串联式能量排桩逆转流向现场热响应试验

能量排桩在温度作用下会引起桩体热应力.针对黏土地基中串联式摩擦型能量排桩循环水流向开展现场热响应试验研究,实测进/出口水温、桩身温度以及桩身热应变等变化规律;分析能量桩换热、桩体轴向约束应力等热力响应特性.研究结果表明,本文试验条件下,在3.0 kW恒定输热功率下,循环水流向逆转前后,串联能量排桩的换热平衡能迅速达到稳定状态;串联能量排桩循环水流向逆转对于正中桩基本无影响,而对两边桩有较大影响,流向逆转不会降低排桩整体换热效果,且在流向逆转后,桩体最大轴向约束应力为-2.09 MPa,在桩体承载范围内,不影响桩体承载性能.     

基于桩土位移协调的柔性桩荷载传递机理研究

基于桩土的位移协调,通过引进并加以改进的Alamgir位移模式和弹性理论分析柔性桩的荷载传递.根据桩侧摩阻力在桩顶以下1/3有效桩长处达到最大的条件,推导出有效桩长的计算式,进一步获得柔性桩的桩身应力、桩侧摩阻力的简化计算式.通过实例分析,验证计算公式的合理性.结果表明:桩侧摩阻力理论值与试验实测值相差较大,但沿桩长的分布二者较一致;桩身应力理论值与试验实测值吻合非常好;有效桩长理论值非常接近实测桩身应力几乎为0的深度.因此,推导出的柔性桩的桩身应力、桩侧摩阻力和有效桩长的计算方法具有一定的工程参考价值.     

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.     

深开挖基坑回弹引起的坑中桩受力与位移计算

深基坑开挖卸载坑底土回弹会对坑底桩的受力性状产生影响.在不考虑桩身自重的情况下以残余应力法和Mindlin解为基础,以桩土位移协调和桩体受力平衡为条件,研究刚性桩桩体回弹量和桩侧摩阻力分布.分析结果表明,桩体的位移量随着桩长和桩径的增长而减小,桩径的变化对中性点的深度位置以及桩侧摩阻力的分布形态影响很小.中性点随着桩长的增加其深度位置逐渐下移.当桩长相对较短时,桩体的位移量随着基坑开挖深度的增加为增大;当桩长相对比较长时,桩体的位移量随着基坑开挖深度的增加而增大,最后出现平缓的趋势.中性点随土体回弹再压缩模量的增大而下移,桩体回弹量随土体回弹再压缩模量的增加而减小,后趋于定值.     

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.     

海上风力机大直径单桩数值模拟对比分析

利用有限元软件ABAQUS数值模拟,从节省材料用量的角度出发,通过增大桩径的同时减小桩身壁厚来保持桩身材料横截面积不变,来考察不同桩径下,桩身的应力应变的变化规律及荷载传递机理.得到分别在水平和竖向荷载作用下,桩径较大的桩虽然桩壁变薄,仍拥有较好的结构安全储备.再考察大直径单桩侧摩阻力随深度的变化规律,发现桩侧摩阻力随着桩径的增大而增大,表明当桩径足够大时,不能忽略桩径变化对桩侧摩阻力的影响.最后通过分析轴力与桩侧摩阻力之间的关系,得出短桩与中长桩具有不同的荷载传递机理.     

采用位移模式的柔性桩单桩荷载传递规律分析

根据桩土的位移协调条件、改进李海芳位移模式和有效桩长的定义,分析桩侧摩阻力在桩顶处最大时的柔性桩单桩荷载传递规律,得到柔性桩的桩身应力、桩侧摩阻力和有效桩长的计算表达式.实例计算结果表明:桩身应力和桩侧摩阻力均是在桩顶处最大,沿桩长的分布形式与试验结果较一致;有效桩长与试验值非常接近,且比段继伟的建议取值稍大.     

堆载和桩顶荷载组合作用下的桩土响应分析

桩侧负摩阻力是影响桩基工作性能的重要因素,而堆载和桩顶荷载对桩侧摩阻力的分布影响很大,为了研究其组合作用机理,采用拉格朗日差分法分析堆载和桩顶荷载组合作用下桩侧摩阻力分布、中性点位置变化规律以及桩体轴力分布。研究结果表明:负摩阻力主要出现在0.37~0.64倍桩长位置;当堆载小于或等于60 k Pa时,负摩阻力沿桩身向下先增大后减小并逐渐过渡到正摩阻力;当堆载大于60 k Pa时,负摩阻力沿桩身向下逐渐减小然后过渡到正摩阻力;桩体最大轴应力与堆载和桩顶荷载具有明显的二元线性相关性;中性点位置变化规律受桩顶荷载和堆载组合值的影响,根据此规律得出二元方程式,可用于快速估算中性点的位置。     

嵌岩灌注桩竖向荷载传递特性现场试验

为探讨不同桩径、不同桩长的旋挖成孔嵌岩灌注桩在不同荷载水平下的荷载传递规律,基于印尼某燃煤电站桩基工程,在6根嵌岩桩桩身安装钢筋应力计进行单桩竖向抗压静载试验。试验结果表明:6根试桩的荷载—位移(Q-s)曲线均为缓变型,没有明显的陡降段,桩顶沉降与桩顶荷载呈非线性关系,回弹率介于37.6%～70.9%之间,残余沉降较小,承载力较高,均满足设计要求;桩身轴力随深度逐渐衰减;随桩顶荷载增加,桩侧摩阻力发挥表现出异步性,最大荷载作用下嵌岩段侧摩阻力达到峰值,6根试桩在嵌岩段的最大侧摩阻力介于136.2～166.4 kPa之间;桩端阻力随荷载水平的增加逐渐增大,在最大荷载作用下,桩径为800 mm的试桩长径比介于19.38～20.13,其桩端阻力分担荷载介于54.8%～55.2%,表现出摩擦端承桩的特性;桩径为600 mm的试桩长径比介于42.17～44.67,其桩端阻力分担的荷载介于30.9%～32.6%,侧摩阻力发挥主要作用,表现出端承摩擦桩特性。试验结果对印尼地区嵌岩灌注桩的应用具有重要意义。     

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。     

基于剪切位移法的基桩负摩阻力计算

在对现有2种常用基桩负摩阻力计算方法进行分析的基础上,探讨了影响桩土间实际负摩阻力的主要因素.进而根据有效应力原理,建立出能充分考虑桩土剪切位移对摩阻力发挥程度影响的基桩负摩阻力计算分段曲线模型,并由此推导出基于荷载传递法的负摩阻力计算基本微分方程,并给出了在不同桩土相对位移条件下基桩负摩阻力计算的分段解析式.在此基础上,引进土体在均布压力作用下沉降的弹性解,从而得到了桩身轴向力、中性点的位置及基桩负摩阻力计算的改进方法.理论与工程实例试验结果对比分析表明,采用该方法所得的桩身轴力随深度的变化曲线与实测曲线吻合良好.     

低位真空预压作用下桩基负摩阻力试验研究

结合大面积超载的应力传递特性,提出了用低位真空预压的方法模拟大面积超载作用下桩基的负摩阻力问题.对3×3群桩的负摩阻力分布情况进行了室内模型试验研究;结合试验结果,分析了土体的分层沉降特性,阐述了不同位置桩基负摩阻力发挥特性,进一步对比讨论了中性点位置的时间效应;结合其他学者的成果,对负摩阻力的计算方法进行了分析.研究结果表明:低位真空预压方法能够较好地反映大面积超载作用下深层土体的固结特性;桩土差异沉降为5mm时,桩基负摩阻力已发挥80%~90%;角桩的负摩阻力最大,边桩次之,中心桩最小;随着固结时间的增加,中性点位置逐渐下移并趋于稳定,中心桩的中性点最高,角桩最低.试验结果具有一定的实践意义.     

考虑固结效应的高填方夯实地基桩侧负摩阻力计算方法

依托在高填方夯实地基上进行的桩侧负摩阻力现场试验,根据负摩阻力测试结果,提出考虑固结效应的高填方夯实地基桩侧负摩阻力计算方法。该方法对高填方地基强夯加固区与非加固区分段进行侧摩阻力计算,采用太沙基一维固结理论计算桩侧土沉降,反映固结效应对桩侧摩阻力的影响,利用土-混凝土界面直接剪切试验得到桩土荷载传递函数,反映桩土相对位移对侧阻力发挥程度的影响,采用有限差分法求得计算公式的数值解,并将计算结果与现场试验结果对比分析。结果表明,采用文中推导的公式计算的桩侧负摩阻力沿深度的变化趋势与现场试验测试结果一致,现场实测桩侧负摩阻力值约是理论计算值的1/2,工程应用时可将理论计算的桩侧负摩阻力值乘以0.5的折减系数。     

基于光纤技术和有限元计算的灌注桩承载特性

为了掌握灌注桩的承载力及桩身受力分布和传递规律,本文开展了灌注桩现场静载试验,并使用光纤传感器对灌注桩桩身变形进行了测试,获得了桩身应变信息。采用有限元软件ABAQUS,开展了灌注桩承载特性数值模拟研究。结果表明,静载试验得到的桩基Q-S曲线和数值模拟测得的桩基Q-S曲线基本一致;光纤传感器所得结果显示桩身轴力在桩头处是最大的,随着桩长增加而逐渐递减,整体变化规律与数值模拟结果规律一致;灌注桩实测桩身侧摩阻力沿桩长变化规律与数值模拟得到的受力分布和传递基本一致,验证了有限元计算模型中选取的参数是合理的。考虑了桩长、桩径和桩土界面摩擦系数对桩基Q-S曲线、桩身轴力分布和侧摩阻力分布的影响,桩径和桩土界面摩擦系数对桩基的Q-S曲线、桩身轴力分布和侧摩阻力分布的影响很大,而桩长的影响较小。     

刚性桩复合地基边桩效应的模型试验研究

刚性桩复合地基的边缘区域存在着边桩效应,这与刚性桩复合地基的失稳破坏存在着直接联系,对复合地基的承载能力和工作性状具有重要的影响.基于模型试验,通过对桩体轴力、桩侧摩阻力和桩土应力的分析,对刚性桩复合地基的边桩效应进行了系统的研究.研究表明:桩身最大轴力点位置大约在1/3桩长处,也与桩侧摩阻力中性点的位置基本相同;在相同荷载作用下,内桩分担的轴力比边桩大,且受力比较均匀;桩土应力的分布规律验证了刚性桩复合地基中土拱效应的产生,且内桩的桩土应力比大于边桩,体现了内桩相对于边桩在荷载传递中发挥了更为明显的分担作用.研究结果对于具体的工程应用具有一定的指导意义.     

黏土中静压沉桩离心模型

采用西澳大学室内鼓轮式离心机,在预先固结的高岭黏土中开展不同离心力场(50g,125g及250g,g为重力加速度)条件下的模型压桩试验、T-bar试验和静力触探试验,分析了模型桩在贯入过程、静置稳定过程中桩身径向应力(σr)的变化规律,并对后期桩体拉伸载荷阶段的径向应力变化值(△σr)及桩侧摩阻力变化情况行了探讨,揭示了在不同超固结比(OCRs)黏土中静压桩侧摩阻力的演变特性.在此基础上,通过两种经验公式方法对桩侧摩承载力进行了预测计算和对比分析.研究结果表明:沉桩过程中桩端相对高度(h/B)对桩身径向应力的发展变化有很大的影响,桩身不同位置(h/B)的总径向应力对同一贯入深度而言,存在桩侧径向应力退化现象;基于静力触探试验提出的经验方法,能有效考虑静力触探锥端阻力(qt)和桩端相对高度(h/B)因素的影响,将其应用于黏土沉桩时桩侧摩阻力的预测,可取得与试验实测结果较吻合的结果.研究成果对软土地区静压桩施工与承载力设计具有一定的工程指导意义.     

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.     

刚性桩复合地基桩土应力比计算方法

为了准确简便地预测路堤在荷载下发生的沉降变形,必须对桩基复合地基的桩土应力比进行合理正确的评价计算.针对高速公路地基处理中采用刚性桩复合地基的情况,假设路堤土中基底相对位移下土柱间滑移面剪应力垂直分布,考虑桩顶上刺入路堤、桩端下刺入下卧层以及桩侧负、正摩阻力非线性分布,分析了路堤-桩-地基土整体在应力与位移协调下的相互作用.通过迭代计算求得路堤内等沉面高度与加固区中性点位置,得到戴帽刚性桩复合地基在路堤荷载下的简单桩土应力比计算公式.通过2个工程实例实测数据对提出的计算方法进行了合理性验证,分析结果表明该方法对于填土路堤高度大于2倍桩净间距的工况计算结果具有较高的精度.     

南沙地区钉形水泥土搅拌桩荷载传递规律的试验研究

以广州南沙某城市干道地基加固的钉形水泥土搅拌桩为研究对象,通过在桩体中埋设应变片,结合现场载荷试验,对钉形水泥土搅拌桩桩身应力、轴力和侧摩阻力的变化规律进行研究。研究结果表明:由于钉形水泥搅拌桩变截面的作用,在变截面上下两端桩体的应力和轴力产生较大衰减,形成1个明显的凸峰;桩身的应力和轴力主要集中在变截面之上,它们分别占全部应力和全部轴力的58.79%和78.82%,而变截面下部12.0 m长桩身的应力和轴力分别只占42.21%和21.17%;桩体的桩身侧摩阻力与深度曲线具有明显的分段性,呈S型;在距桩体上部4.5 m范围内,桩体侧摩阻力占总侧摩阻力的88.89%,而桩身下部10.5 m长桩体的侧摩阻力仅占总侧摩阻力的11.11%。     

基于光纤传感技术静压PHC管桩贯入过程试验

为探讨桩端阻力和桩侧摩阻力对静压桩贯入机制的影响以及贯入过程中的荷载传递规律,通过在桩身埋设光纤光栅(FBG)传感器,对足尺闭口PHC管桩静力压入层状土地基的沉桩过程进行监测.试验结果表明:光纤光栅传感器的稳定性好、抗干扰性强,对桩身应力的监测效果较好;压桩力的变化规律基本反映了土层的分布情况,桩端土层的软硬程度制约着压桩力的变化;桩端由黏土层进入到粉土层时,压桩力平均增加2.5倍,桩侧摩阻力平均增加1.7倍且占沉桩阻力的44.99%;桩端阻力受桩端土性的影响较大,粉土层的桩端阻力约为黏土层的2倍且占沉桩阻力的59.84%;桩端由硬土层进入软土层时,需考虑沉桩速度和桩身表面切向力对桩侧摩阻力的影响;在沉桩过程中,随着贯入深度的增加,同一标高处桩侧水平应力逐渐释放,桩侧摩阻力不断减小且其退化现象明显.