融沉冻土与群桩相互作用的试验研究

采用自行研制的冻土-群桩室内模型试验装置,研究在补水条件下,单向冻结过程中融沉土体与群桩的相互作用;测定在相同含水率条件下,不同融化温度时冻土的温度场、桩顶上拔位移和桩不同位置处的侧摩阻力随时间的变化趋势。结果表明:升温回暖过程中,各深度土样温度变化趋势基本相似,具有明显的时间效应,大致可分为缓慢降温阶段、升温阶段和温度稳定阶段,不同位置桩的沉降位移发展规律可大致分为桩身稳定阶段、快速沉降阶段和缓慢沉降阶段;融化温度越高,升温阶段维持时间较长,冻土融沉更加完全,桩最终沉降量也更大;融沉过程中,桩身负摩阻力呈现正负交替分布的状态,融化温度越高,桩身所受的负摩阻力越大,且中心桩所受的负摩阻力比角桩的小。     

水平受荷倾斜群桩模型试验及受力机理研究

长期受水平荷载的工程涉及到倾斜桩的应用，其水平承载能力和桩周土体行为受到关注．设计了4组不同布桩方式的室内倾斜群桩水平加荷模型试验，针对6桩承台，对比分析了倾斜群桩的桩身位移、桩身内力及桩周土体变形，相较于群直桩，同向10°、对称10°和对称20°的倾斜群桩水平承载力分别提高了13.3%、28.3%和75.0%，桩顶最大水平位移依次减小了21.3%、35.6%和53.9%，倾斜群桩的桩身内力较小，侧摩阻力较大，桩顶土体水平位移最多减少了48.9%，桩底土体竖向位移最多减小了56.4%．建立了承台-倾斜群桩-土体在水平荷载作用下的精细化有限元模型，进一步分析了足尺条件下不同布桩方式倾斜群桩与土体的相互作用．直桩抵抗水平荷载的作用主要由土体沿桩身法向抗力提供，而倾斜群桩在水平荷载下产生较大的侧摩阻力，且斜桩侧摩阻力水平分量在抵抗水平荷载中发挥重要作用，对称20°倾斜群桩中侧摩阻力水平分量占比高达35%，所以其水平荷载能力更强，显著提高结构的抗侧刚度．承台与桩连接方式的改变没有影响其受力模式，刚接时桩顶存在负弯矩，更有利于减小桩身弯矩和桩顶位移．合理布置的倾斜群桩可以在水平荷载下发挥显著作用...     

桩周上覆荷载作用下抗拔桩弹性变形解析解

抗拔桩在实际工作过程中,桩周土体表面存在荷载作用,会对抗拔桩的桩土相互作用特性产生影响。采用桩侧剪切位移传递法与弹性理论相结合,考虑桩周土体表面上覆荷载作用,推导出抗拔桩的桩顶位移、桩身轴力以及桩侧摩阻力随桩身分布的弹性解析解。在此基础上,通过一个实例利用解析解分析上覆荷载作用对抗拔桩位移、轴力以及摩阻力分布的影响。结果表明:桩周土体表面上覆荷载增大了桩上部的侧摩阻力,可有效增大抗拔承载力。与模型试验结果进行对比,发现给出的解析解可较好反映抗拔桩在实际工作状态下的荷载-位移关系(小于极限荷载的40%),可为后续研究提供参考。     

单向冻结条件下兰州地区黄土的温度场变化规律

为研究不同含水率黄土在单向冻结融化过程中温度场的变化规律,选取兰州地区黄土进行了封闭系统下的单向冻结融化试验。研究了在单向冻结过程中土体温度的变化规律,给出了土体温度的变化曲线。研究结果表明:土体的降温过程分为三个阶段,降温冻结初期各深度处土体温度的下降速率较快;土体温度下降至-0.4℃时降温曲线出现转折点,土层各深度降温曲线出现近乎平行于横坐标的平稳段;冻结后期各深度处土体的温度下降速率相对较慢。对比分析了模型试验中不同深度处各点温度的实测值与数值模拟值,结果表明:数值模拟的各点温度曲线与实测温度曲线变化规律基本一致,冻结阶段模拟的降温速度稍大于实测降温速度,融化阶段则相反。研究结果可为冻土地区工程建设提供参考。     

钢筋计在扩底桩侧摩阻力计算中的应用

文章介绍通过振弦式钢筋应力计测量桩身轴力,根据所测结果最终得到桩侧摩阻力沿深度分布状态.桩侧摩阻力值反映出桩体扩头部分在抗拔过程中起到的关键作用,桩侧摩阻力主要由桩身所处中、下部分土体提供.     

静钻根植桩抗压抗拔承载性能试验研究

通过一组静钻根植桩的现场抗压抗拔静载试验,研究了抗压和抗拔状态下静钻根植桩的承载性能.对两根试桩的荷载位移曲线进行了比较分析,并采用有效应力法对试桩的极限侧摩阻力进行计算.试验结果表明:受桩周土体应力状态和桩身泊松效应影响,静钻根植抗拔桩的极限侧摩阻力小于抗压桩的极限侧摩阻力;抗拔桩侧摩阻力完全发挥时的桩顶位置值大于抗压桩侧摩阻力完全发挥时的桩顶位置值;采用有效应力法计算土层的极限侧摩阻力时,需要考虑土层的极限深度(或极限竖向有效应力),当土层深度超过极限值时,采用有效应力法计算土层的极限侧摩阻力需采用极限深度时对应的竖向有效应力值.     

隧道开挖引起既有建筑物桩侧摩阻力的理论研究

择优选取桩土荷载传递的侧摩阻力计算模式,借助文克尔地基模型,运用两阶段分析理论探究隧道开挖对桩基效应的影响。阶段1解出相应桩位处的沉降量并用多项式简化,阶段2将其沉降施加于桩侧建立桩身沉降微分方程。通过逻辑推导并借助边界条件得到沉降计算表达式,继而得到桩侧摩阻力和桩周轴力。结合工程算例,根据隧道与桩基的空间位置关系分析桩侧摩阻力和桩周轴力随桩长的变化规律。研究结果表明:对于给定的围岩土质概况,若保持桩隧距离不变时,桩长对桩基效应变化影响较大;桩长小于15 m时,土体位移稍大于桩位移,单桩沉降很大,且单桩主要承受负摩阻力效应;桩长超过15 m时,土体位移明显大于桩位移,部分桩段承受负摩阻力,部分桩段承受正摩阻力,且摩阻力为0处的单桩轴力最大。     

竖向受荷单桩细观工作性状

在单桩室内模型试验提供宏观依据基础上,通过对颗粒流程序的二次开发,建立单桩的三维颗粒流分析模型,对竖向受荷单桩的承载特性、荷载传递特性、桩周土体位移场、应力及孔隙率变化规律进行研究。颗粒流数值分析结果表明:单桩桩侧摩阻力的发挥先于端阻力,加载后期在桩身中下部存在一侧摩阻力弱化区,单桩桩侧摩阻力的分布与桩表面的法向应力一致;单桩桩身接触力上小下大,桩侧接触力方向以斜向下为主,桩端下土体孔隙率的变化趋势与土体应力的发展趋势保持一致。颗粒流数值模拟研究完善了对单桩细观工作性状的认识。     

能源桩热-力学特性模型试验与数值模拟

能源桩是集地源热泵与建筑桩基于一体的建筑节能技术,具有经济、环保和节省地下空间资源等优点,因热-力耦合作用导致其承载性状不同于普通工程桩。基于室内模型试验和数值模拟研究,针对多次温度循环下饱和黏土地基中能源桩热-力响应展开研究,分析了桩周温度场、桩土沉降、桩侧摩阻力的变化,得出如下结论：升温时桩身温度沿深度逐渐减小,土体温度沿径向逐渐降低;降温所引起的桩顶沉降量大于升温的膨胀量,多次温度循环导致桩顶产生不可逆的累积沉降,其累积变形可能会对上部结构的安全造成影响。桩周土由于土体的热固结也发生不同程度的沉降,距离桩身越近沉降越大,且土体沉降速率随循环次数的增加呈逐渐减小趋势,三次循环后B4点沉降达到1.42%D(D为桩直径);温度荷载所引起的侧摩阻力随温度的升高和循环次数的增加而逐渐增大;升温时桩体上部产生负的侧摩阻力,下部产生正的侧摩阻力,降温时恰好相反,工作荷载的作用导致桩身产生负摩阻力的区域逐渐变小,位移零点也逐渐上移。运用COMSOL Multiphysics软件建立三维数值模型可较好地模拟热-力耦合作用下能源桩的承载力特性,数值模拟结果与模型试验结果吻合度较高,为试验设计及工程应用给出建议。     

寒区冻土层退化条件下桩基础稳定性劣化评价方法

在寒区冻土层季节性退化演变过程和未冻土层存在的情况下,对发生典型冻拔破坏的桩基础进行受力分析,得到季节冻融循环演化过程中各土层桩侧摩阻力的计算公式,并在此基础上,对桩基础抗拔稳定性劣化进行研究,建立寒区深层冻土退化、土体出现未冻土层状况下桩基础发生冻拔破坏的临界承载力数值模型。以工程实例对桩基础的各个土层状况进行分析,在假设土的干容重、冻土的总含水量、地中热流值、冻土的导热系数不变,季节冻融层为强冻胀土条件下,分析桩长范围内各层土厚度随时间的变化以及最大冻深处截面应力随未冻土层厚度与桩长之比的关系,对季节循环演变中土体的冻拔力和桩侧摩阻力进行计算、比较,并对群桩基础的抗冻拔稳定性验算方法进行讨论。研究结果表明:部分多年冻土层退化为未冻土层,将导致桩基础的总抗拔力和临界失稳冻结深度减小。桩侧未冻土层厚度与桩长的比值和临界比值的比较结果可作为桩冻拔稳定性的判断标准。得到的临界承载力模型可以为寒区冻土层演化过程中桩基础稳定性评估提供数值分析依据。     

桩顶竖向荷载作用下桩土响应的数值分析

为了研究桩土之间的相互作用机理,利用数值方法建立桩土计算模型,分析桩顶荷载作用下桩侧摩阻力分布、桩体轴力分布、中性点位置的变化规律以及桩周土体的位移.研究结果表明:桩侧负摩阻力沿桩身先增大后减小,并逐渐过渡到正摩阻力;随着桩顶荷载的增大,桩侧负摩阻力逐渐减小,中性点位置上移;桩体轴力沿桩身呈现先增大后减小的趋势;受到桩侧摩阻力的作用,位于地表的桩周土体沉降受到一定影响,其影响范围随桩顶荷载的增大而减小.     

静钻根植竹节桩抗压与抗拔对比研究

静钻根植竹节桩是一种新型组合桩基础.大量试验研究表明,桩受到上拔荷载与压荷载时,桩侧极限摩阻力存在差异,并将抗拔桩与抗压桩极限侧摩阻力比值定义为抗拔侧摩阻力折减系数.为了研究静钻根植竹节桩在软土地基中抗拔与抗压条件下侧摩阻力大小的差异系数,通过一组现场试验得到了抗压桩与抗拔桩的荷载位移曲线,然后根据实测参数用有限元软件Abaqus对试桩进行模拟,并将现场试验与数值模拟的荷载位移曲线对比以验证模型的可靠性.研究结果表明:抗拔桩与抗压桩桩身轴力具有相似传递特性,静钻根植竹节桩在软土地基中的总侧摩阻力折减系数λ=0.5;桩端水泥土扩大头直径的增加对提高抗拔桩与抗压桩极限侧摩阻力作用不明显;静钻根植竹节桩的总侧摩阻力折减系数基本不随桩端扩大头直径的改变而改变.     

冻土未冻水含量与孔径分布的试验探究

冻土是一种特殊的土体,其性质与一般土体有较大差异。冻土中水分的含量与存在形式影响着冻土的各项性能。一直以来,冻土研究都是热点问题,由于试验手段的限制,对于冻土的分析以宏观研究较多。文中利用低场核磁共振孔隙分析仪,通过核磁信号的比值,计算各个温度点下未冻水质量含水率,绘制温度-含水率的函数曲线,结合不同条件试样的孔隙半径分布,揭示孔隙对未冻水含量的影响规律,并且探究不同初始含水率对曲线拐点的影响。试验结果表明,粉土、砂土和黏土土样冻结过程经历3个阶段:第Ⅰ阶段为过冷段,第Ⅱ阶段为迅速下降段,第Ⅲ阶段为稳定阶段;同种土质不同含水率的土样,降温过程发生冻结的拐点温度略有不同,但是差别较小;孔径分布越大,其冻结温度越低;未冻水含量与土体配合比关联较低,较多取决于土体本身的孔隙结构。     

建筑抗震中单桩摩阻力动力效应分析

研究了地震发生时单桩摩阻力动力.为揭示摩擦桩与土体在考虑基本地震荷载作用下的耦合响应规律,采用拉格朗日数值分析方法建立桩与土体计算模型,通过施加地震荷载,分析桩周摩阻力、桩体轴力以及土体的变形在不同地震历时下的情况,得到:1)桩周负摩阻力从桩顶向下呈先增大后减小的态势,在桩长0.35倍范围内出现负摩阻力;2)由于地震荷载的作用,桩侧摩阻力和轴力均不断变化,当地震时间为3s时,桩侧摩阻力和轴力达到最大值;3)随着地震的持续进行,桩体和土体之间的相对位移的变化导致中性点位置发生往复变化;4)由于地震荷载的作用,土体的位移明显增大.在地震历时0~10s范围内,地表沉降迅速增大;在地震历时10~15s时,地震沉降增加的速度明显减慢;当地震历时持续到15~20s时,地表沉降逐渐减小.     

抗拔桩单桩承载特性试验及数值模拟

目的研究抗拔桩单桩承载特性,分析桩基础在上拔荷载作用下摩阻力的发挥和桩身轴力的特点,从而验证数值模型的合理性.方法通过数值模拟软件对理想加载条件下的静载荷试验进行数值模拟,并对数值计算与现场实测的荷载-位移关系进行对比,同时对抗拔桩的桩身内力测试结果进行分析.结果数值模拟与现场静载荷试验所得到的抗拔桩的荷载-位移关系符合较好,但是具有一定的误差,六组试桩桩顶位移的实测结果与模拟计算结果的误差最大值为2.43 mm,最小值为0 mm;桩身轴力自上而下逐渐减小,桩底处轴力大小接近0 kN,支盘效应导致轴力发生突变,突变位置在桩顶以下5.5 m左右;桩侧摩阻力分布遵循"两头小,中间大"的分布规律,且上拔荷载越大,桩侧摩阻力发挥的越充分.结论该模型的建立与参数的选取是合理的,对抗拔桩的工程设计与计算具有一定的参考价值;对桩身轴力与桩侧摩阻力发挥特点的分析可以为工程设计计算提供理论依据.     

考虑水盐运移的分散性盐渍土冻融破坏机制

为探究冻融循环过程中土体冻-盐胀破坏机理,结合冻结温度试验和扫描电子显微镜进行研究,分析了不同循环次数、不同盐的种类和不同含水率条件下的冻融循环对土体结构和性质的影响,得到了不同循环次数下的冻结温度变化曲线和不同含水率条件下冻土的SEM电镜扫描图片,并基于经典传热理论和水盐运移方程,建立数值模型,再现了冻融过程中的水盐运移过程,在此基础上结合试验对水盐运移过程中土体的破坏机制进行分析研究。研究结果表明：由于研究区土体的分散性,其冻结过程只存在恒定阶段和递降阶段,且随着冻融循环次数的增大,土体的冻结温度会先升高然后在某一温度保持稳定,这与冻融循环过程中土体粒度大小和颗粒排布的方式改变相关,内部的微裂隙逐渐贯通;土体在冻融循环过程所发生的水盐迁移是土体强度和结构发生变化的重要原因,且随着冻融循环过程的进行,土中的水盐成分会在温度梯度和溶质梯度的影响下产生迁移和积累;相较于碳酸氢钠,硫酸钠在冻融过程中对于土体结构的改变更为显著,具体表现在冻结过程中硫酸钠结晶析出体积变为原来的3.18倍,导致冻融循环后土体膨胀。本研究有助于揭示季节性冻土区含盐冻土工程的冻融破坏机制。     

热-力耦合作用下新型能量桩承载性能试验

摘 要 能量桩在承担上部建筑荷载的同时兼起到地源热泵换热器的作用,热-力耦合作用下对其承载性能产生的影响与常规桩不同。文章基于室内模型试验方法,对热-力耦合作用下饱和砂土地基中新型能量桩（掺入0.6 %的钢纤维和4 %的石墨）桩周温度场分布、桩身热应力、桩端土压力、桩身侧摩阻力、桩顶以及桩周土体竖向位移的变化规律进行研究。试验结果表明：桩端土压力在升温时逐渐增大,降温时逐渐减小;桩身热应力随着深度的增加呈现先增加后减小的趋势,同一深度处温度越高桩体内产生的热应力越大;无论有无工作荷载,桩侧摩阻力均随温度的升高而增大;工作荷载作用时,随着循环次数的增加桩顶的沉降位移不断累积,对结构的安全性、耐久性及正常使用造成不利的影响。     

基于能量法的填土地基单桩负摩阻力计算方法

深厚填土地基因土体固结沉降导致桩基产生负摩阻力,负摩阻力会造成桩身的沉降量过大和承载力降低。针对能较准确计算深厚填土场地基桩负摩阻力方法研究成果不足的问题,通过不同法向应力下的土–混凝土界面剪切试验讨论了桩侧摩阻力的发挥机理,并考虑桩侧摩阻力随深度的分布规律,提出结合双曲线模型和有效应力法的桩侧摩阻力分段计算模型。然后,基于桩–土体系的能量传递,建立负摩阻力条件下基桩的能量平衡方程,进而导出同时考虑桩–土相对位移和桩–土体系势能变化的桩身轴力和位移计算表达式。以某桩基现场试验项目进行计算,将理论计算结果与试验实测结果对比分析,结果表明：理论计算所得桩身轴力沿深度变化曲线与试验结果基本吻合,本方法能够较准确的分析深厚填土地基中基桩的力学特性。     

地铁隧道开挖对单桩竖向承载力影响分析

隧道开挖会引起周围土层产生位移,使桩基产生附加内力和位移,降低桩身承载力,因此,分析隧道开挖对邻近桩基影响具有非常重要的意义。分三步进行分析,首先采用剪切位移法代入桩基平衡微分方程计算出原始状态下桩身的位移、轴力和桩周摩阻力;然后利用两阶段分析法求解给出隧道开挖对邻近单桩承载力的影响,第一阶段采用Loganathan等提出的解析解计算隧道开挖后引起的桩周土体自由位移;第二阶段基于剪切位移法原理,将土体自由位移施加到桩身,求出隧道开挖引起的桩身附加位移、轴力和摩阻力变化量;最后,将开挖前与开挖引起的桩身轴力和桩周摩阻力进行叠加得开挖后桩身轴力和摩阻力。验算桩身轴力以及摩阻力改变后桩身承载力以及混凝土强度。     

基于振动台试验的桩基动力特性的研究

基于支盘桩-土-框架结构动力相互作用的振动台模型试验,采用大型有限元分析软件Marc对支盘桩和直杆桩体系的抗震性能进行了分析和研究。数值计算结果表明：在X单向和X、Z双向地震波激励下,框架结构顶层加速度时程曲线与试验曲线吻合较好。研究结果表明：在地震作用下,建筑物的摇摆使支盘桩承受交替变化的拉压荷载,支盘上部土体中的拉“应力泡”随着结构顶层侧移的增大而不断增大,说明上拔力主要是通过支盘传递的,支盘有效地耗散了部分地震能量,减小了上部结构的摆幅,有效的防止结构因过度倾斜而出现的整体倾覆;支盘桩的抗拔力由桩侧摩阻力和桩盘的端阻力组成,随着动荷载的增大端阻力所占的比重也增大,支盘成为传递荷载的主要途径。而直杆桩的抗拔力只靠桩侧摩阻力来提供,其抗拔力远小于支盘桩,且在X-Z双向地震波激励下表现的更为突出。研究结果为进一步揭示桩基抗拔和抗震机理提供了新的技术手段和依据,并在防灾减灾方面具有重要的理论和现实意义