砂土中静压桩沉桩过程试验研究与颗粒流模拟

采用室内模型试验及颗粒流数值模拟研究了密实砂中静压桩沉桩过程,对桩周土体宏细观力学响应进行了分析研究。通过模型试验对浅层土体、桩身周围、桩端处土体的不同位移模式进行了比较分析,揭示了桩周不同位置土体的变位规律,并将孔隙变化场与宏观位移场进行相互印证,发现桩端土体位移模式与压密区基本呈圆孔扩张。对桩体贯入过程中的动端阻力、动侧摩阻力的发展规律以及临界深度等问题作了揭示。以室内模型试验为基础,建立了静压桩沉桩颗粒流模型,将数值结果与试验结果对比分析,通过分析土体细观变化模式揭示沉桩过程中宏观响应的内在机理。研究成果对于进一步明确沉桩挤土效应内在机理和沉桩阻力的发展规律都具有意义。     

基于离散元理论的静压沉桩过程颗粒流数值模拟

 通过对二维颗粒流程序进行二次开发，对静压沉桩过程进行模拟。模拟结果揭示了桩端、桩周土体在桩土相互作用过程中各自所扮演的角色，从细观层面解释沉桩过程，将沉桩过程中桩体宏观力学行为表现与桩周土体受沉桩影响的细观结构变化联系起来，增进了对沉桩过程的深入理解和规律的揭示。主要结论如下：(1) 不同桩端形式桩周颗粒位移表现不同；(2) 端阻力随贯入过程均呈现似稳值现象；(3) 桩–土宏观响应与土体细观参数变化之间存在紧密联系；(4) 桩端接触面处颗粒以滚动为主，仅一小部分发生滑动；(5) 端阻力与桩尖角度有一定联系。     

等壁厚楔形管桩沉桩效应数值分析

为探讨等壁厚楔形管桩在静力沉桩过程中的沉桩效应,采用PFC~(2D)软件模拟等壁厚楔形管桩在粘性土中的静压沉桩,并对沉桩现象进行分析。得出以下结论,从横向观察所得,随着等壁厚楔形管桩沉桩深度的增加,桩周土表的径向位移随之增大,从纵向观察随着距土表深度的增加,等壁厚楔形管桩桩周土径向位移先增大后减小,最大径向位移出现的位置随着桩的下沉而逐渐向下移动。等壁厚楔形管桩的楔形侧壁对土体有一个法向作用力,增大了桩土间的相互作用,在沉桩过程中对靠近桩侧的土体具有向下"拖拽"的现象。等壁厚楔形管桩周围土体孔隙率逐渐减小,等壁厚楔形管桩周围土体孔隙率变化的范围逐渐增大。     

群桩沉桩挤土过程的FLAC分析

在单桩挤土过程模拟的基础上,运用有限差分程序FLAC对群桩沉桩过程进行模拟.分析群桩沉桩过程中不同桩径、桩距以及桩长对桩周土体的位移、应力与孔隙压力的影响.     

静压桩沉桩挤土效应现场监测及分析

静压桩沉桩过程中,会对周围土体产生挤压,形成土体水平位移,并产生超孔隙水压力,影响周围建筑物、构筑物的安全。通过结合工程实例,分析了沉桩过程中引起的深层土体水平位移和超孔隙水压力的变化规律,为类似工程提供参考。     

软土地基超大型密集群桩沉桩施工中的质量控制

在软土地基超大型密集群桩沉桩施工中，以合理的沉桩顺序，采取消散孔隙水压力和减缓土体挤压作用的措施，并通过对地下孔隙水压力、桩体位移及土体变化的监测，动态调整沉桩顺序和沉桩速率，较好地控制了桩体位移。     

基于透明土材料的沉桩过程土体三维变形模型试验研究

为了对沉桩过程中桩周土体内部的变形特性进行非插入式测量,利用正十二烷、十五号白油混合液和玻璃砂合成透明土,并在此基础上设计了沉桩模型试验系统；该系统包括激光器、线性发生器、CCD（charge-coupled device）相机、沉桩加载仪和计算机等。激光经线性发生器转化后将透明土样切分,形成土体内部颗粒切面,CCD相机连续拍摄沉桩过程中该切面的图像,并通过计算机中图像处理软件进行分析,得到该切面变形前后的变形位移场。通过与数值模型的对比分析,验证模型试验结果的可靠性。对多个切面变形前后的位移场进行分析,从而得到沉桩过程中土体变形的完整三维变形场。试验结果表明,试验条件下沉桩水平挤土位移影响范围为8R；与常规模型试验方法相比,方法实现了土体内部变形的三维测量,有助于了解土体在各种荷载条件下的变形机理。     

考虑施工方向影响的静压桩挤土效应观测与分析

通过对静压沉桩过程中桩周土体位移和超静孔压的观测,详细分析桩周土体位移和超静孔压的分布情况及随时间的变化规律。观测表明:已压入桩存在明显的遮幕作用,迎桩面的土体位移和超孔压均远大于背桩面;软硬交错的成层地基土可能产生上、下反方向的位移,使已压入桩发生反向挠曲,产生不利影响。因此静压桩施工必须重视施工方向和成层地基的影响。     

饱和软土地层静压沉桩阻力理论研究

基于空间滑动面(SMP)屈服准则改进的修正剑桥模型,考虑土体超固结比及土体强度的三维力学特性,在不排水条件下采用应力空间转换方法推导了圆孔扩张问题的弹塑性解答。在此基础上,根据饱和软土地层静压沉桩机理,考虑桩端阻力影响范围和土体分层情况,分别采用柱孔扩张和球孔扩张模拟桩身和桩端应力状态,得出了软土饱和地层静压沉桩阻力的计算方法。通过实测结果与理论计算值的对比,验证了计算方法的有效性,进而分析了沉桩阻力的影响因素。研究结果表明:由于采用的本构模型充分考虑了土体强度的三维力学特性,因而可以较准确地预测软土地层静压沉桩阻力;与桩端阻力相比,沉桩过程中桩侧阻力较小,软土地层静压沉桩阻力主要为桩端阻力,其影响范围取决于桩径和土体特性;桩径、土体超固结比对桩身阻力和桩端阻力影响显著,土体有效内摩擦角对沉桩阻力影响较小。     

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。     

管桩水泥土复合桩挤土效应现场试验

管桩水泥土复合桩是适用于软土地基的一种新型复合桩。为研究该复合桩施工过程挤土效应引起的桩周应力场随时间、空间的变化规律,结合工程实例,对其进行桩侧水平应力及孔隙水压力测试。试验结果表明:水泥粉喷桩施工过程中桩周土体应力场显著变化;粉喷桩施工造成桩周土体应力释放,有效减小了管桩静压沉桩挤土效应;管桩桩端到达测点高程时产生的超孔压最大,沉桩挤土竖向影响范围约为1.83~2.67倍沉桩深度;沉桩过程中超孔压比随距桩心距离的增加而近似呈线性规律减小,挤土产生超孔压的影响范围约为8倍管桩外径。     

砂土中静压挤土桩周压力的监测与研究

在城市中,传统锤击桩等动力沉桩产生了包括噪音、振动等环境问题。而静压桩由于其对环境影响比较小等特点得到了越来越广泛的应用。通过模型试验研究了静力压桩过程中桩周砂土的侧向土压力的发展规律。文章监测了整个沉桩过程中几组测点的土压力的发展,当桩尖向下刺入接近测点时,土压力急剧增长;当桩尖继续下沉到测点以下,测点处的土压力又急剧减小;当桩体尚未刺入到测点深度的时候,测点处的土压力就会提前达到峰值。由沉桩引起的侧向土压力最大值沿径向呈指数函数衰减,而随深度呈近似的线性增长。模型试验对比了不同沉桩速度所需的沉桩贯入力,发现沉桩速度越快,需要的沉桩贯入力越大。沉桩速度的快慢对桩周土体压力的产生没有明显影响。     

考虑时效性的静压桩荷载–沉降关系预测方法

考虑天然饱和黏土地层的原位力学特性,采用圆孔扩张模型考虑沉桩效应,结合太沙基一维径向固结理论推导了桩周土再固结过程中土体强度和剪切模量的解析解。在此基础上,根据桩基加载过程中桩侧土体的剪切变形特性,采用指数函数型荷载传递曲线分别建立了静压桩的桩侧和桩端荷载传递模型,提出了考虑时效性的静压桩荷载–沉降关系理论预测方法。通过现场试验对本文解答进行验证,研究了沉桩结束后静压桩荷载–沉降特性随时间的变化规律,分析了静压桩沉桩后不同历时的荷载传递特性。研究结果表明,沉桩结束后静压桩承载特性的变化主要是由于桩侧承载特性的提高;特定休止期后的静载试验结果与静压桩真实承载特性存在一定差异。因此,实际工程中应根据桩周土体力学特性的改变结合静载试验合理确定静压桩的承载特性。     

静压桩沉桩对既有桩桩周土影响的PIV试验研究

基于粒子图像测速(PIV)技术,用自行设计的静压桩自动沉桩模型试验系统,针对单桩和既有桩桩侧新桩沉桩过程中桩周土体的形变场进行一系列对比试验研究。在沉桩过程中用高速工业相机和Davis8.0采集软件连续拍摄观测面上的图像,同时用PIVview2C图像处理软件得到位移场云图。试验结果表明:(1)单桩、既有桩侧新桩的压桩力P与沉桩深度H的关系曲线具有相似的形态特征;既有桩桩侧(桩间距为2d和4d,d为桩径)新桩的P-H曲线比单桩的高;由于受既有桩体限制的影响较大,新桩(2d)的P-H曲线比新桩(4d)的更高些。(2)单桩和新桩(4d)沉桩时,总位移场在桩端两侧呈对称椭圆环形分布;剪切应变场沿桩两侧基本呈对称蝶型分布。而新桩(2d)沉桩时,总位移场和剪切应变场在桩端两侧不对称分布显著,沉桩左侧位移场影响范围较大。(3)单桩和新桩(4d)沉桩时,总位移场的横、竖向最大影响范围基本一致;而新桩(2d)沉桩时,由于受到已有桩体限制影响较大,导致总位移场的横、竖向最大影响范围有所减小。单桩和新桩(2d)沉桩时,剪切应变场的横、竖向最大影响范围基本一致;而新桩(4d)沉桩时,剪切应变场的横、竖向最大影响范围有所增加。研究成果对于进一步明确沉桩挤土效应内在机理和解决相关的岩土工程问题均具有重要的意义。     

沉桩施工对软粘土地基的扰动影响

就软粘土地基中桩基础施工对周边土体物理力学参数的影响问题进行了分析,对施工扰动后周围土体的应力状态和结构的变化以及土体的变形进行了研究,结果表明,软粘土地基沉桩过程中桩土挤压应力及所引起的桩周土体超孔隙水压力效应是非常显著的.根据弹塑性理论分析结果,给出了沉桩施工的影响范围及大小.根据一些典型资料,对沉桩过程中随孔隙水压力增长、承载力的下降及沉桩过后桩基础承载力随时间增长的变化过程进行了理论分析,为桩基础承载力的正确估算提供了依据.     

上海地区静压沉桩可行性分析方法

对静压法沉桩过程中沉桩阻力的计算方法进行了分析。讨论了静压沉桩的荷载特点,提出了预制桩在静压沉桩条件下的桩身竖向抗压承载力计算方法。结合工程实例对上海地区静压沉桩的可行性分析方法进行了探讨,供设计和有关工程技术人员参考。     

透水性混凝土桩施工中超孔隙水压力变化特性试验

为研究透水性混凝土桩施工中产生的超孔隙水压力的变化规律,通过在现场埋设孔隙水压力计的方法,监测并分析了振动沉管法单桩施工过程中及施工后桩周土体的超孔隙水压力随时间、径向距离及深度的变化,并根据监测结果分析了透水性混凝土桩单桩施工对桩周地基的影响。结果表明:对于高地下水位的粉性土地基,桩周土体的超孔隙水压力在沉管结束时达到最大值,之后消散速率较快,完全消散时间较短,且距桩越近,超孔隙水压力的上升与消散速率越快;超孔隙水压力在径向上与深度上大致呈现递减趋势,距桩越近,超孔隙水压力越大;地基土体的液化范围与加固范围的空间分布呈上大下小的漏斗形。提出的适用于透水性混凝土桩的施工工艺可为类似工程的设计与施工提供参考。     

大规模快速沉桩技术

介绍嘉兴发电厂二期工程沉桩工艺及沉桩过程中土体位移的控制方法。     

不同压实度下能量桩的热力学效应

能量桩是1种新型桩基埋管地源热泵技术,在传递上部荷载的同时获取地热能源;但是目前对于桩土之间的相互作用以及桩体的热力学效应却研究较少。基于模型试验方法,采用打夯法和砂雨法,对饱和砂土中不同压实度下的桩体热力学效应和承载特性进行对比研究。试验测得桩体和桩周土体温度变化、桩周土体水平压力变化、桩体应变应力以及桩顶位移。结果表明,加热时,桩周土体会有水平土压力的增大,桩体内部会有压应力的产生,桩顶会产生向上的位移,并且压实度越大,桩周水平土压力越大,桩体应力越大,桩顶位移变化越小。     

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.