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.     

黏土地基静压桩贯入机制模型试验与数值仿真

结合ABAQUS有限元软件具有处理大变形和非线性问题的优势,考虑到土体的弹塑性本构关系、桩—土的接触类型以及土体初始应力的影响,并采用位移贯入法和Mohr-Coulomb准则,建立了静压桩位移贯入土体的有限元模型,实现了桩体的连续贯入,探讨了沉桩过程中桩周土的土中应力以及桩—土界面孔隙水压力随贯入深度的变化规律,明确了沉桩过程中的挤土效应,并将模拟结果与室内模型试验结果进行比较,发现二者的吻合度较高。研究结果可为静压桩的设计与施工提供参考。     

基于位移贯入法的静压沉桩有限元分析

基于ADINA平台,应用位移贯入法对静压沉桩的连续贯入的全过程进行有限元模拟,研究了均质土中静压沉桩产生的位移和应力的变化规律,并与成层土中静压沉桩产生的位移和应力进行了对比分析。有限元分析表明,在均质土中,随着径向距离的增加,土体的水平位移和挤压应力呈对数衰减,且与桩的贯入深度有关;在成层土中,成层土的影响比均质土的影响要大,主要体现在软硬土体分层处土体位移加大,土中挤压应力剧变,出现应力间断。在实际施工过程中,桩体易开裂、弯折,由此提出相应的解决方法。     

砂土中静压管桩在不同沉桩速度下的模型试验研究

在室内对静压管桩贯入过程中施加不同的沉桩速度,探究在不同沉桩速度完成后,测得的各个桩深处的土压力大小,以及桩端阻力与压桩力之间的关系。得出静压管桩沉桩速度大小对桩贯入一段时间后测得的土压力影响不大,而对于贯入过程中的桩周土压力是有影响的。桩端阻力在一定深度范围内呈线性增加的,沉桩速度不同造成相同深度处压桩力大小的不同,桩端残余压力也是计算桩承载力的一部分,不可忽略。     

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.      

静压双桩贯入均质土的应力及位移特性研究

为了研究静压桩贯入后土体的应力及位移特性,建立了静压双桩贯入均质土的三维有限元模型,并采用Abaqus软件对地表土体竖向位移、径向距离变化对土体应力和位移的影响、桩间土体的位移进行了数值模拟研究﹒研究结果表明：静压双桩贯入造成桩间土体呈“驼峰”状,土体水平位移及应力在桩尖以上1.8 m处达到最大值;桩体贯入所产生的土体下沉量随离桩体径向距离的增大而减小,随土体深度的增加而逐渐增大,且在距地面以下3 m处达到最大值﹒     

开口与闭口管桩连续贯入机理的可视化模型试验研究

静压管桩连续贯入的动力响应不仅会引起土体的局部大变形,还会改变桩周土体的有效应力状态,从而影响自身的贯入阻力以及桩基承载力时效。现有研究更多关注的是沉桩后的承载变化,对于沉桩过程贯入机理的认识仍相对不足。为此,克服传统全模型试验不可视的局限,通过透明土可视化物理模型试验开展了开口与闭口管桩静压沉桩连续贯入全过程的对比试验,获得了开口与闭口管桩相同沉桩条件下的桩周土体的位移场。系统研究了两种形式下全时空域的桩周土体扰动变化规律及承载特性的发挥,并讨论了开口与闭口管桩贯入机理的差异性。试验结果表明：由于土塞效应渐进调动的原因导致开口与闭口管桩的挤土效应发挥机理存在较大差异,闭口管桩连续贯入引起的位移矢量场的模式主要以桩端放射状挤压土体运动为主,而开口管桩的位移矢量场则表现为管桩内部竖向位移最大、桩身两侧的扰动变形较小;贯入初期,开口管桩所调动的贯入阻力远小于闭口管桩,随着土塞程度的增大,土塞效应引起的开口管桩的土塞端阻对于总贯入阻力的贡献占比逐渐增大。     

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.     

饱和粘土中静压桩挤土效应的离心模型试验研究

通过静压桩在不同粘土中贯入的离心模型试验,对桩体贯入饱和粘土时的土体位移和初始超孔压的空间分布情况进行了研究,研究结果表明土体径向位移在水平方面具有对数递减的规律,而在竖向２／３桩长范围内呈线形增加分布,约在２／３桩长处增加到最大值,在其下范围内逐渐减小,直至桩尖以下约５￣１０桩半径处衰减为零;试验结果同时表明,大部分桩长范围内,初始超孔压具有孔随计算点至桩轴水平距离的加大而呈对数减小、随深度的加     

桩长对单桩沉桩阻力和承载力特性影响的模型试验

静压桩的应用越来越广泛,为明确桩长与沉桩和承载力特性之间的关系,基于室内模型试验,对砂土中不同桩长的模型桩沉桩全过程进行了分析研究。采用振弦式压力计、微型土压力盒和高精度位移计对沉桩时的压桩端阻力、卸载后的桩周土压力和桩体回弹量进行测量,揭示了桩长与单桩沉桩和承载力特性的关系。试验结果显示,利用端阻计有效测得沉桩过程中的压桩端阻力,在600mm深度范围压桩端阻力随沉桩深度和桩长的增大而近似线性增大的特性。微型界面土压力盒对桩周土压力的测量揭示了随桩长的增大卸载后的桩周土压力逐渐趋近于被动土压力,但在某一深度位置卸载后的桩周土压力随沉桩深度的增大而降低的变化规律。采用高精度位移计较准确测得卸载过程中的桩体回弹量,得到了桩体回弹主要发生在竖向与桩长有关,并且回弹量相对较小,约为桩长的0.35%。此外,桩体加载过程中沉降随加载变化的速率与桩长相关,桩体的极限承载力随桩长增大而非线性增大。研究结果对于进一步明确桩长对沉桩特性和桩体极限承载力特性的影响机理具有重要工程意义     

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。     

沉桩挤土作用的有限元分析

进行了沉桩挤土效应的有限元计算，考虑到桩周土体由于桩桩贯入引起的挤土效应，选和了修正剑桥模型作为土体本构模型，通过相应的试验，拟合出挤土作用对土作用土体初始弹性模量影响的计算公式，确定了土体本构模型和其他相关的计算分析参数，对2个试验进行了分析计算，结果表明，考虑土体的塑性性质和桩体贯入过程的挤土效应对分析桩周土体的应力和变形是必要的。     

开闭口静压管桩贯入过程桩土界面土压力试验

为更好地研究静压管桩贯入过程桩土界面土压力,采用安装在桩身表面的不同位置处的微型硅压阻式土压力传感器对沉桩过程中桩土界面土压力进行了监测,研究了黏性土体中开闭口静压桩径向土压力以及不同位置处桩土界面土压力与桩侧上覆土重比值(Δσ/σx)的变化规律.研究结果表明:沉桩过程中开口桩M1和闭口桩M2的桩土界面土压力变化规律基本相同,均是随着沉桩深度的增加近似呈线性增长的趋势,沉桩结束时离桩端不同距离的传感器测得的土压力最大值介于4.54~20.03 kPa.同一深度处的径向土压力均呈递减趋势,出现“侧压力退化”现象,退化幅度介于15.2%~71.4%.Δσ/σx沿桩身向下逐渐增大,试桩M1,M2的最大值分别为1.28,1.31.研究结果对实际工程中大直径海洋钢管桩径向土压力的确定具有重要的借鉴意义.     

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。     

基于光电测试技术桩土界面受力特性模型试验

为研究预制桩在沉桩过程中桩—土界面侧压力对桩身轴力的影响,模型桩桩身同时埋设温度自补偿微型光纤光栅应变传感器、微型硅压阻式(土压力和孔隙水压力)传感器,借助光电一体化测试技术,分析了侧压力对桩身轴力的影响规律。试验结果表明:温度自补偿微型光纤光栅应变传感器性能稳定,可实时监控桩身轴力变化;微型硅压阻式土压力及孔隙水压力传感器成活率高,成功测得了桩—土界面土压力和孔隙水压力。在沉桩过程中,侧压力随贯入深度逐渐增加,同一深度处的侧压力反而减小;侧压力对桩身轴力影响值约为1~2倍,最大可达2.7倍。研究结果对重新认识预制桩的贯入机理及承载性状有重大意义。     

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.     

软黏土中静压沉桩引起的侧向挤土位移分析

<正>将软黏土中桩体贯入过程看作不排水条件下圆柱孔的扩张.弹性和塑性区分别采用小应变和大应变理论,考虑传统超固结比与各项同性超固结比的不同,推导了修正剑桥模型土中单桩挤土位移的解析解;并与文献离心模型试验结果进行了比较,验证了理论解答的可靠性.在此基础上,采用叠加原理对排桩的侧向挤土位移进行了估算,并分析了沉桩数目、桩间距、预钻孔孔径以及土体超固结比对侧向挤土位移的影响规律.研究结果表明,随着沉桩数目的增加,挤土影响范围增大;当桩间距、预钻孔孔径增大时,挤土位移快速减小;土体超固结比增加时,侧向挤土位移略有增加,但总体影响不明显.     

软黏土中静压沉桩引起的侧向挤土位移分析

将软黏土中桩体贯入过程看作不排水条件下圆柱孔的扩张.弹性和塑性区分别采用小应变和大应变理论,考虑传统超固结比与各项同性超固结比的不同,推导了修正剑桥模型土中单桩挤土位移的解析解;并与文献离心模型试验结果进行了比较,验证了理论解答的可靠性.在此基础上,采用叠加原理对排桩的侧向挤土位移进行了估算,并分析了沉桩数目、桩间距、预钻孔孔径以及土体超固结比对侧向挤土位移的影响规律.研究结果表明,随着沉桩数目的增加,挤土影响范围增大;当桩间距、预钻孔孔径增大时,挤土位移快速减小;土体超固结比增加时,侧向挤土位移略有增加,但总体影响不明显.     

沉桩挤土的数值模拟与土体物理参数的变化分析

由于沉桩造成的桩周土体的侧移和隆起对周围的建筑物和设施造成的事故时有发生，研究沉桩对周围土体的影响规律，对于控制这类工程事故的发生具有非常重要的意义。基于圆孔扩张法的基本思想，对以往分析中处理桩土接触问题的方法进行了简化，通过在接触边界上给土体施加位移边界条件来模拟桩对周围土体的作用，采用分段压入的方式对沉桩过程进行了有限元模拟，分析了沉桩后桩体周围土体的变形规律和力学行为，并且对沉桩完成后的土体的物理参数进行了量化分析，得到了压桩前后土体单元物理参数的量化关系式。     

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.