均匀流中矩形排列圆柱桩群阻力测试研究

为解决港口码头工程中圆柱桩群的水流绕流阻力计算问题,以指导涉及圆柱桩群的物理模型试验和数值模拟计算等科研工作,在归纳总结已有的科学研究成果的基础上,通过先进的测力设备和较为科学的悬浮测力法,对有限深度均匀水流中圆柱群绕流进行了阻力测试研究。通过对测试数据的科学分析,得出了圆柱阻力系数CD与雷诺数Re的关系曲线及横向排列两圆柱的阻力特性规律和沿水流流向排列两圆柱前柱对后柱阻力的遮流影响规律,并继而归纳出较为准确的无迎流角矩形排列圆柱桩群阻力计算经验公式。     

群桩冲刷及抛石级配与厚度对防护效果的影响

水下群桩不可避免地发生局部冲刷而使桩基埋深减小,影响上部结构的安全,因此,群桩冲刷及其防护措施十分值得研究.通过实验室水槽试验和结果分析,研究了井字形排列群桩的间距与冲刷深度变化的关系,进而研究抛石颗粒的级配及抛石层厚度对冲刷防护效果的影响.研究发现,桩间净距的增大可使群桩局部冲刷深度减小,与桩间零净距相比,当达到临界...     

波流作用下环行桩群结构局部冲刷试验研究

环行桩群结构引起的局部冲刷会导致结构失稳,利用系列模型延伸法开展波流作用下环形桩群局部冲刷物理模型试验研究,可以更加清楚地认识基础结构的冲刷规律。该物理模型中流态表明,波流共同作用时,在基础结构处形成"漩涡状圆环"褶皱,波浪绕过基础结构后,圆环向两侧发散,此形态是波浪绕射的结果。物理模型局部冲刷试验表明环形桩群冲刷形态主要有4种,分别为基桩前部冲刷、环形桩群基桩两侧绕流冲刷、环形桩群基桩个体冲刷和环形桩群基桩尾流冲刷,基桩个体冲刷叠加在群桩冲刷基础之上,冲刷形态与环形桩群结构及动力特征一致。极端高潮位条件下,最大冲刷深度为8.42 m,冲刷深度-3.00 m(深度从床面向下)以上范围横向、纵向均为40.00 m左右,即沿高桩承台中心约20.00 m半径范围。物理模型试验较好地体现了环形桩群波流冲刷特征。     

丁坝冲刷及整流桩防护措施研究

通过丁坝局部模型试验，进一步研究了丁坝冲刷机理。在此基础上，针对丁坝防护问题，提出了在丁坝坝体布议整流桩这样一种新型的防护措施。相应的模型试验结果表明，整流桩可有效改善丁坝坝头局部水流结构，进而使丁坝坝头冲刷坑深度减小，最大冲刷部位发生偏离，有利于丁坝的稳定。     

黄河下游在役桥梁群桩基础冲刷特性

为了探明黄河下游在役桥梁群桩基础的冲刷特性,对郑州刘江黄河公路大桥群桩基础进行了冲刷深度测试。测试结果表明:黄河河道展宽作用使得黄河水流对桥梁群桩基础的冲刷主要表现在侧向冲蚀,而非河道处为垂直向下冲刷,导致跨黄河桥梁群桩基础局部冲刷坑最大深度位置并没有全部出现在群桩迎水侧前方,而是部分出现在顺水流方向的侧面;黄河水流对跨黄河桥梁群桩基础冲刷作用最强烈的位置并不是主河道水深最深或水流流量最大的位置,而是在主河道两侧的位置;一般情况下,在顺水流方向,跨黄河桥梁群桩基础迎水侧冲刷深度大于背水侧,迎水侧的冲刷坑坑壁坡度较背水侧陡;群桩基础冲刷坑边缘大多数在距承台2.25倍桩径处;河道转弯对河床冲刷的影响较大,转弯外侧的河床冲刷更为严重,建议在设计中适当增大河道转弯外侧桩基的最大设计冲刷深度。     

有限深度均匀水流中桩柱阻力测试研究

为解决实际工程中桩基码头与桥墩的水流绕流阻力计算问题,在归纳总结已有研究成果的基础上,采用自制的测力设备对有限深度均匀水流中桩柱阻力进行了测试研究。结果表明:方桩的横向阻力影响程度较圆柱严重,流态的不同导致不同的桩柱绕流阻力特性。     

大桥复合桥墩局部冲刷深度的计算分析

桥墩的冲刷毁坏是桥梁失事的重要原因。为保证桥梁安全,需要准确评价桥墩冲刷深度。本文结合某跨海大桥,使用较为可靠的HEC-18公式对其复合桥墩的局部冲刷深度进行研究。计算结果表明,该大桥最大的可能局部冲刷深度发生在主桥主墩,复合桥墩中群桩部分造成的冲刷深度为桥墩冲刷的主要部分,且随流速增大,其在总冲刷深度中所占比例也增大,总冲刷深度对承台吃水深度变化不敏感。进一步分析表明,复合桥墩的冲刷深度随水流斜交角的变化规律与简单桥墩有较明显区别,关系更为复杂。     

单向流作用下多桩承台式基础局部冲刷数值模拟研究

该文在清水条件下，对海上风电多桩承台式基础的局部冲刷进行了数值研究。结果表明，冲刷过程、深度和流场特征受到桩间距比(G/D=2.0～5.0,G为桩柱中心距，D为桩柱直径)的影响显著。不同G/D下，冲刷坑形态产生较大差异：当G/D=2时，冲刷特性与单桩局部冲刷特性较为相似；当G/D=3时，上游桩后尾涡脱落相互作用，产生顺流向涡结构，显著削弱了下游桩前马蹄涡强度，降低了冲刷速度。；当G/D=4和5时，上游桩后尾涡脱落作用于下游桩，加速下游桩周泥沙起动，在下游产生了更大的冲刷深度。此外，还讨论了不同G/D情况下的尾涡脱落模式及其与泥沙运输的相互作用。     

桩长对桩与桩相互作用影响的试验研究

为明确桩长对静压沉桩全过程中桩与桩之间相互作用产生影响的机理,通过室内模型试验,在中密实砂土中以2倍桩径为间距沉入双桩,研究了桩长对端阻力、卸除顶压后的桩周土压力以及双桩承载力特性的影响。结果表明:沉入过程中先沉桩和后沉桩的压入端阻力均随沉桩深度的增加而近似线性增大,当桩长(沉桩完成后沉入的总长度)为600 mm时,后沉桩仅比先沉桩的端阻力高0.2%左右,即此深度处2根桩的压桩端阻力基本达到极值;后压桩沉入前先沉桩的桩周土压力为后沉桩的90%左右,而后沉桩卸除顶压后先沉桩的桩周土压力总体为后沉桩的2~3倍,且随土压力盒埋深的增加而增大;相同深度桩周土压力均随桩长增大而降低;单桩试验时桩体极限承载力略高于先沉桩极限承载力2%~5%,提高的幅度随桩长增加而降低;不考虑桩间土作用双桩系统极限承载力约为单桩试验时极限承载力的2倍。研究成果对于进一步明确桩与桩相互作用机理和改善双桩承载力特性等均具有重要的工程意义。     

圆柱桩群绕流包络线张角测试研究

参照单柱绕流现象建立了桩群绕流包络线张角的概念,通过有限深度均匀流水槽试验研究了不同圆柱桩群对均匀水流绕流包络线张角大小的影响规律,并进行了对比分析。结果表明:随着圆柱桩群阻流率、排架密度、桩群长度、桩群迎流角的增大,均匀水流绕流圆柱桩群包络线张角增大;不同流速的水流应对圆柱桩群绕流的反应不一,流速越大反应越剧烈。     

局部冲刷对部分埋入单桩水平承载性状的影响

为分析局部冲刷对部分埋入桩水平承载性状的影响,利用有限元软件ABAQUS模拟水平荷载作用下部分埋入单桩的受力。根据实际工况建立了部分埋入水平受荷桩的三维有限元计算模型,并将计算结果与现场试验结果进行对比,验证了所建模型的正确性。然后,通过算例分析了冲刷角度、深度、桩直径、桩顶约束条件和桩自由段长度对部分埋入桩水平承载性状的影响。分析结果表明:局部冲刷深度比冲刷角度对部分埋入桩的水平承载性状影响更大,局部冲刷对直径较大的桩体承载能力影响也更大,自由段长度的增大减小了桩体水平承载力,因此,在研究冲刷对桩基水平承载性状的影响时,应结合桩顶约束条件综合考虑。     

格栅状搅拌桩复合地基静载试验数值模拟研究

目前关于格栅状搅拌桩复合地基工作性状的研究工作相对较少,对其变形机理不甚了解。在兴隆水利枢纽格栅状搅拌桩复合地基现场载荷试验成果的基础上,考虑桩-土之间的相互接触,建立考虑搅拌桩-土共同作用的三维有限元模型,数值模拟复合地基群桩现场试验的实际加载过程。通过对比口字型群桩试验与数值模拟的P-S曲线,验证了数值方法及参数取值的正确性;分析了桩身轴力、桩间土的竖向应力及桩侧摩阻力等变化规律,研究了桩体与土体的荷载分担过程关系,获得桩身轴力及摩阻力分布规律;根据竖向平衡方程,推导得到平均桩端阻力和侧阻力,研究可为工程设计提供参考。     

Experimental investigation of turbulent flows around high-rise structure foundations and implications on scour

Many studies have been undertaken to predict local scour around offshore high-rise structure foundations (HRSFs), which have been used in constructing the Donghai Wind Farm in China. However, there have been few works on the turbulent flow that drives the scour process. In this study, the characteristics of the turbulent flow fields around an HRSF were investigated using the particle image velocimetry technique. The mean flow, vorticity, and turbulence intensity were analyzed in detail. The relationship between the flow feature and scour development around an HRSF was elaborated. The results showed that the flow velocity increased to its maximum value near the third row of the pile group. The shear layer and wake vortices could not be fully developed downstream of the last row of the piles at small Reynolds numbers. The strong flow and turbulent fluctuation near the third piles explained the existence of a long-tail scour pattern starting from the HRSF shoulders and a trapezoidal deposition region directly downstream of HRSF. This laboratory experiment gains insight into the mechanism of the turbulent flow around HRSFs and provides a rare dataset for numerical model verifications.     

桩群局部冲淤特性试验研究

通过在宽长水槽中进行的不同排列桩群在不同流速、不同水深的单向恒定均匀流作用下的动床冲淤对比试验研究,经比较分析试验后水槽地形变化的数据资料发现：桩群局部冲淤非常复杂,桩群的存在极大地改变了原有的水沙运动状态,加剧了桩群所在底床泥沙的冲淤,桩群对其所在底床冲淤影响特性不能只用桩群阻力简单解释,而与桩柱排列形式关系最为密切,影响也最大;水流流速及水深的影响实际是通过桩群对流场的改变来实现的。     

上拔荷载对斜桩水平承载性状影响的试验研究

斜桩在承受水平荷载的同时,往往会受到上拔荷载的作用。为研究上拔荷载对斜桩水平承载性状的影响,开展了10根直、斜桩的室内模型试验,研究上拔荷载对斜桩桩顶水平位移和水平承载力的影响,对比了直桩与斜桩桩身弯矩和剪力的差异,并分析了上拔荷载对正、负斜桩桩身内力及桩侧摩阻力的影响规律。模型试验结果表明:上拔荷载从直桩水平极限承载力的12.5%增大到75%时,正斜桩水平承载力比增大21%,负斜桩水平承载力比减小25%。上拔荷载的存在会使正、负斜桩桩身轴力均增大,且上拔荷载越大,桩身轴力越大。上拔荷载能减小正斜桩桩身弯矩和剪力,使其抵抗弯矩和剪力的能力得到提高,而增大负斜桩桩身弯矩和剪力,使其抵抗弯矩和剪力的能力被削弱;不论正斜桩还是负斜桩,其上部区段桩身侧表面均出现了方向向上的摩阻力,而下部区段桩身侧表面均为方向向下的摩阻力,随着上拔荷载的增大,斜桩桩身侧摩阻力逐渐增大。     

竖向荷载下群桩承载特性的弹塑性分析

 分别采用Lade Duncan模型和刚 塑性薄单元模型模拟土体的弹塑性和桩土界面的相对运动 ,对竖向受荷群桩进行了三维弹塑性有限元分析。研究表明：大、小桩距群桩的承载性状有 明 显差异,大桩距群桩侧摩阻力存在"沉降软化"现象,不同于小桩距群桩的"沉降硬化";增 大桩距有利于调动台底土参与工作,提高承台分担比;随荷载增大,各桩荷载趋于均匀分布。     

湛江组结构性黏土中桩基竖向承载性状模型试验

利用原位模型试验研究湛江组结构性黏土中桩基在竖向荷载作用下的承载性状。选取材质和桩径相同、入土深度不同的6组模型桩,采用慢速维持荷载法,在湛江组结构性黏土中进行单桩原位竖向承载模型试验,得到了单桩荷载-沉降曲线、单桩轴力沿桩身分布曲线、单桩侧摩阻力沿入土深度分布曲线。结果表明:在竖向荷载作用下,湛江组结构性黏土中模型单桩荷载-沉降曲线均存在显著陡降,极限状态拐点明显,竖向极限承载力随着长径比的增加而增大;在相同荷载作用下,随着长径比的增加,桩顶沉降逐渐减小且减小趋势逐渐变缓,在较大荷载作用下超长桩荷载-沉降曲线中桩顶沉降的减小速率几乎为零,存在有效桩长;在同级桩顶荷载作用下,单桩桩端阻力占总桩顶荷载的比例随着长径比的增加而逐渐变小,由最大29.8%减小为0.8%;不同入土深度的单桩在极限荷载作用下的桩侧极限摩阻力变化不大,均稳定在40 k Pa左右。     

抗滑桩的极限阻力及其整体设计

从被动桩和土拱效应的概念出发，推导出计算任意桩型抗滑桩极限阻力的半经验半理论公式。运用由点到面、由面到空间的方式，将3道安全系数穿插于建模过程中，给出一种新的抗滑桩工程整体设计方法。将公式和方法应用于长江三峡库区的丰都县楠竹大型滑坡的抗滑桩工程设计，获得了良好的结果。