干砂盾构开挖面稳定性模型试验研究

盾构技术在地下空间开发中得到广泛应用,保持开挖面稳定性是盾构施工的关键,但这方面的大尺寸模型试验研究一直很少。利用直径1 m的盾构模型,研究了干砂地层中不同埋深比(C/D=0.5,1.0,2.0)下盾构开挖面稳定性问题。试验中分析了埋深比对开挖面极限支护力及地表沉降的影响,揭示了开挖面稳定性与极限支护力及地表沉降的关系,提出同时监测控制开挖面土舱压力及地表沉降的重要性,并给出关键控制键参数。对确定开挖面极限支护压力有重要的指导意义。     

高桩基础水平静载和撞击模型试验研究

开展了水平静力和撞击荷载作用下高桩基础的 1<>g 大比例模型试验研究,测试获得了桩顶水平静动力作用力、桩身水平静力变形、桩身水平振动响应、桩身静动力弯矩及桩侧静动力土压力等。发现由实测桩身静力弯矩推算的桩周土反力规律与实测静态桩周土压力规律较为一致;水平撞击荷载作用下,动态桩周土反力与撞击力时程曲线密切相关。结合弹性地基梁线弹性动力模型及静动力 <> p – <> y 曲线模型的分析揭示了桩土静动力相互作用机理及其对桩基内力和变形的影响规律。综合比较了上述分析模型的理论计算结果及试验实测结果,推荐采用复合刚度动力 <> p – <> y 曲线模型分析水平撞击荷载作用下的高桩基础,其分析结果与实测桩身振动响应和内力均吻合良好。最后采用该模型对现场防撞桩进行了防撞分析。     

室内TDR试验监测石灰矿渣加固粘性土的物理化学反应过程(英文)

石灰矿渣和水泥矿渣常用于加固道路基层的粘性土。目前现场一般采用未加固土的最大干密度和最优含水率来评价加固土的压实施工质量。但是粘性土掺加了石灰后,发生了复杂的物理化学反应,使得其压实特性与未加固土有很大的不同。采用时域反射计监测石灰加固土内的物理化学反应过程。试验时将不同石灰矿渣掺和量和含水率的Orchard粘土通过标准击实试验夯实于击实筒中,用TDR监测其中的物理化学反应,针式贯入仪监测强度的增长。试验发现,电导率和介电常数的变化反应了土中的离子交换和硬化反应的过程。初始电导率(1d之内)的减小揭示了石灰矿渣的掺和量的大小,而长期电导率的减小揭示了强度的增长。试验表明,时域反射计技术可用于评价石灰加固土的施工质量。     

加鳍桩抗扭性能及在推扭受荷群桩中应用

加鳍桩是一种通过在桩身设置侧鳍片或在桩端设置尾鳍片以提高单桩抗扭能力的新型桩形式。圆截面单桩通过桩–土界面摩阻力提供扭转反力,单桩承载力一般较低。加鳍桩通过鳍片挤压土体,从而提升单桩扭转承载力。大尺度模型试验结果表明,桩身增加鳍片使单桩扭转曲线由陡降型变为缓变型,其抗扭刚度和承载力均有显著提高,在3.6°扭转角时扭转反力提高4.7倍。采用数值方法分析加鳍桩在水平偏心加载1×2群桩中的应用效果,分析表明,加鳍桩通过显著减小群桩扭转变形降低了两基桩间内力差异,明显降低群桩中基桩的最大剪力和弯矩,降幅分别达30%和79%,有效提高群桩抵御偏心加载能力。     

饱和及非饱和粉土中扩底桩极限上拔承载力大尺寸模型试验研究

 通过采用大比例尺模型对饱和度为49%的非饱和粉土及饱和粉土中埋深比(桩埋深与扩底直径之比)为1,2,3和5的扩底桩进行试验研究,揭示饱和度、埋深比对扩底桩极限上拔承载力及其破坏模式的影响。试验结果表明：土体饱和度从49%增加至100%,扩底桩的极限上拔承载力降低至原来的30%～50%;扩底桩埋深比从1增加至5,非饱和及饱和土中桩的极限上拔承载力分别增加8和12倍;扩底桩的上拔破坏模式随埋深增大由桩周土体倒圆锥台形破坏变为扩底圆周土体局部破坏。     

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。     

水平及扭转荷载作用下群桩基础受力分析方法

江河与海上的大型结构在船舶撞击、风浪等作用下,其桩基础往往会受到水平及扭转荷载共同作用,极易造成基础倾斜倒塌。针对水平和扭转共同受荷下群桩基础,建立了由刚性承台-弹性梁-土非线性弹簧组成的群桩计算模型。通过水平p-y曲线法、竖向荷载传递法、扭转τ-θ曲线法,计算单桩非线性刚度;群桩各基桩间相互作用和基桩各自由度耦合,通过考虑p乘子和运用考虑推力弯矩影响的基桩受扭计算模型体现。结合牛顿迭代法,对计算模型进行求解,并与大尺寸物理模型试验结果进行了对比。通过参数分析表明在水平和扭转荷载共同作用下,群桩中各基桩桩头剪力分配不均性十分显著;并获得不同承台高度时群桩中基桩轴力变化规律,为复杂荷载下群桩设计提供依据。     

泥水盾构泥膜渗透性及其对开挖面稳定性影响

泥膜是维持泥水盾构开挖面稳定的关键因素。通过渗透柱试验研究了加压泥浆向砂土渗透、并在砂土表面形成泥膜的行为,获得了泥膜渗透性与时间的关系。结果显示泥水盾构在开挖时,由于刀盘不断切削泥膜,开挖面上只能形成微透水的泥膜;当拼装管片时,刀盘停止转动,开挖面上则会形成难透水的泥膜。建立了在开挖面上设置微透水的泥膜的二维数值模型,通过瞬态渗流分析获得土体孔压的最大值。根据地层孔压计算了失稳区域内的渗透力,获得了不同泥浆压力下在泥膜表面和地层中的分配比例。当有效泥浆压力越大,孔压在泥膜和失稳区以外地层的下降幅度就越大,对维持开挖面稳定的贡献越小。基于极限平衡法,提出了泥水盾构开挖面极限泥浆压力的计算方法,结果显示目前工程中采用的方法高估了开挖面极限泥浆压力。     

加筋土结构中筋材抗拉强度的取值方法研究

目前加筋土结构设计中筋材的抗拉强度都是根据室内标准无约束拉伸试验而得到的,不能反映筋材与土存在相互作用下的真实力学特性。采用土工格栅进行了一系列模拟加筋土实际受力状态的侧限约束拉伸试验和蠕变试验,结果表明,常规无约束条件下获得的格栅抗拉强度与实际情况相差很大,不同类型土工格栅在砂土侧限约束下的拉伸强度和延伸率变化规律与上覆荷载及拉伸速率有关,但割线模量都比无约束情况下有显著增大;侧限约束下格栅的蠕变量明显降低。因此,在加筋土结构设计中,筋材的抗拉强度指标宜采用符合工程实际受力状态的侧限约束拉伸试验强度值。另外,以无约束试验得到的筋材蠕变安全系数过于保守,侧限约束下筋材的蠕变临界应力水平有所提高。     

群桩地基中应力及变形规律数值分析

采用基于有限元法的“数值分析试验” ,研究了桩基的荷载传递规律 ,分析了单桩和群桩基础中地基的应力场和变形场的分布 ,为深入了解群桩的荷载传递特性及变形特性提供依据