冲刷条件下砂土中单桩水平循环加载模型试验

近海风机大直径单桩在波浪的作用下承受水平循环荷载,并产生冲刷效应。采用一套可施加大周数循环荷载的试验装置,探究砂土中冲刷深度与加载路径耦合作用下大直径单桩累积变形特性与位移预测模型。通过对试验结果归一化和回归分析,得到位移预测模型,其为循环次数的幂指数和初次循环累计位移两者的乘积。研究发现,幂指数受加载路径和冲刷深度的影响较小;初次循环累积位移由两个相互独立的参数决定,即荷载峰值和控制循环幅值的荷载类型。荷载峰值受冲刷深度影响,荷载类型与冲刷深度无耦合关系。试验得到的位移预测模型的幂指数和初次循环累积位移公式可用于单桩长期水平循环累积位移的预测。     

砂土中大直径单桩水平受荷离心模型试验

大直径桩基在海洋工程中已越来越广泛应用。针对目前API规范p-y曲线对水平受荷大直径单桩的不适用性,通过离心模型试验研究了砂性土中大直径单桩分别在水平静力和循环荷载作用下的受力和变形特性。验证了通过实测桩身弯矩推算桩身变形和桩周土反力的有效性,分别获得了干砂和饱和砂的大直径单桩水平静力p-y曲线。在修正p-y曲线初始刚度的基础上,采用双曲线型p-y曲线分析了水平受荷大直径单桩的内力和变形。揭示了水平单向循环荷载下大直径单桩的桩身变形及内力变化特性,试验结果显示桩身变形和最大弯矩近似与循环次数的对数线性相关。最后,由各循环次数下的桩身弯矩获得了大直径单桩水平循环p-y曲线,提出了循环应力比相关的p-y曲线循环弱化因子,以及相应的桩基变形累积和内力变化分析方法。     

分层土中扩盘单桩水平承载特性模型试验研究

通过室内模型试验分别对两根承力盘位置不同的扩盘单桩进行四种工况下的承载性能试验,研究在水平和竖向荷载作用下,承力盘的位置和土的分层情况对单桩承载特征的影响。根据试验结果可知:当受到的水平荷载相同时,随着埋深的增加弯矩值先增大后减小,在距桩端1/3时,弯矩值达到最大;通过对桩周土体的加固,可以抑制桩体自身的变形,通过弯矩值对比分析,扩盘桩在加固土中最大弯矩相对于在分层土中可以减少约20%;同一桩在加固土中桩受到的侧向土压力是分层土的1/2,通过加固扩盘桩周围的土体可以降低50%桩受到的土侧向压力;承力盘的位置在上盘时,对土压力的减缓作用明显大于承力盘在中盘时,上盘扩盘桩所减缓的土的侧向土压力是中盘扩盘桩的1. 4倍。     

砂土地基中螺杆桩竖向承载特性的模型试验研究

通过砂箱模型试验,采用应变片测试技术和PhotoInfor数字图像软件技术试验方法,比较分析螺杆桩和直杆桩在竖向荷载作用下轴力的变化和桩周土体的位移场,研究螺杆桩的竖向承载特性。研究结果表明:螺杆桩和等直径直杆桩的Q-s曲线均呈缓降型;在相同条件下,螺杆桩的极限承载力和桩侧阻力相比于直杆桩有较大的提高;极限状态下螺杆桩桩侧破坏面呈连续的拱形,而直杆桩桩侧破坏面可以近似看作平面;螺杆桩的侧阻主要表现为螺牙间土体与外侧土体的剪切力,而直杆桩的侧阻主要表现为桩体与土体的摩擦力。     

砂土中抗拔斜桩模型试验研究

通过模型试验研究了竖向上拔荷载作用下长径比为30时斜桩的承载变形和荷载传递性状,并与同条件直桩的性状进行了比较。结果表明,在相等桩顶竖向上拔荷载作用下,斜桩竖向上拔量大于直桩竖向上拔量;斜桩桩顶竖向上拔量随桩身倾角的增大而增加。在桩顶竖向上拔荷载作用下,抗拔直桩与抗拔斜桩桩身轴力上拔量分布具有一定的相似性。斜桩桩身弯矩主要分布在1/2桩长范围内,且随着桩身倾角的增大而增大;而最大弯矩所处的深度与桩身倾角无关。抗拔直桩与抗拔斜桩的平均侧摩阻力都是从上部开始发挥并往下传递;随着上拔荷载的增加,桩身上部平均侧摩阻力的数值变化很小,而桩身中下部平均侧摩阻力迅速增长。抗拔直桩与抗拔斜桩端部平均侧摩阻力都表现出弱化现象。     

砂土中沉井加桩复合基础水平静力及循环模型试验

采用自主设计的水平循环加载装置进行模型试验研究,探讨了水平静力及循环加载下单体沉井及沉井加桩复合基础承载变形性能。试验研究表明:与单体沉井基础相比,沉井加桩复合基础的水平刚度耦合了沉井及群桩刚度,改善了水平荷载作用下基础的位移响应模式,其水平承载力明显高于单体沉井基础。水平双向对称循环加载后,基础的水平刚度、承载力均有所提高,并且循环加载后沉井加桩复合基础的承载力高于单体沉井基础。因此,针对水平循环加载而言,沉井加桩复合基础是一种更为有效的基础形式。     

单向循环荷载作用下饱和砂土中单桩沉降模型试验研究

通过饱和砂土中模型桩在单向循环荷载比(循环荷载幅值与桩的极限承载力的比值)分别为12.5%,25%,50%三种情况下的沉降试验,研究了模型桩在不同动力循环加载情况下的桩顶累积沉降和动位移幅值随振动次数的变化而改变的规律,拟合了沉降试验曲线的回归方程。对试验结果进行分析后得出:循环荷载比和循环次数是影响饱和砂土中单桩桩顶累积沉降的主要因素。     

不同直径单桩静压贯入力学特性模型试验研究

为探讨不同桩径静力压入单桩的贯入力学特性,设计了不同桩径的模型桩,基于光纤光栅(Fiber Bragg Grating,简称FBG)传感技术,开展了黏性土中静压贯入两种不同直径单桩的模型试验研究。结果表明:试桩的压桩力基本呈线性增加趋势,桩径越大,压桩力越大;桩径不同会影响单桩的荷载传递性能,由于桩径越大挤土效应越明显,沿深度方向的桩身轴力传递性能优于小桩径桩;桩身单位侧摩阻力随深度增大而增大,桩径越大,对土体的侧向挤压力越大,桩身单位侧摩阻力越大;同一深度,两种不同直径单桩桩身单位侧摩阻力都出现"侧阻退化"现象,"侧阻退化"现象随着贯入深度的增加越明显,且桩径越大,桩身单位侧摩阻力退化越显著;均质黏性土地层静压沉桩阻力主要为桩端阻力,沉桩结束时,试桩桩端阻力占沉桩阻力的比例分别为59.5%和66.2%,不同的桩身直径既影响桩端阻力,又影响桩侧阻力。确定静压贯入沉桩阻力时,考虑基于黏性土的侧阻退化后实际值更为合理。     

砂土中竖向和水平荷载共同作用下的单桩承载特性研究

水平荷载引起桩体水平位移,导致桩侧摩阻力发生变化,从而影响单桩的竖向承载特性;竖向荷载影响桩周土体抗力,并随着桩身挠曲变形而产生附加弯矩,从而影响单桩的水平承载特性。利用室内模型试验研究了砂土中单桩在竖向和水平荷载共同作用下的受力和变形特性。试验结果表明:预先施加竖向荷载有利于单桩水平承载力的提高和水平位移的减小;预先施加水平荷载对桩身上部桩侧阻力的发挥有减小作用,但水平荷载的增大对桩端阻力的发挥有促进作用,总体上表现为预先施加水平荷载削弱了单桩的竖向承载力;单桩水平荷载引起的最大弯矩位置在地面以下约5d~7d处,水平荷载对桩身弯矩和桩侧摩阻力的影响主要集中在地面以下0~10d的深度范围内。结合已有研究成果和理论分析,验证了试验成果的合理性并从理论上分析了砂土中竖向和水平荷载共同作用下的单桩承载机理。     

砂土中抗拔斜桩性状模型试验研究

为研究抗拔斜桩的承载变形性状及荷载传递机制,在中密干砂中进行10根单斜桩抗拔试验,研究桩身倾角、长径比对斜桩抗拔承载力的影响,分析斜桩桩身轴力、弯矩、剪力及桩侧摩阻力的分布特征,比较斜桩与相应直桩抗拔承载变形性状的差异。结果表明:斜桩的抗拔承载力并不总是大于相应直桩,其大小受到桩身倾角及长径比的重要影响;在上拔荷载作用下,斜桩轴力大于相应直桩轴力,桩身倾角越大,斜桩轴力超过直桩轴力越多;抗拔斜桩桩身上部区段截面存在弯矩及剪力,斜桩最大弯矩受到桩身倾角及长径比的影响,斜桩除了在桩顶处存在最大剪力外,桩顶下一定深度处还存在极值剪力;抗拔斜桩桩身上部为负摩阻力,下部为正摩阻力。     

单桩非线性振动实用分析方法的研究

本文将承受强烈垂直激振作用的单桩作为非线性单自由度体系考虑,采用等效线性化方法,列出质量-阻尼-弹簧模式的非线性振动微分方程。其中包含有取决于振幅的等效线性刚度和阻尼。利用动力反应曲线的几何性质反演计算各振动参数,并且以砂坑中大尺寸模型桩的动力试验量测结果进行验证。这种实用分析方法很简便,对于桩-土系统振动参数的研究是很有效的。     

均质砂土中桩端后注浆抗压桩室内模型试验研究

在参考现场桩端后注浆工艺的基础之上,利用自行研发的注浆装置和注浆工艺,在均质砂土中进行了不同注浆压力和不同注浆量下的共计7根模型桩的桩端后注浆抗压承载特性的室内模型试验。结果表明：相对于未注浆桩,注浆桩的极限承载力均有明显提高,提高范围为213%~347%,同时桩端上返的浆液对桩侧摩阻力也有加固效果;在一定的注浆量下,存在一个最佳注浆压力,使整体的注浆加固效果最好,此试验中是0.3MPa;在最佳注浆压力0.3MPa下,桩的承载能力随着注浆量的增大而提升,但提高效果随注浆量的增大而减弱,以单位注浆量计算,注浆量从1L提升至4L,每升浆液带来的极限承载力增量从200%降至106.8%;随着注浆量的提升,浆液上返高度也从0.65m增加至1.0m。     

XCC桩单桩荷载传递特性的离心机模型试验研究

XCC桩是根据等截面异形周边扩大原理改造而来的异形截面桩,通过改变截面形状来改变桩土荷载传递机理。为了得到真实应力状态下XCC桩-土荷载传递机理,开展了单一均质Toyoura干砂中XCC单桩与等截面面积的圆形单桩的离心机对比模型试验,得到了真实应力状态下XCC异形桩的极限承载力、轴力和侧摩阻力分布特性。结果表明,以10%桩径沉降作为承载力判别标准时,XCC单桩极限承载力较圆形单桩提高了约30%,其主要来源于桩侧摩阻力的提高;XCC桩侧摩擦力稍大于圆形桩,其总侧摩阻力至少是等截面面积圆形桩的1.65倍,侧摩阻力的提高部分来源于截面周长的增大,其余来源于XCC单桩的“异形效应”。     

砂土中负摩擦力群桩效应系数模型试验研究

通过群桩负摩擦力室内模型试验,探讨负摩擦力的群桩效应。结果表明:桩身轴力随着土载的增大而逐步增大,砂土固结完成后,随土载增大桩中性点位置逐步下移,最终基本位于距桩顶0.8~0.9倍桩长处;负摩擦力群桩效应系数随着桩间距的增大而增大,当桩间距达到6倍的桩外径时,群桩效应系数接近1.0。     

层状地基中群桩的水平振动特性

采用动力Winkler地基模型模拟桩土之间的动力相互作用,并运用传递矩阵法考虑地基土的分层特性,提出了计算层状地基中单桩和群桩动力阻抗函数的一种简化方法。在计算动力相互作用因子时考虑了“被动桩”与周围土体之间的相互作用。最后将相互作用因子和群桩阻抗的本文解与精确解进行了对比,同时与有关现场试验结果作了比较,验证了本文方法的有效性。     

粘土中超长单桩的模型试验研究

超长桩的承载性能是一个非常复杂的问题，通过室内模型试验对超长单桩在竖向荷载作用下的荷载传递机理进行分析，研究了超长桩的一些承载性能问题。     

粘土中超长单桩的模型试验研究

超长桩的承载性能是一个非常复杂的问题,通过室内模型试验对超长单桩在竖向荷载作用下的荷载传递机理进行分析,研究了超长桩的一些承载性能问题。     

水平振动荷载作用下支盘桩模型试验研究

基于自行设计的桩-土动力相互作用模型试验装置,对2根承力盘位置不同的模型支盘桩施加强烈水平振动荷载,采用数字式变频仪控制荷载频率,通过不同弹簧的刚度系数实现不同大小的荷载级别,分析不同激振频率和激振荷载作用下桩身弯矩变化趋势及桩侧土压力变化状况。试验表明:随着激振频率的增大,支盘桩的动力响应在整体上有减小的趋势且水平动承载力有所提高;随着激振荷载的增大,支盘桩的动力响应随深度增加逐渐减小,反弯点位置逐渐下移,桩身的最大动弯矩发生在距桩顶1/3左右深度处。承力盘的设置改变了桩身的变形和受力状态,能够提高桩身平衡弯矩的能力,是对桩基的结构优化设计,且承力盘设置在桩身靠上有利于水平动承载力的提高。     

砂土中斜桩-承台基础的水平承载特性研究

通过开展室内模型试验,研究了砂土中斜桩-承台系统的水平承载特性,重点分析了桩身倾角及桩身抗弯刚度两个因素对桩顶水平位移、桩身弯矩分布的影响。利用有限元方法开展了与模型试验相对应的三维有限元分析,两者所得结果的对比表明所采用的有限元分析方法能较好地反映斜桩在水平荷载下的受力和变形特性。为了更好地与工程实际相对应,基于上述数值分析方法开展了原型尺寸的数值参数分析,考虑了桩体的弹塑性力学特性,探究土体弹性模量、桩身刚度以及桩身长度对斜桩-承台系统水平承载能力的影响。计算结果表明,相较于改变桩身的抗弯刚度,土体弹性模量的变化对斜桩-承台系统水平承载能力的影响更为显著;当桩长小于25m(25倍桩径)时,桩长的增加能较明显降低桩顶水平位移响应,当桩长超过该值时,斜桩水平承载能力的提升效率下降。此外,基于试验数据开展了多元回归分析,获得了斜桩-承台系统桩顶水平位移的半经验预测公式,该公式的预测值与试验实测值及数值参数分析计算值的吻合度均较高,具有良好的适用性,有望能为砂土中斜桩工程的设计和分析提供一定的参考依据。     

砂土中水平桩不同p—y曲线尺寸效应研究

通过现场水平受荷桩试验,评测现有砂土中p—y曲线模型准确性随着桩径增加或变形增加的精度,并选用现场实验数据,评测三种p—y曲线模型预测桩身弯矩的精度,该结果可广泛应用于工程中砂土不同直径水平受荷桩的非线性分析,为大直径的水平桩受荷分析提供建议。