基于数字图像技术的静压桩周土体位移规律分析

为了研究沉桩对周围土体的挤压效应, 采用半模型桩试验结合数字图像相关(digital image correlation, DIC)技术获取土体位移场, 并用微型压力单元测量水平土体应力. 首先, 对不同位置土颗粒在压桩过程中的累计位移进行全过程分析; 然后, 在压桩停止之后对桩周土体的最终位移情况进行了记录和分析; 最后, 通过设置局部摄像头, 在桩土界面上观察剪切扰动区的厚度. 结果表明: 在桩体移动过程中土体各点的累计位移随着沉桩深度的增加逐渐达到稳定状态, 距离桩体较近测点的位移稳定值总比较远的大; 土体水平位移最大值约在 $16R$ ($R$ 为沉桩半径)深度处, 竖向位移最终方向因深度的不同而有所变化. 对比侧向土应力的发展与水平位移、垂直位移发现, 二者在压桩过程中变化规律的关联性较为密切, 实现了力与位移的统一. 研究成果对进一步揭示沉桩挤土效应内在机理和桩-土间作用机理提供参考.     

复合地基桩间土承载力的发挥度

为了解决复合地基形成条件问题,探讨复合地基桩间土体承载力的发挥程度,通过试验室模型试验,测定了复合地基桩间土反力变化和桩土载荷分担比以及载荷-沉降曲线.试验表明,竖向增强体用于处理高承载力地基时,由于桩土模量比较大,致使桩土应力比较高,桩间土承载力发挥较低,不能形成复合地基.同时,论文针对工程上常用的4种形式竖向增强体复合地基进行了分析,认为形成复合地基是有条件的,桩与基础分离不是形成复合地基的必要条件,不设置褥垫层不能形成复合地基.桩间土承载力发挥度是评价复合地基的主要依据,充分认识复合地基的形成条件可为复合地基计算方法选用的提供理论依据.     

振动沉管施工素砼桩挤土效应研究

素砼桩复合地基是高速公路软土地基处理的常用方法;当其采用振动沉管法施工时,会有明显的挤土效应。通过广东省某高速试验段原位试验,对较小桩间距下不同施工方案桩体及土体在不同深度的水平位移量进行了测试和分析。结果表明:在素砼桩桩间距为1.2 m时,连续振动沉管施工成桩质量较差,不宜采用;而采用隔桩跳打施工时,桩体沿纵深方向不同深度水平位移量较小,桩体倾斜度满足设计要求;另外补桩施工时,周围桩体不同深度水平位移量明显小于土体位移量,桩身位移变化小,成桩质量良好。     

成层地基中静压单桩挤土效应试验

采用室内模型试验研究了成层地基中静压桩沉桩过程,对模型桩整个沉桩过程中的挤土效应进行了分析研究。通过模型试验对在均质不同软硬地基中静力压入单桩过程产生的位移场进行了比较分析,获得了浅层土体、桩身周围、桩端处土体不同的位移变化模式,并揭示了桩周不同位置特别是软硬土层交界处土体位移随水平和深度方向的变化规律。试验结果表明,均质地基挤土位移的最大值与压桩深度存在滞后效应;对于成层地基,最大径向、竖向位移均出现在软硬土层交界面处,由于软硬土层力学性质的差异,土体位移主要表现为,软层处位移变大,硬层处位移变小。试验获得的结果便于进一步明确静压桩沉桩过程中挤土效应的内在机理,对预估沉桩的施工影响和指导沉桩设计都具有现实意义。     

室内静压沉桩试验桩周土体全过程位移场分析

采用室内半桩模型试验研究了砂土中静压桩沉桩过程,基于DIC(digital image correlation)技术对桩周土体位移发展与相应土压力变化律进行了分析研究.试验采用无标识点方法对桩周土体累计竖向位移发展规律进行了全过程分析,并拟合出了桩周土体位移轨迹,揭示了桩周不同位置土体的运动规律.通过对桩周土体竖向位移与相应位置土压力变化进行联合分析,从土体变形的角度对土压力变化机理进行了解释与证明,实现了力与位移关系的统一.最后对沉桩速度对桩周土体位移的影响进行研究.研究成果对于进一步明确沉桩挤土效应内在机理和桩周土体压力的发展规律提供参考.     

碎石桩复合地基桩土应力比的时效分析

对碎石桩复合地基的时效特性进行研究,根据桩体及桩间土体应力随时间的变化规律,考虑碎石桩复合地基中土体径向、竖向双向排水固结的特点,基于线弹性状态下桩体及桩间土体的应力一应变关系,分别给出考虑时效的桩体与桩间土体竖向应力计算方法,进而建立桩土应力比时效计算的双曲线模型,得到考虑时效的桩土应力比计算方法.研究结果表明:碎石桩复合地基桩土应力比随时间呈双曲线变化,其值与不考虑时效时相比可增大1倍,时效非常明显,在具体计算时不容忽视;双曲线时效模型能够有效地模拟碎石桩复合地基桩土应力比的时效规律;利用桩土应力比时效模型对某工程实例进行计算、分析,理论桩土应力比随时间的变化曲线与实测曲线较吻合.     

Pasternak地基中H(t)-V受荷桩水平响应有限杆单元法分析

为探讨桩顶水平动荷载H（t）与竖向荷载V联合作用下桩基的水平响应,基于 Pasternak地基和Euler梁理论,建立了桩-土相互作用水平振动分析模型,采用改进的有限杆单元方法求解考虑P-Δ效应、土体剪切效应影响的综合刚度矩阵方程,结合桩土连续边界条件得到桩身内力与位移解答.通过与已有解析解、有限元解和模型试验的结果比较,验证了计算方法的合理性.最后,对影响桩身内力与位移的主要因素进行分析.结果表明：1）传统Winkler地基相较于Pasternak地基模型,忽略了地基土体的剪切效应,将夸大桩体结构的实际受力,使得计算得到的桩身水平位移和弯矩均大于Pasternak地基所得结果,且随着桩土弹模比Ep/Es的降低,两种地基模型计算的桩身最大水平位移和弯矩的差异性呈现出增强趋势;2） 随着桩顶竖向荷载的增加,桩身水平位移和弯矩受P-Δ效应的影响显著.当桩顶竖向荷载特征参数λ由0增至2时,桩身最大水平位移和弯矩分别提高40.85%和78.57%;3） 相较无限长桩（L>20dp）,有限长桩的水平位移和弯矩的动力响应受桩身长径比L/dp影响更大;桩身最大水平位移和弯矩随着水平简谐荷载幅值H0的增加而增大,随着无量纲频率a0的增大而减小.     

考虑地表边界效应的静压沉桩挤土位移解析

在沉桩挤土位移求解过程中同时考虑了土体弹塑性本构关系以及地表边界效应的影响.假定桩周土体屈服后服从修正剑桥模型,基于圆孔扩张理论推导了桩体无限长时挤土位移的初始解.在此基础上,引入修正函数来考虑地表边界和沉桩深度对挤土位移的影响;经与文献实测结果比较,验证了修正后沉桩挤土位移解析方法的合理性和可靠性.参数分析表明,沉桩挤土位移随桩径的增加呈非线性增长,随预钻孔孔径的增大呈非线性减小;当超固结比增大时,挤土位移也随之增大,分析认为是由于重超固结土颗粒排列紧密,受到的挤压作用明显所致.     

非均质地基中V-T联合受荷桩承载力分析

为研究非均质地基中单桩基础在桩顶竖向力(V)和扭矩(T)联合作用下的承载特性,假定桩侧地基土剪切模量和极限侧摩阻力沿深度呈指数函数非线性增加,并考虑桩-土接触面上位移的非协调性,根据剪切位移法和桩身荷载传递函数建立桩身位移控制方程,引入相应的力和位移边界条件,导出桩周土体处于理想弹性和塑性受力状态时的桩身内力位移解答,由此求得不同桩顶载荷工况(不同V-T组合与加载顺序)下的桩身承载力及其包络线。在此基础上,进一步采用ABAQUS对V-T联合受荷桩进行数值模拟对比分析,获得不同工况下的桩身破坏机理、影响桩身承载力的关键因素及其规律。研究结果表明:桩身承载力随桩身长径比L/D的增大而增大,但随桩土刚度比λ的增大而逐渐减小;桩顶可承受的竖向力V(扭矩T)随扭矩T(竖向力V)增加不断减小而趋于零。     

防挤槽在沉桩挤土中效果的有限元模拟

本文基于有限元软件,建立了考虑桩土相互作用、几何大变形、材料非线性的沉桩挤土有限单元法模型,得到了设置防挤槽对沉桩后桩周土体位移和应力分布规律的影响。防挤槽槽前土体水平向失去约束,在桩的挤压作用下,土体运动主要表现为水平位移,竖向则表现为轻微下沉;防挤槽的存在能有效地减少槽后的土体位移,但在槽深范围内效果明显,而槽底以下的挤土位移场和无槽时差别不大。     

中砂和软黏土中桩顶竖向力 对桩身水平承载力影响对比分析

为探讨中砂和软黏土地基中桩顶既有竖向力对桩身水平承载力的不同影响规律,基于ABAQUS建立了单桩基础三维有限元分析模型,并结合已有载荷试验结果验证了模型的合理性.在此基础上,采用Probe法分别获得均质稍密中砂和软黏土地基中2种不同桩身长径比(L/D)的单桩基础在保持不同桩顶既有竖向力(V)不变时,水平力(H)引起的桩身位移、桩身极限承载力及承载力包络线.结果表明:桩顶既有竖向力从桩身竖向极限承载力(Vult)0.2倍增加至0.8倍时,稍密中砂地基中的桩身水平极限承载力(Hult)提高13.6%～41.2%;反之,软黏土中Hult降低2.2%～6.5%,且L/D较小时这种影响差异更趋明显.最后,通过对比分析加载过程中桩周地基土中的竖向应力、桩侧摩阻力及桩侧土抗力的分布与变化特征,讨论了这种影响差异的内在机理.     

刚性桩复合地基在不同荷载下的桩土分担特性

利用解析解答对刚性桩复合地基在竖向荷载下的工作特性进行了较深入的分析，着重讨论了桩土应力比及荷载分担比等随复合地基荷载、垫层厚度、垫层模量、桩长、桩间距、桩间土模量和桩端土抗力系数等因素变化的规律．计算结果表明，竖向荷载作用下，桩土应力比随复合地基荷载、垫层模量、桩长和桩间距的增加而增大，随垫层厚度和土体模量的增加而减小，同时也表明复合地基的设计参数有合理的取值范围．     

现浇混凝土薄壁管桩技术及应用

振动沉模现浇混凝土管桩技术,采取振动沉模自动排土现场灌注混凝土而成管桩。在形成复合地基时,为了保证桩与土共同承担荷载,并调整桩与桩间土之间竖向荷载及水平荷载的分担比例,以及减少基础底面的应力集中问题,在桩顶设置褥垫层,从而形成现浇薄壁管桩复合地基。     

水泥土搅拌桩复合地基桩土应力比的解析算法

为了分析路堤荷载作用下水泥土桩复合地基桩土应力比问题,提出改进的单元体位移模型。通过假设路堤填土的竖向位移模式和土工格栅的变形方程,分别推导路堤填土的竖向应力以及土工格栅作用于桩顶的拉应力;根据桩顶处竖向受力平衡,求得桩顶应力;通过假定地基土满足Winkler地基模型,求得桩间土应力,从而得到桩、土应力比的计算公式。通过与实测工程结果比较,证实了该公式的合理性,这对路堤下复合地基设计具有一定的参考价值。     

层状土中单个管桩的竖向振动特性

将桩周土和桩芯土模拟为连续分布的弹簧和阻尼器,通过求解土层的竖向振动得到了Winkler地基模型的刚度系数和阻尼系数.在考虑土体分层特性的基础上运用传递矩阵法建立了管桩桩顶与桩底位移和轴力的关系,通过考虑桩端边界条件得到了层状土中单个管桩桩顶的竖向复刚度.借助数值算例研究了管桩壁厚、桩土模量比、桩芯土与桩芯土剪切模量比、土层厚度和剪切模量等参数对层状土中管桩竖向振动的影响.     

滩涂极软地基托板桩法处理技术研究

为研究滩涂极软地基上托板桩的工作特性,开展了现场试验和有限元分析.现场实测了地表沉降及土压力,并据此建立了二维平面应变模型,进而对不同时期的地基土超孔隙水压力、土压力、沉降、水平位移等问题进行了研究.研究结果表明:随着填土高度增加,桩顶与桩间土差异沉降增大,产生土拱效应和拉膜效应,桩身轴力、桩体荷载分担比和桩端附近土体超孔压增大;填筑完成后超孔压消散,地基土逐渐固结,桩间土与桩顶差异沉降增大后趋于稳定,桩体荷载分担比逐渐稳定在80％左右;土工格栅拉力较小,传递荷载的能力有限;浅层地基土对桩体有负摩阻力,桩身轴力沿深度先增大后减小;托板桩法可有效控制地基土水平位移.     

静压桩沉桩及已打入桩遮拦效应的数值模拟

采用三维有限差分软件 FLAC3D 建立了数值模型, 对比了圆孔扩张理论的解析解与数值解, 并在此基础上建立了桩实体单元基于位移贯入法模拟桩-土间摩擦作用, 且与相关文献中施加节点力模拟摩擦效应的方法进行了对比, 二者的计算结果较吻合. 基于此数值模拟方法 对静压桩单桩、双桩的沉桩过程进行计算分析, 并就已打入桩体对沉桩过程中土体位移的影响 进行研究, 得到以下结论: 模拟桩-土问摩擦效应的两种方法中, 位移贯入法计算所得土体水平位移在地表处较大, 这是因为桩体以固定速度向下运动时, 为阻止圆孔缩径而约束了其径向位移, 消除了摩擦效应对土体水平作用的影响. 沉桩结束后, 在大于地表下1/4 桩长深度范围内 的土体水平位移较大, 是主要的变形区域. 上部土体沉降较大, 而下部土体沉降较小, 其中距地 表下1/8 桩长至 1/4 桩长处沉降最大, 说明已打入桩的存在改变了土体水平位移的大小, 更使得土体水平位移随深度的变化趋于线性. 待打入桩的沉桩过程使得已打入桩身产生一定的倾斜. 由于沉桩扩孔的影响, 受到水平挤压的桩前土体在已打入桩的阻隔下沿着桩身向上隆起, 表明已打入桩的存在改变了土体位移的分布模式, 最终达到了减小水平位移的目的.      

引水暗渠湿陷性黄土-灰土挤密桩复合地基动力特性

采用时程分析法,对湿陷性黄土地基引水暗渠灰土挤密桩单桩—土体模型的动力特性进行研究,结果表明:在水平地震荷载作用下,桩顶的位移最大,桩与土接触位置桩的位移比土的位移大,桩竖向中心节点的应力很小,桩侧土体应力大且沿径向增大,桩底土体应力随深度增大减小趋势不明显.这些变化规律为多桩与土相互作用时节点位移和应力的变化规律研究和群桩—土体模型是否产生群桩效应分析提供参照依据,同时为桩—土—上部结构共同作用分析提供基础理论.     

大直径钻孔灌注桩承载力试验研究

以某大直径桩基础工程为例,进行了5根φ1 500 mm试桩的竖向与水平静载荷试验,实测得到了桩的荷载-沉降曲线、不同桩身截面的轴力、水平力-位移-时程曲线、水平力位移梯度关系、临界承载力以及地基土水平抗力系数,探讨了大直径钻孔灌注桩的竖向荷载传递机理和水平荷载承载特性.试验结果表明:大直径灌注桩承载力由桩侧阻力与桩端阻力共同承担,但表现出很强的摩擦桩特征,这与桩长过长、桩底岩层较软以及成桩方法有关;在竖向荷载作用下,桩侧阻力由上至下逐步发挥,并逐步达到相应的极限状态;单桩水平最大位移可以取10 mm,水平承载力可取900 kN.建议采用位移控制设计此类桩基.     

考虑土体结构劣化的高原山区桩-土体系数值分析

高原山区土体常年受冻融循环作用,结构不断劣化,导致桩-土界面作用削弱,对 构筑物稳定性产生不利影响 . 本文开展室内试验结合数值模拟,构建了土体在冻融循环作用 下的结构劣化模型,建立了考虑土体结构劣化的水-热-力耦合数学模型并验证了其可靠性 . 基于此,对服役期内高原山区桩-土体系稳定性进行了数值分析 . 试验结果表明,冻融循环条 件下,土体渗透系数及孔隙比随冻融次数增加呈对数型增大,土体黏聚力随冻融次数增加呈 指数型减小,内摩擦角随冻融次数增加呈对数型增大. 服役期内,桩周土体最大冻胀位移随服 役年限增加逐渐减小,最大融沉位移逐年增大,桩周土体整体呈融沉趋势;桩基冻胀位移随服 役年限增加逐渐减小,融沉位移逐年增大,冻胀融沉增长速率不断减小,但桩基融沉位移大于 其冻胀位移. 试验结果可为高原山区桩基础设计提供技术支持与理论指导.