开口管桩土塞效应研究进展及展望

针对开口钢管桩在成桩过程中形成土塞的闭塞效应,回顾总结了影响土塞性状的因素、土塞的力学分析及评价和土塞机理及分析方法。目前,国内外对于土塞的研究多是针对土塞闭塞效应,从宏观的角度进行定性或半定量的研究,很少对开口管桩沉桩过程中土塞的形成和发展机理进行细观研究,尤其是对土塞机理的定量分析更是处于初级阶段。最后,基于先进的数码摄像可视化跟踪技术和数字信息计算机实时处理技术的应用,提出了土塞效应细观颗粒流(PFC)模拟方法,为开口管桩土塞效应研究提供了一种新思路。     

基于土塞效应的开口管桩挤土效应模拟计算

由于土塞效应的存在,开口预制桩的挤土效应不同于闭口桩,对其进行模拟计算具有现实的工程意义。将桩体的贯入过程模拟为一系列球孔的扩张,其中球孔的数量依据体积相等原则计算得出。模拟计算方法采用源汇法和源源法解答得出半无限体中一系列球孔扩张产生的应力场和位移场。同时,计算模型纳入了沉桩过程中桩侧摩阻力和土塞效应对解答的影响,并通过现场试验对模型计算的精确度进行评价。     

基于土塞效应的开口管桩挤土效应模拟计算

由于土塞效应的存在,开口预制桩的挤土效应不同于闭口桩,对其进行模拟计算具有现实的工程意义。将桩体的贯入过程模拟为一系列球孔的扩张,其中球孔的数量依据体积相等原则计算得出。模拟计算方法采用源汇法和源源法解答得出半无限体中一系列球孔扩张产生的应力场和位移场。同时,计算模型纳入了沉桩过程中桩侧摩阻力和土塞效应对解答的影响,并通过现场试验对模型计算的精确度进行评价。     

PHC管桩土塞效应浅析

引入太沙基(TerzaghiK)提出的地基破坏时形成三角楔体作用的理论,分析了开口管桩土塞的形成过程和作用机理,解释了开口桩土塞面高于原土层面的现象,并指出了以往在研究土塞时,引入土塞率研究土塞效应的不足之处。提出了桩径、管壁厚度与土塞效应的较为完整的相互作用的关系,为研究土塞对开口管桩的沉桩特征和承载力影响提供了新的思路和方法。     

浅析开口管桩及筒桩的“土塞效应”

土塞是开口管桩最显著的特征,由于存在土塞与桩管内壁的相互作用,使得开口管桩及筒桩的沉桩性状趋于复杂。为了评估在外部荷载下开口管桩及筒桩沉桩机理的力学性状,文章基于大量的国内外相关文献,从土塞的形成原理、作用机制及力学计算模型等出发,对管桩及筒桩的"土塞效应"进行了研究和讨论。     

红粘土地质开口管桩上浮特性的模型试验

针对红粘土上硬下软地层中开口管桩上浮问题,分别进行了三类不同桩径的开口管桩室内沉桩模型试验,研究单桩和群桩静压沉桩试验中上浮量变化规律和土塞效应对开口管桩上浮的影响。结果表明:单桩上浮量主要由静压沉桩引起的管桩弹性压缩经卸荷回弹产生的变形提供;群桩静压上浮与施工顺序、桩间距以及位置有关,先压入的管桩上浮量大于后压入的管桩上浮量,且先压入桩的上浮速度随着后压入桩的桩间距减小而增加;桩位对桩上浮的影响强度顺序由高到低依次是中心桩位、边桩位、角桩位;当开口管桩从硬塑层压入至可塑层一定深度后,由于土塞完全闭塞的影响,导致挤土效应增强,有别于闭口管桩静压至在软硬交界面处出现的短暂上浮量增长休止的状况,开口管桩群桩挤土上浮量表现出显著上升趋势。     

高速公路改扩建管桩土塞效应研究综述

对现有的土塞效应演化机理、土塞效应影响因素分析及基于土塞效应的桩基承载性能等土塞效应研究成果进行了全面的回顾、总结,提出了目前研究土塞效应亟需解决的重点问题,为进行相关研究与应用提供一定的参考。     

红黏土介电常数模型试验研究

土体介电常数模型反映体积含水率与介电常数的关系，通过探地雷达可快速、便捷、无损地获取土层的含水状况，建立合理、可靠的红黏土介电常数模型对土体含水状态预判、监测及其土壤水分运移研究具有重要的意义。以云南红黏土为例，综合考虑影响红黏土介电特性的关键物理因素(含水率、干密度、温度),通过重塑红黏土开展介电常数室内测试研究，模拟对比分析现有土体介电常数经验模型对红黏土含水量的预估精度，最终提出红黏土多变量介电常数经验模型。结果表明，红黏土相对介电常数随体积含水率、干密度和温度的增加呈现逐渐增大的趋势，已有模型对红黏土含水量预测结果存在较大误差；在考虑干密度影响的土体介电常数模型(Malicki模型、周建平模型)基础上，引入温度因素构建的红黏土介电常数模型对含水量的预估效果有明显提升，预估精度由高到低为：多变量模型、Zhao Yun模型、Malicki模型、周建平模型、Topp模型、廖红建模型、Herkelrath模型。该模型拟合精度较高，可为不同地区红黏土介电常数模型的构建提供参考，为区域工程性红黏土含水状态检测、监测及高效用水提供便捷途径。     

层状地基静压开口管桩的挤土效应研究

采用室内模型试验及PFC 2D离散元软件模拟了静压开口管桩沉桩过程,对桩周土体的挤土效应进行宏观、细观分析.通过模型试验,对在均质硬层和上硬下软两种地基中静压开口管桩过程中产生的位移场进行对比分析,获得了桩周不同位置土体的三种位移变化区域,分别为以斜向上位移为主的浅表层区域,以径向位移为主的桩侧区域和以斜向下位移为主的桩端侧向土体区域,揭示了桩周不同位置处土体位移在水平和深度方向的变化规律,特别是在软硬土层分界面处,土体在水平方向位移值达到最大,且沿深度方向的运动趋势更加明显.以模型试验为基础,建立了静压开口管桩沉桩颗粒流模型,进行数值模拟,并将数值模拟结果与试验结果进行对比分析,分析表明两者较为吻合.通过特征点位移路径分析了土体细观变化模式:均质硬层土颗粒运动轨迹呈现出"J"状,上硬下软双层地基土颗粒运动轨迹近似为"><"形.     

双壁开口管桩大尺度模型试验初探

开口管桩由于具有承载力高、质量可靠、施工方便等优点得到越来越广泛的应用。土塞的生成使得开口管桩沉桩阻力不同于闭口管桩,不仅包括桩外侧摩阻力、桩端阻力,桩内侧摩阻力亦是其重要组成部分,不同桩靴形式对桩体贯入影响较大。从试验方法、试验方案、试验结果 3个方面阐述了国内外现状,针对目前研究中的不足,设计了可区分端承阻力、土塞阻力、外侧摩阻力,以及不同桩靴形式的双壁开口模型桩,比较了不同桩靴对土塞内、外侧摩阻力的影响。     

PHC管桩土塞效应影响的数值模拟

通过三维数值分析软件FLAC3D分别模拟了PHC管桩的开口桩以及闭口桩的单桩竖向抗压承载力,分析了土塞效应对PHC管桩竖向抗压承载力的影响因素,进而得出了一些有益的结论。     

软黏土与粉土互层中开口预应力混凝土管桩性状研究

对软黏土与粉土互层中静压预应力混凝土管桩的相关性状进行了现场试验研究。试验结果显示,桩周土体中不同深度处的超孔隙水压力在沉桩过程中呈现不同的变化规律。回归分析得出两个不同深度处的对数表达式,用以描述最大超孔隙水压力与初始竖向有效应力的比值随距离参数的变化规律。测斜试验结果说明,群桩施工过程中土体最大水平位移发生在渗透性相对较差的淤泥质黏土层中。单桩沉桩过程中,地面的隆起量随沉桩深度不断增加,但主要的隆起量发生在桩体位于浅层时。贯入过程中,开口管桩的管壁端阻与静力触探锥尖阻力显示出极为相似的变化规律,且两者之间的比值不随贯入深度和土塞高度的变化而改变。上硬下软的土层分布易形成闭塞现象,而上软下硬的情况则易导致土塞的滑动。分析认为开口管桩直径越大管壁越薄,形成的土塞高度则越大。     

土塞效应对管桩纵向动力特性的影响研究

基于附加质量法,研究考虑土塞效应时成层地基中管桩的纵向振动问题。首先,根据桩侧土、桩端土的成层性,将桩土系统沿纵向划分为有限个微元段,并采用虚土桩法和附加质量法建立了桩土系统的纵向振动控制方程。然后,运用Laplace变换技术和阻抗函数递推法,推导得到了考虑土塞效应时管桩纵向振动的桩顶速度频域响应解析解和半正弦脉冲激振力作用下相应的桩顶速度时域响应半解析解。最后,分析了附加质量法中Voigt模型参数的敏感性区间,讨论了土塞效应对管桩纵向动力特性的影响规律,并通过模型试验验证了所提理论解的合理性。结果表明：①当附加质量法中的Voigt模型参数逐渐增大时,土塞与管桩之间的相互影响将逐渐增强;②在桩顶速度时域响应曲线上,土塞顶部界面位置处会出现类似扩颈桩段的反向反射信号;③由于土塞的存在,填充土塞桩段的综合波速会小于管桩材料的一维弹性纵波波速,且土塞高度越高,填充土塞桩段的综合波速越小。     

考虑土塞效应的PHC管桩挤土径向位移计算方法研究

为分析PHC管桩沉桩过程中土塞效应对挤土径向位移的影响,首先从土塞的形成过程和作用机理出发,建立了土塞单元体的受力平衡方程,得出了垂直向总荷载的表达式;其次,将土塞视为"桩中桩",基于Gibson提出的不排水条件下黏性土桩端极限承载力模型,得出"桩中桩"桩端极限承载力的表达式,从而导得PHC管桩在沉桩过程中土塞高度的表达式;再次,应用圆柱孔扩张理论对PHC管桩桩周土体进行弹塑性分析,获得塑性区半径、土体径向位移等解析表达式;最后,将理论计算结果与工程实例进行对比分析,并进一步分析了径厚比、刚度比对静压PHC管桩桩周土体径向位移的影响,验证了所提出的解析表达式的合理性。所提出的解析表达式对PHC管桩沉桩过程中挤土径向位移的计算具有一定的参考价值。     

大直径PHC管桩土塞效应的有限元分析

为了研究土塞效应对大直径PHC管桩的影响,通过建立开口桩和闭口桩的桩土有限元模型,在充分考虑桩土接触的情况下,对管桩进行竖向加载,得出了在不同荷载下桩土作用的荷载传递规律、土塞的受力特性,对大直径PHC管桩土塞效应的作用机理研究有较好的参考价值。     

基于土塞效应的PHC管桩承载力实用计算方法研究

PHC管桩在沉桩过程中存在土塞作用,其受力机理比闭口管桩更加复杂。采用勘察报告给出的参数根据现行规范中的经验公式及修正公式计算单桩极限承载力,其值往往与载荷试验的结果相差很大。根据宁波某一高层建筑PHC管桩的设计和桩基检测结果,对单桩极限承载力计算公式的取值进行分析,考虑土塞的闭塞效应对端阻的增强效果及计算内壁摩阻力时土塞的有效高度对承载力的影响,对公式中的侧阻力及端阻力进行修正,所得到的承载力计算值与试桩结果较为吻合。通过研究,建立了基于土塞效应下根据静力触探指标计算PHC管桩承载力的修正公式。     

土塞效应对管桩低应变测试视波速的影响研究

首先,基于附加质量模型建立了考虑环向波动效应的管桩纵向振动频域解析解,然后利用傅里叶逆变换得到半正弦脉冲激振力作用下时域响应半解析解,最后,基于建立的理论模型,研究了土塞效应对管桩视波速的影响,为管桩的低应变无损检测提供更加精确的管桩测试波速计算理论。本文解的理论反演曲线分别与现有理论解的反演曲线、模型试验和现场试验测试曲线进行了比较,验证了本文解的合理性和计算精度。分析表明:土塞效应对管桩视波速的衰减作用随着管桩壁厚和纵波波速的减小而增强;土塞的存在会导致桩端反射信号幅值到达时间随着桩顶接收角度的变化而变化;土塞效应会增大桩端反射信号的宽度。     

静压开口管桩沉桩过程模型试验及数值模拟

利用侧面透明的模型箱和铝管半模桩模拟开口管桩在砂土中的沉桩过程.利用高分辨率数码摄录设备观察土塞形成的3个阶段,分析土塞形成的力学机制.在模型试验基础上,通过二次开发颗粒流程序PFC2D对沉桩全过程进行离散元数值模拟.结果表明,PFC2D能够模拟开口管桩从开始刺入砂土到形成土塞并最终呈现闭口管桩性态的整个过程;通过定性研究开口管桩在沉桩过程中土塞的形成演化规律、桩土接触面、土颗粒细观组构变化以及砂土颗粒运动规律等,从细观尺度出发探讨开口管桩沉桩过程中砂土的变形机制和土塞的形成机制.     

PHC管桩挤土效应与时间效应研究

通过理论分析和现场测试,对PHC管桩的挤土效应和时间效应进行了研究,利用小孔扩张理论对PHC管桩挤土效应与其内外径比关系进行了分析,并利用静载试验和最终压桩力的关系,得到该试验场地PHC管桩桩基承载力的拟合曲线.     

基于透明土的管桩贯入特性模型试验研究

由于受土塞效应等因素影响,开口管桩和闭口管桩在贯入过程中的挤土效应存在明显的差异;然而针对该两者贯入特性的研究相对较少。基于透明土和PIV（Particle Image Velocimetry）技术,开发了相应的桩基贯入模型试验系统,用于桩基贯入过程中桩周土体变形的非插入式测量。试验选用的透明土由玻璃砂和具有相同折射率的孔隙液体制成。该试验系统主要包括：线性激光光源、CCD（Charge-Coupled Device）相机、自动沉桩加载仪和计算机控制系统等。激光射入透明土,和透明土之间的相互作用产生了独特的散斑场,通过CCD相机摄取贯入过程中各个时刻散斑场变形的图片,然后通过PIV技术对这些变形前后的图片进行处理,即可得到整个土体位移场。分别进行了开口管桩和闭口管桩的桩基贯入试验,得到了对应的土体位移场,并对桩基贯入引起的桩周土体径向位移试验结果与圆孔扩张法、应变路径法等理论计算结果进行对比分析;研究结果表明,对于闭口管桩,由于竖向位移的影响,试验值比圆孔扩张法结果小,其与应变路径法更为接近;对于开口管桩,由于沉桩过程中土塞作用,试验值比圆孔扩张法大,其影响不可忽略。