再据此确定与一定循环破坏次数对应的土单元循环强度；然后，按土单元循环强度再次通过弹塑性有限元计算，确定锚系泊点沿系泊方向的荷载位移曲线；最终由荷载位移曲线、按位移破坏标准确定锚的循环承载力。这一方法的特点是考虑了平均系泊荷载对软土循环强度、进而对静荷载与循环荷载共同作用下锚承载力的影响。为说明这一方法的可行性，进行了不同锚径、不同长径比、不同平均荷载、不同摩擦系数、不同加载方向、不同破坏模式条件下的软土中吸力锚循环承载力模型试验。利用拟静力有限元方法对模型试验结果进行了预测，预测结果比试验结果偏小，平均偏小不超过10%。模型试验结果还表明，软土中锚的归一化循环承载力随循环破坏次数的变化只取决于归一化平均荷载，可以忽略加载方向、锚的直径、锚外壁摩擦系数对归一化循环承载力变化关系的影响。若归一化平均荷载为0.5，当循环破坏次数为1000时，对于竖向破坏的锚，循环承载力大约为静承载力的75%；对于水平破坏的锚，循环承载力大约为静承载力的80%，这与已有的离心模型试验结果基本一致。     

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。     

竖向荷载作用下倾斜桩的荷载传递性状及承载力研究

桩基可能会因各种原因导致桩体发生倾斜,桩身的垂直度往往超过《建筑桩基技术规范》的允许值,如何确定这些倾斜程度并不很大的倾斜桩的承载力一直是工程实践中的难题。对天津某高层建筑工程不同垂直度的倾斜桩进行了现场载荷试验,试验结果表明小倾斜度下桩的承载力并不一定下降。在试验成果基础上利用有限元分析软件ABAQUS进行模拟,分析了不同垂直度、不同土质条件下桩的荷载传递及承载力受垂直度变化的规律。有限元分析结果表明,当桩的垂直度不大于4%时,当桩身具有足够的抗弯强度和刚度时,相同荷载下其沉降反而小于竖直桩,但会在桩身产生一定的弯矩,桩顶自由的单桩也会产生一定水平位移。承台有助于减小倾斜桩的水平位移与挠曲。     

后注浆超长灌注桩水平承载特性现场试验研究

后注浆技术作为灌注桩补强技术,已在工程中得以应用,但有关后注浆桩体水平承载特性的研究较少。针对深厚土层中后注浆超长灌注桩的水平承载问题,结合工程实例,研究了后注浆单桩水平承载规律。通过现场水平静载试验,实测得到了试桩桩顶位移、转角、残余变形与水平荷载的关系,分析了后注浆桩身内力及桩侧土抗力分布特点,比较了有无后注浆情况下的单桩临界水平承载力大小。结果表明:已有规范方法可以对后注浆单桩临界水平承载力、极限水平承载力给出合理的判定,水平加载条件下后注浆桩侧土体抗力比例系数与桩顶位移呈非线性关系,桩侧桩端后注浆技术可显著提高灌注桩单桩临界水平承载力,较无后注浆桩体提高约20%。     

两级抗滑桩对坡顶建筑物的安全控制研究

采用两级抗滑桩对边(滑)坡进行治理过程中,当坡顶存在建筑物或者规划建设建筑物时,除了考虑边坡的整体稳定性,还必须良好控制坡顶土体位移量,从而保障坡顶建筑物的安全和稳定。该文通过建立有限元计算模型,分析了两级抗滑桩对坡顶土体位移的控制效果,探讨了浅基础离边坡的安全距离及深基础对边坡稳定性的影响。得到以下结论:坡顶土体位移主要受到二级抗滑桩的控制,且二级抗滑桩距离坡肩越近,坡顶土体位移越小；当坡顶存在浅基础时,坡顶土体位移越大,建筑物所需的安全距离(离边坡的距离)越大；当坡顶存在深基础时,桩基距离边坡坡肩越近,对边坡的稳定性越不利；相对于桩基所受垂直荷载,水平荷载对边坡的稳定性影响更显著。在此基础上,对广西某滑坡进行了优化设计,最终实测结果表明两级抗滑桩对桩顶土体位移控制效果良好。     

扩底桩的抗拔承载力试验及计算

通过对干旱地区黄土中扩底桩的抗拔试验 ,测试了扩底桩在上拔荷载、水平荷载作用下的上拔位移和水平位移以及位移与荷载的关系。研究了极限上拔承载力和抗拔桩的破坏机理。在相同条件下 ,增加扩大端的高度对提高桩的极限上拔承载力是有效的 ,破坏机理为土的减压软化和损伤软化的渐进性破坏。提出了极限上拔承载力的理论计算模式 ,并与实测资料进行了对比 ,理论计算结果与实测值是吻合的     

斜坡基桩的斜坡空间效应及其水平承载特性研究

为研究水平荷载作用下斜坡基桩的斜坡空间效应对其承载特性的影响,设计并完成了不同坡度及水平荷载作用角度下斜坡基桩室内模型试验,测得了桩顶荷载位移曲线及桩身弯矩分布。结果分析表明：水平荷载相同时,桩顶水平位移及桩身最大弯矩均随坡度增加呈非线性增大,随水平荷载作用角度增加而呈线性减小;基桩水平极限承载力却随坡度增加而减小,随水平荷载作用角度增加而增大。坡度每增加30°,桩顶水平位移约增大1.3~1.9倍,桩身最大弯矩增大约17%~30%;水平荷载作用角度每增加30°,桩顶水平变形减小约25%~30%,桩身最大弯矩减小约6%~11%。斜坡基桩的桩身最大弯矩位于地面以下3~6倍桩径范围内,坡度越大桩身最大弯矩位置越深。分析得到了基桩水平极限承载力拟合公式,可以为斜坡基桩设计提供参考。     

高速铁路桥桩在轴向循环荷载长期作用下的承载和变形特性试验研究

针对高速列车通过小跨度桥梁时列车活载对桥桩的影响分析来获得动力加载参数,进而对位于软粘土地层中的钻孔灌注桩进行了轴向循环荷载长期作用下的动力试验,测试和研究了循环荷载长期作用下桩的动位移幅值、桩顶沉降、桩身轴力、桩侧动摩阻力和单桩极限承载力等参数的发挥和变化情况。试验结果表明:列车循环荷载长期作用下,灌注桩的桩身轴力发生了局部调整,砂性土层的桩侧摩阻力具有增强效应,淤泥质粘性土的桩侧摩阻力具有退化效应;列车循环荷载对软土地区单桩的承载能力和桩基的工后沉降影响甚微,但会使单桩竖向刚度降低。     

建筑垃圾再生材料灰土挤密桩成桩应用试验

为了掌握建筑垃圾再生材料在灰土挤密桩处理湿陷性黄土地基中的应用性能,首先通过材料力学性能试验确定了粒径为0～30 mm、建筑垃圾与灰土比例为72:28的建筑垃圾灰土挤密桩填料。然后完成了4组不同距径比的试桩应用试验,得到了不同距径比下的桩间土湿陷系数、桩间土挤密系数、桩间土静力触探曲线、复合地基荷载-沉降曲线等应用性能参数及特点。结果表明:桩间距越大,桩间土湿陷性系数越小; 距径比越小,桩间土挤密系数越大,桩间土的比贯入阻力越大; 在试验路段采用距径比2.25的建筑垃圾灰土挤密桩方案时,桩身容许承载力为175 kPa,复合地基承载力特征值为260 kPa,挤密效果良好; 成桩7 d浸水试验后复合地基承载力和桩身承载力平均下降14.3%,但仍满足桩设计要求; 研究结果验证了建筑垃圾再生材料灰土挤密桩处理湿陷性黄土地基的可行性,为工程应用提供性能参数参考,可进一步扩大建筑垃圾的使用范围。     

基于ANSYS的水平受载桩桩身受力性能的研究

基于ANSYS有限元软件,建立了钢筋混凝土管桩模型,对成层土中桩身处承受水平荷载的基桩受力性状进行了计算机数值模拟,通过对桩身位移和应力变化曲线的分析,得出了水平荷载下桩身位移和应力的变化规律。     

岩溶地区高层建筑刚性桩复合地基现场试验研究

某高层建筑建造于岩溶场地,采用刚性桩复合地基。在现场开展了大型坑下综合性原位试验,包括多项载荷试验、桩与土的应力测试以及沉降观测等。运用BOTDA分布式光纤技术,获得复合地基桩身应力及桩侧摩阻力连续分布曲线。基于试验数据,对复合地基的荷载传递机制、荷载分担变化与发展规律、桩与土承载力发挥状况等进行了分析,研究了土层注浆和桩底后注浆对复合地基承载力与应力分布的影响。研究表明：增强体采用非挤土置换成桩工艺,对桩间土具有加固效果;桩底后注浆对复合地基的加固效果主要体现在加载后期的较高荷载水平下;土层注浆在提高桩间土和复合地基承载力的同时,降低了桩、土相对刚度,总体上有利于发挥土的承载作用;土层注浆对桩侧正、负摩阻力发挥均具有作用,可减少荷载经桩传递产生的下卧层附加应力,有利于下伏溶洞的安全。根据研究结果,给出了采用土层注浆时复合地基承载力发挥系数的建议值。     

单螺旋锚桩水平承载机理试验与理论研究

目前螺旋锚桩水平拉拔承载设计计算的相关规范存在不足,理论研究中对锚片表面土压力分布的认识不统一。基于自制大型试验砂箱,开展了单螺旋锚桩的水平拉拔模型试验,直接量测分析了水平拉拔过程中锚片上下表面的土压力分布变化规律。引入考虑位移影响的锚片表面土压力近似计算方法,结合桩侧阻力p-y曲线,构建了砂土中单螺旋锚桩的水平拉拔力学模型,推导了位移相关的水平承载力计算理论。试验与计算结果表明：水平拉拔过程中,锚片表面土压力分布与测点到锚片中性轴的距离呈非线性关系,计算土压力时需考虑位移的影响;所构建的单螺旋锚桩水平承载力学模型以及基于力学平衡分析推导得出的单螺旋锚桩水平拉拔位移相关承载力计算理论在对比验证中取得了较好效果;对于工程中常用的单螺旋锚桩（桩锚直径比d/D≤5）,当埋深比大于4后,可不考虑锚片的作用,按照等直径的裸桩来计算其水平承载力。     

黄土冲沟区桥梁下部结构安全影响因素研究

对黄土冲沟区域的地质特点进行了总结,针对冲沟滑坡、泥石流、土体流失等对桥梁下部结构的影响建立了力学模型,分析了地质灾害对桩基安全性的影响,结果表明,桩基位于冲沟坡体不同位置时,土体流失对桩基的性状(桩侧土体作用力、桩基自由长度、挠曲曲线第一零点位置、最大弯矩值降低量、横轴向位移增大量、横轴向承载力减小量、稳定程度减小量等)的影响有着显著区别;提出了滑坡推力和泥石流冲压力作用下墩台及桩基内力计算方法;针对不同的影响因素提出了相应的防治工程措施。     

前后排抗滑桩加固滑坡桥基的振动台试验研究

 设计并完成前后排抗滑桩加固滑坡桥基的振动台模型试验。通过输入不同频率、加速度峰值的正弦波,分析振动时桥墩基桩、抗滑桩的受力变形规律,以及PGA放大系数变化特性。试验结果显示,当滑体为可塑的粉质黏土时,后排抗滑桩桩后土压力峰值分布随台面加速度峰值变化,由三角形逐渐变为倒三角形;由于桥墩、后排抗滑桩间距很小,两者相互作用增强,桥墩基桩受到较大的动力荷载影响,随着台面振动加速度峰值增加,桥墩基桩的应变最大值从桩顶下移至滑面附近;当正弦波加速度峰值相等时,频率越高,土体黏滞阻尼越小,滑坡的PGA放大系数越大,相应云图呈层状分布,同时高频振动波使土体产生较小的位移和变形,导致滑坡推力也较小;振动波在向上传播时,土体存在滤波效应,自振频率附近的频谱幅值会被放大。