循环荷载下柔性桩复合地基永久沉降影响因素的试验研究

通过室内循环荷载作用下水泥土桩复合地基的模型试验,考虑复合地基的垫层、加固区及下卧层的相互作用,研究复合地基加固区内桩的水泥掺入比、置换率以及下卧层土体性质对复合地基永久沉降的影响,试验结果表明:在满足地基承载力的前提下,当循环应力比相同且较小时,增大桩的水泥掺入比对于减小复合地基的永久沉降效果并不明显;随着置换率的不断增加,在相同的循环应力比情况下复合地基产生的永久沉降不断减小;不同土质下卧层对其永久沉降影响显著,下卧层土质较好的产生的永久沉降值较小。得出结论:对复合地基永久沉降影响最大的是下卧层土体的性质,其次是置换率的影响,而水泥掺入比的影响较小,因此,在实际工程中,当软土层不是很厚时,最好加固整个土层。     

循环荷载作用下饱和软粘土特性试验研究

利用应力控制的循环三轴试验 ,研究分析了循环应力比、加荷周数、频率及超固结比对循环荷载作用下杭州市正常固结饱和软粘土应变和孔压的影响 ,确定了杭州市正常固结饱和软粘土的临界循环应力比和门槛循环应力比 ,得出了一些有益的结论。     

复杂条件下复合地基固结解析理论研究

与砂井地基相比,复合地基具有桩体压缩模量较大、直径较大、受荷后应力向桩体集中以及桩体发生侧向膨胀等特点,因此,复合地基固结虽然类似于砂井地基固结但又与之不同.针对现有复合地基固结理论不能合理充分地考虑复合地基这些特点的不足,基于复合地基桩、土共同承担外部荷载的原则,提出一个新的关于复合地基固结初始条件,并对复合地基施工扰动引起的土体渗透系数变化、附加应力随深度和时间变化、桩体固结压缩、土体非线性以及桩、土发生侧向变形等复杂情况下的复合地基固结问题进行了较详细深入的研究,主要的工作和创新成果如下:(1) 给出能同时考虑扰动区土体渗透系数变化、附加应力既随时间变化又随深度变化的复合地基固结普遍解,以及荷载单级施加、附加应力沿深度线性变化时超静孔压和平均固结度的具体表达式,并对地基的固结性状和桩-土应力比的发展规律进行了分析.(2) 鉴于传统桩周流量连续的假定与等应变条件矛盾,对现行桩周流量连续假定进行了修正,建立新的能够考虑桩体压缩的复合地基固结控制方程,给出瞬时加荷和附加应力沿深度均匀分布情况下复合地基超静孔压和平均固结度的表达式,将其与以往解答进行了对比,分析复合地基的固结性状.研究结果表明:采用修正的桩周流量连续条件给出的地基平均固结度小于传统桩周连续假定给出的平均固结度,而且,随着井径比的减小,两者之间的差值变大.(3) 为考虑由于桩径较大而实际存在于桩体内的径向渗流,建立能考虑桩体内的径、竖向组合渗流的复合地基固结控制方程,引入2个新的边界条件,并给出相应解析解.对比分析结果表明:所给出的解答可以合理地退化到5种简单情况下的地基固结解答;不考虑桩体内径向渗流将高估复合地基固结度速率,而且,井径比越小,高估值越大.(4) 通过引入广为认同的土体孔隙比和有效应力以及孔隙比和渗透系数的对数关系,考虑土体固结过程中压缩模量非线性增长和渗透系数非线性减小的特征,给出一种复合地基非线性固结解析解,并对复合地基的非线性固结性状进行了分析.分析结果表明:考虑非线性时按应力和按变形定义的2种固结度不相等,并且按变形定义的固结度一般大于按应力定义的固结度;当压缩指数小于渗透指数时,不考虑土体的非线性特征会低估地基的固结度;而当压缩指数大于渗透指数时,不考虑土体的非线性则会高估地基的固结度.对于按应力定义的固结度来说,当压缩指数小于渗透指数时,随着附加应力的增大,地基固结速度加快,而当压缩指数大于渗透指数时,附加应力增大,地基固结减慢;对于按变形定义的固结度而言,不论压缩指数大于还是小于渗透指数,复合地基固结速度总是随着附加应力增大而加快.(5) 在竖向变形相等的条件下,给出能考虑桩体和土体在固结过程中发生侧向变形的复合地基固结解析解,并对该解和不考虑桩、土侧向变形的现有解答进行比较.结果表明:考虑桩体的侧向变形会降低地基的固结速率.最后分析桩体和土体的变形模量和泊松比对地基固结的影响以及桩-土应力比随时间的发展规律,结果表明:桩、土的泊松比越小,地基固结越快;桩、土的弹性模量之比越大,变形模量之比越大,则复合地基固结越快;考虑桩、土的侧向变形后,复合地基的桩-土应力比虽然随固结逐渐增大,但与现有理论预测的不同,该应力比不会增长到桩-土模量比的值.     

地震荷载下水泥土循环剪切特性研究

基于地震荷载下水泥土桩复合地基的破坏机制,采用GDS动单剪仪对水泥土进行动力循环剪切试验,研究水泥掺入比与循环应力比对水泥土动变形、动强度以及软化特性的影响。试验结果表明:水泥掺入比的增加会减缓水泥土动剪应变的发展而动强度则逐渐增强,但循环应力比反之;水泥掺入比为5%,10%,15%的水泥土临界循环应力比分别为0.267,0.286,0.327。通过采用转折应变作为水泥土破坏的标准和数据归一化处理方法,建立了循环应力比和破坏振次的模型。循环荷载作用下,随着循环应力比与循环振次的增大,水泥土的软化指数将减小,半对数模型能够较准确描述水泥土的软化特性。     

基于二维弹性变形的碎石桩复合地基固结分析

首先对超静孔压影响下的复合地基二维弹性变形性状进行分析,给出复合地基土体和桩体的体积应变、应力及位移等的解析表达式;然后,基于二维变形分析的结果,给出考虑外部荷载瞬时施加、土体内径竖向组合渗流以及扰动区土体水平向渗透系数3种变化模式的复合地基固结解;最后,对二维变形条件下的复合地基固结性状进行分析。分析结果表明:(1)考虑二维变形特性的复合地基固结解给出的固结度小于同等条件下只考虑一维变形的复合地基固结解答给出的固结度;(2)本文解给出的复合地基桩-土应力比随着地基固结逐渐增大,但和以往一维变形解预测结果不同的是,其值增大到一定程度即停止增长,并不会增大到桩-土压缩模量比之值;(3)跟传统一维变形解不同,本文考虑二维变形的复合地基固结解给出的桩-土应力比在初始时刻并不等于0。     

粉喷桩单桩复合地基承载及变形特性的数值分析

采用有限元法对粉喷桩单桩复合地基进行数值试验。对在整个加荷过程中单桩荷载传递特性、变形特性和该复合地基桩土应力比的变化规律进行了分析,同时分析了桩体及褥垫层的变形模量对桩土应力比和桩土变形特性的影响。     

三维复合模型及其在散体桩复合地基分析中的应用

在假定复合地基桩土问竖向和切向变形协调以及应力平衡的基础上，用有效应力分析法建立了三维复合有限元模型。并令复合有限元模型的平均固结度等于单桩轴对称复合地基的平均固结度，从而反算出其在线性加荷情况下的渗透系数，把得到的渗透系数代入三维复合有限元模型中就可用于固结变形分析。算例分析表明，无论复合地基中的桩体是否打穿软土层，该方法都具有较好的计算精度，该方法较适用于对散体桩复合地基的固结分析。     

小型桩基竖向循环加载模型试验系统研制与应用

介绍了一种小型桩基竖向循环加载模型试验系统,包括加载系统、压力室、起吊装置、模型桩、数据采集系统。该系统通过伺服电机驱动联轴器带动滚柱丝杠转动,进而带动加载板对模型桩施加竖向位移荷载;通过水压加载法对土样进行围压加载,模拟不同深度土层的应力状态及固结情况。可针对不同固结状态的地基土和多种桩基型式,开展不同荷载组合下桩基竖向循环加载模型试验研究,适用于饱和软土、一般黏性土、粉土、砂土等均质或非均质地基。应用该设备进行了单桩竖向循环加载模型试验,并与数值模拟进行对比。研究结果表明,动荷载幅值、地基土固结压力对桩基承载力特性影响很大;动荷载幅值较小时,桩基承载力几乎没有弱化;地基土固结压力升高时,桩基承载力提高显著,桩基承载力弱化速度减慢;随着振次及振幅的增加,桩顶轴力逐渐弱化至残余值;位移循环荷载作用下,桩周土的弱化导致桩基产生了负摩阻力,进一步降低了桩基承载力。模型试验结果与数值模拟结果吻合较好。通过初步应用,证明了该试验系统弥补了常规1g小比例尺模型试验中低围压的不足,可以较好地反应出桩顶荷载和位移的非线性关系和承载力循环弱化现象。同时该系统输出荷载波形精确,量测系统灵敏度高、稳定性好,可用于多工况下桩基的竖向循环加载特性研究。     

路堤下等应变复合地基的固结分析

 路堤下等应变复合地基固结沉降时,桩间土承担的荷载向桩体转移,桩土总应力不断变化,超静孔压增减量不等于有效应力增减量。考虑桩土总应力的变化、竖向排水体的压缩和孔隙水压力、桩体的排水性能、桩与排水体的距离等对复合地基的固结产生的影响。推导考虑桩体排水性能、桩土荷载转移、排水体压缩性和井阻的路堤下复合地基孔压、固结度、桩土应力比的解析解。固结分析表明,不透水桩可以加速地基固结,透水桩可能减缓固结,复合地基固结的快慢受桩身固结系数影响很大,高固结系数桩复合地基固结度大于小固结系数桩复合地基。     

变附加应力条件下考虑桩体二维井阻作用的复合地基固结解析理论研究

 通过在现有解的形式基础上增加一个二次多项式,提出一种新的复合地基固结解的形式及解答方法,推导得到地基附加应力既随时间变化也随深度变化条件下考虑桩体竖向及径向二维井阻作用的散体材料桩复合地基固结解析解,通过退化、与已有解的比较等方法对解进行分析验证。结果表明,现有的瞬时荷载下考虑桩体径竖向渗流的解、考虑桩体竖向渗流与变形协调的解、太沙基一维固结解等都是本文解的特例,这说明本文解的正确合理性。地基加载历时越长,固结越慢;地基底部附加应力越小,固结越快;考虑桩体径竖向二维井阻时地基固结比只考虑竖向井阻时慢,桩径比越小,桩体渗透系数越小,两者的差异越大。本文解的表达形式及解答方法,为复合地基固结度的求解提供一种新的思路,发展和完善了现有的复合地基固结理论。     

In-situ horizontal cyclic loading tests on composite foundation composed of soilbags and piles

The authors have been developing a new composite foundation composed of piles and soilbags. The foundation is characterized by the laying of soilbags between the pile heads and the footing on which a superstructure stands. The expected effect of the foundation is to cut off the fixed connection between the piles and the footing in order to reduce the bending moment of the piles and the response acceleration of the structure. In this study, in-situ horizontal cyclic loading tests were conducted on the proposed composite foundation with two piles to investigate the seismic response characteristics of the foundation at real scale. It was found from the tests that the horizontal force reached its peak due to the uplift of the footing during horizontal loading, and that larger hysteresis damping was obtained than that of spread foundations due to the hysteresis effect in the shear deformation of the soilbags. As for the sectional force of the piles and the vertical stress inside the soilbags, it was found that the axial force and bending moment of the piles concentrated on the pile on the front side in the loading direction, and that the vertical stresses inside the soilbags concentrated just above the pile head on the front side in the loading direction. Although residual horizontal displacement and settlement occurred due to the cyclic load, little damage to the soilbags was observed.     

水泥土搅拌桩复合地基承载特性的试验研究

完成了一组水泥土搅拌桩4桩复合地基载荷试验及桩顶应力、桩间土反力的原位测试。试验结果表 明,复合地基承载力高于单桩承载力;桩体屈服前,复合地基桩土应力比、桩土分担荷载比、应力集中系数、桩 间土承载力折减系数随外加荷载的增加而增加;应力减少系数随外荷载的增加而减小。     

长期循环荷载下珊瑚砂累积变形特性试验研究

对取自南海的珊瑚砂进行等向和K_0固结的三轴排水剪切试验,发现固结路径对珊瑚砂的剪切行为有显著影响。在此基础上,采用K_0固结条件,设计一系列不同围压和循环动应力比的长期排水循环加载三轴试验,研究得到珊瑚砂具有门槛颗粒破碎循环动应力比,安定性理论可用于解释不同动应力比长期循环加载下珊瑚砂的累积变形发展模式。基于静力和动力试验结果,引入相对偏应力水平,建立能反映初始固结状态和循环动应力比的珊瑚砂排水循环加载轴向残余累积应变显式计算模型,对预测循环荷载下珊瑚砂地基长期沉降有积极意义。     

地铁列车荷载作用下隧道周围土体的临界动应力比和动应变分析

通过南京地铁三山街站隧道周围淤泥质粉质粘土进行应力控制的循环三轴试验，研究了列车循环荷载作用下淤泥质粉质粘土的动应变发展情况，充分考虑了土体固结状态、固结比、轴向循环压力的大小及频率对动应变的影响．得到了淤泥质粉质粘土的临界动应力比和动应变随振动次数、加载频率和围压及固结状态而变化的规律，对地铁隧道的设计具有重要参考价值。     

水泥土长短桩复合地基承载特性的现场试验

为研究水泥土长短桩复合地基在深厚软土的加固效果和承载特性,对水泥土长短桩复合地基进行载荷试验,实测出长桩、短桩和桩间土顶面应力,并对采用水泥土长短桩方法对深厚软土进行处理时复合地基桩土应力比及其变化规律进行探讨。试验表明,水泥土长短桩复合地基的桩土应力比均表现为先增大,后减小,再趋于稳定的趋势,并在临界荷载pc前后,主次桩顺序发生变化。     

考虑桩体径竖向渗流的碎石桩复合地基固结解析解

提出一种新的复合地基固结度求解方法及表达形式,推导得到了考虑桩体及土体的径竖向渗流,上部荷载分级逐渐施加,扰动区渗透系数呈线性变化等因素的一个较全面的散体材料桩复合地基固结解析解。通过退化、与已有解的比较等方法对解进行了分析验证。结果表明,现有的单级荷载及瞬时荷载下考虑桩体径竖向渗流的解、考虑桩体竖向渗流与变形协调的解、太沙基一维固结解等都是解的特例,这说明了解的正确合理性,发展和完善了现有复合地基固结理论。不考虑桩体径向渗流会高估地基固结速度;地基加载过程越缓,地基固结越慢。提出的求解方法,为复合地基固结度的求解提供了一种新的思路。     

夯实水泥土楔形桩复合地基承载特性试验研究

 针对软土地基中的夯实水泥土桩复合地基,分别进行1组等截面桩和3组不同楔角楔形桩的9桩复合地基对比试验,研究4组复合地基在相同条件下的平均沉降和平均桩–土应力比随荷载变化的规律以及荷载传递规律。试验结果表明：夯实水泥土楔形桩能有效地调节桩–土沉降差和地基沉降,提高地基承载力;增大楔形桩的楔角能使桩体较早地发挥其承载性能,夯实水泥土楔形桩复合地基的平均桩–土应力比较夯实水泥土等截面桩复合地基的大;随侧壁倾角的增大,夯实水泥土楔形桩桩身轴力的衰减速率不断增大,随荷载传递深度不断减小,楔形桩的工作性状远优于等截面,且侧壁倾角越大,桩体的性状能得到较好地发挥。     

单向循环荷载下超固结软黏土的永久变形特性

为研究超固结饱和软黏土在单向循环荷载作用下的永久变形特性,采用GDS动三轴,对不同超固结度的温州饱和软黏土试样进行了一系列单向循环加载试验,分析了循环动应力水平以及超固结比对饱和软黏土永久轴向应变的影响。试验结果表明:在单向循环加载作用下,超固结饱和黏土存在循环动应力阈值,通过几何作图法综合确定温州饱和软黏土的循环动应力阈值为0.59~0.68,可作为软土路基沉降控制的标准。基于试验结果并结合指数模型,构建了可以综合考虑循环动应力水平、超固结比以及循环次数的饱和软黏土永久轴向应变显式计算模型,适合饱和软黏土地基在交通循环荷载下的累积变形分析。     

基于沉降控制的竖向下压循环荷载作用下的桩基设计方法

低幅值、大周次竖向循环荷载作用下桩基发生累积沉降及承载力弱化,影响到风机塔架、高速铁路路基等沉降敏感结构物的服役性能。首先总结了竖向循环荷载作用下桩基设计要求及若干设计关键问题。基于模型试验结果,分析了竖向循环荷载作用下的桩基承载力和累积沉降演化规律;定义了3种桩顶累积沉降发展模式及对应的循环荷载比和静荷载比组合,建立了桩基循环累积沉降分析图,提出了组合循环荷载作用下的桩基循环加载性状简化判定公式。提出了针对竖向循环荷载作用下桩基的设计方法及设计流程,并给出了设计实例。