基于透明土材料的扩底楔形桩中性点位置测定

扩底楔形桩由于其桩身截面倒楔形结构,可以有效降低负摩阻力对基桩的影响,但是倒楔形面和扩大头的存在对中性点位置的影响却尚不清楚。为了分析扩底楔形桩中纵向截面形式（倒楔形面和扩大头）变化对基桩中性点位置的影响规律;基于透明土材料和数字图像处理PIV（Particle Image Velocimetry）技术,采用非插入式测试方法开展地面堆载作用下扩底楔形桩的中性点位置测定模型试验,测得不同地面堆载等级作用下桩体沉降与桩周土体沉降等变化规律,探讨桩-土相对位移和中性点位置随地面荷载等级的变化规律;同时进行了负摩阻力作用下等截面桩中性点位置测定透明土模型试验作为对比分析。研究结果表明,利用透明土材料来研究扩底楔形桩中性点位置的试验方法在技术上是可行的;本文试验条件下,由于倒楔形面和扩大头的存在,扩底楔形桩的中性点位置明显较常规等截面桩低。     

基于透明土材料的扩底楔形桩中性点位置测定模型试验与分析

扩底楔形桩由于其桩身截面倒楔形结构,可以有效降低负摩阻力对基桩的影响;但是倒楔形面和扩大头的存在对中性点位置的影响却尚不清楚。为了分析扩底楔形桩中纵向截面形式(倒楔形面和扩大头)变化对基桩中性点位置的影响规律;基于透明土材料和数字图像处理PIV(particle image velocimetry)技术,采用非插入式测试方法开展地面堆载作用下扩底楔形桩的中性点位置测定模型试验,测得不同地面堆载等级作用下桩体沉降与桩周土体沉降等变化规律,探讨桩-土相对位移和中性点位置随地面荷载等级的变化规律;同时进行了负摩阻力作用下等截面桩中性点位置测定透明土模型试验作为对比分析。研究结果表明,利用透明土材料来研究扩底楔形桩中性点位置的试验方法在技术上是可行的。所研究试验条件下,由于倒楔形面和扩大头的存在,扩底楔形桩的中性点位置明显较常规等截面桩低。     

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.     

基于透明土的梅花桩沉桩挤土效应

为研究梅花桩沉桩挤土效应,开展了一系列梅花桩沉入透明土的模型试验.结合透明土和粒子图像测速技术,采用静压桩方法研究了梅花桩沉桩过程中不同阶段桩周土位移变化特征.根据圆孔扩张理论和梅花桩的几何特性,建立了一种简单的修正圆孔扩张理论,用于分析梅花桩的沉桩挤土径向位移的分布规律以及挤土效应影响范围,同时利用数值计算方法建立了...     

静压楔形桩沉桩效应模型试验研究

为探讨楔形桩与等截面桩在静力沉桩过程中的沉桩效应,在软土地基中分别对l根等截面模型桩和3根不同楔角的楔形模型桩进行静力沉桩试验.通过试验数据整理分析,获得等截面桩与楔形桩在静力沉桩中桩周土的竖向位移、径向位移、沉桩压力与沉桩深度的规律及最大竖向位移和径向位移.研究结果表明:在相同地质条件下,楔形桩周土的竖向位移和径向位移分别随沉桩深度、楔角的增大而不断下沉并靠近桩中心;最大竖向位移和径向位移均出现在1倍平均桩径处,最大竖向位移为平均桩径的5.78％～9.45％,最大径向位移量为平均桩径的0.92％～2.04％;楔形桩沉桩所需的沉桩压力随桩深度、楔角的增大而不断增加,且增加的速率越大.     

扩底楔形桩竖向抗拔承载力理论计算方法

基于极限平衡原理,建立竖向极限荷载下考虑桩型和土性的含未知参数的统一复合破坏面;根据最大最小值原理,确定破坏面函数中的未知参数及其表达式,从而计算得到极限承载力。通过针对扩底楔形桩和常规扩底桩模型试验结果的对比分析,验证本文所建立理论模型的准确性和可靠性,并分析桩型(如扩大头直径、楔形角等)和桩周土性(如凝聚力、内摩擦角等)等因素对扩底楔形桩竖向抗拔承载力特性的影响规律。研究结果表明,本文所建立的理论计算方法可以简单、有效地计算扩底楔形桩竖向极限抗拔承载力。     

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。     

改进型DIC技术在静压桩模型试验中的应用

目前数字图像匹配(digital image correlation, DIC)技术在岩土工程领域中的应用越来越广泛.在室内模型试验中采用DIC分析技术可实现对沉桩过程中桩周土体位移的测量,进而对桩周土体位移分布规律进行研究.但是位于桩-土界面处的薄层土厚度较小,其位移无法利用DIC技术进行测量,因此对DIC分析技术进行改进,可记录并计算桩-土界面土体位移场情况,从而研究沉桩过程中压桩速度和桩端深度对桩-土界面土体位移的影响规律.研究结果表明,桩体贯入时桩-土界面土体位移的规律可分为初始阶段和稳定阶段,初始阶段土体位移表现为急剧增大然后迅速减小,而稳定阶段土体位移在0 mm附近波动.总体来说,在砂土中压桩,桩-土界面土体随桩体贯入发生的位移较小.在同一桩端深度处,压桩速度越快,桩-土界面土体位移越大;当压桩速度相同时,桩体贯入深度越深,桩-土界面土体累计位移越大,稳定阶段反弹位移越小.研究结果对进一步揭示桩-土相互作用机理和桩-土界面受力变形机理具有一定的参考价值.     

预钻孔孔径对沉桩挤土效应的影响分析

为研究预钻孔孔径大小对沉桩挤土效应的影响,基于修正剑桥模型的圆孔扩张理论解答,把沉桩过程看作不排水的圆柱形孔扩张的过程,把桩周土体分为塑性区与弹性区,对比分析不同预钻孔孔径下沉桩产生的塑性区半径、桩土接触压力、桩周土体位移、孔隙水压力.分析表明土体性质及修正剑桥模型中的参数对挤土效应均有影响,其中各向同性超固结比对挤土效应的影响最大,当预钻孔孔径小于一定值时,孔径大小变化对挤土效应影响不明显.本文分析可以为沉桩工程提供理论参考.     

考虑沉桩挤土效应的楔形管桩纵向振动特性

基于剪切复刚度传递方法研究考虑沉桩挤土效应的楔形管桩纵向振动特性。首先,根据楔形管桩特殊的桩身结构并考虑桩周土的成层性,将桩-土体系沿竖向划分为若干段,进一步地,将桩周土沿径向划分为若干环形圈层以考虑沉桩过程中的挤土效应导致的土体径向非均质性;逐圈层求解土体动力平衡方程并通过相邻圈层间剪切复刚度的传递得到桩-土界面的剪切复刚度,求解桩的动力平衡方程,并结合Laplace变换和阻抗函数递推的方法,得到楔形管桩桩顶复阻抗频域响应解析解;通过与已有解答的对比证明了本文解的可靠性,在此基础上,分析了楔形管桩桩身参数及沉桩过程中的挤土效应对低频范围内桩顶复阻抗的影响。     

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.     

楔形桩与等直径桩承载特性对比模型试验研究

针对楔形桩的承载特性,开展砂土中竖向压荷载、水平向荷载以及地面堆载作用下等混凝土用量楔形桩和等直径桩承载特性对比模型试验,测得不同荷载等级下桩顶荷载-位移关系曲线以及桩侧摩阻力、桩端阻力、桩侧土压力、桩顶下拽位移和桩身下拽力等分布规律;探讨楔形桩与等直径桩在竖向抗压、水平向承载力以及负摩阻力特性的异同点,分析楔形角对砂土中基桩的承载特性的影响规律。研究结果表明:在本文试验条件下,砂土中楔形桩的单桩竖向抗压力和水平向极限承载力约分别为等混凝土用量等直径桩的0.75倍和1.26倍;楔形桩的桩顶下拽位移与等直径桩的下拽位移相比减小1/5~1/4。     

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.      

用空间柱形孔扩张分析沉桩过程

采用修正剑桥模型,考虑了桩周土的挤土效应,根据实测的土体参数,用空间柱形孔扩张对沉桩模型试验进行了分析,分析了结果与模型试验结果吻合较好,计算结果表明,分析沉桩引起的应力和位移时,应考虑桩周土的挤土效及桩周摩擦力的影响。     

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。     

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.     

基于模型试验的桩周土压力

通过模型试验研究了锤击沉桩过程中挤土桩的径向土压力.通过与静压沉桩的研究结果进行比较,发现这两种沉桩方式引起的径向土压力规律相似:当桩尖向下刺入接近测点时,径向土压力急剧增长;当桩尖尚未刺入测点深度时,测点处的径向土压力就已提前达到峰值;当桩尖继续下沉到测点以下时,测点处的径向土压力又急剧减小;两种沉桩行为引起的径向土压力峰值随深度变化均呈近似线性增长.锤击沉桩和静压沉桩的不同之处在于锤击沉桩的桩周土压力受锤击荷载扰动较大,所以径向土压力曲线相比静压沉桩曲线有较大波动.在砂土密实度相似的情况下,位于同一测点处的静压沉桩的桩周土压力数值明显高于锤击沉桩.     

楔形桩的动力响应与试验研究

假设桩体为弹性,桩周土体通过平面应变模型描述,利用Laplace变换和阻抗传递法求得桩顶动力响应.对数值结果进行参数分析,讨论了桩土特性对楔形桩动力响应的影响,并且通过模型试验验证了理论的正确性.结果表明:1)存在临界桩径比,使得楔形桩的桩底反射信号难以判读,临界桩径比随桩长增大而增大;2)楔角和桩长对楔形桩的动力响应有较大的影响,对于桩尖直径为0的小直径楔形桩,桩长对其动力响应影响不大;3)土体的剪切波速和纵向分层性对楔形桩的动力响应会产生较大影响;4)模型试验结果与理论解符合,反映规律一致.     

缩径承台基桩竖向承载力及桩周土体变形

为了探究含缩径缺陷的承台基桩竖向承载性能和桩周土体变形规律,以缩径位于桩体深部为例,对1根完整承台基桩和6根缩径承台基桩进行了室内透明土模型加载试验,得到了桩荷载-沉降曲线。通过数据处理,得到承台沉降4 mm(极限承载力)时的桩周土体位移场。研究了缩径轴向尺寸和径向尺寸对承载力和桩周土体变形的影响规律,给出了承载力的变化原因。研究结果表明：缩径会严重影响基桩承载力,当轴向尺寸为20 mm、径向尺寸为8 mm时,极限承载力损失可达17.59%。承台和缩径周围的土体产生了较大的变形,减少了桩与土之间的相对位移。随着缩径轴向尺寸和径向尺寸增大,土体变形增大。缩径周围和桩端之间的土体发生贯通现象,桩与土体产生了同步位移,且随着缩径尺寸越大,贯通现象越明显。承台和缩径周围的土体与桩之间的相对位移,以及缩径周围与桩端之间的土体产生的贯通现象导致桩的侧摩阻力降低,从而损失了桩的承载力。