桩土临界位移的研究

为预测桩的极限承载力,对桩土临界位移进行了研究。选取了钻孔桩及管桩两种桩型的桩进行静载试验及内力测试。桩顶沉降量是由两部分组成的,一是桩身的压缩变形,二是桩的整体位移,用桩顶沉降量减去某一横截面以上桩身压缩产生的变形量后得到的位移是该截面的桩身实际位移。试验发现,对于超长的预制管桩,桩身压缩产生的变形量在桩顶位移中占重要比例,应以桩身实际位移进行桩土临界位移研究。根据试验结果绘制了各土层侧摩阻力与该土层处桩身实际位移的关系曲线,根据这些关系曲线可知:桩侧摩阻力随桩身实际位移的变化可分为快速增长阶段、平缓阶段及下降阶段,不同深度土层的侧摩阻力发挥不同步。采用"假想悬臂梁模型"对试验现象进行分析,得出某土层的桩土临界位移随桩土界面强度的增大而增大、随土层自身强度的增大而增大、随土层所受的周边土层向上的限制作用的增大而减小的结论。     

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。     

基于光纤光栅传感技术敞口混凝土管桩应力测试现场试验

基于4根足尺敞口混凝土管桩现场试验,在桩身刻槽预埋串联式的FBG传感器,成功地将准分布式FBG传感技术应用在贯入过程中桩身轴力的测试,研究了敞口混凝土管桩稳态贯入过程中桩端阻力和桩侧摩阻力的变化规律。试验表明：FBG传感技术能够准确分离桩端阻力和桩侧摩阻力,测试效果较为理想。桩端阻力和桩侧总摩阻力沿深度变化曲线反映土层的工程性质,桩端阻力受土层变化影响明显,硬质土层界面处桩端阻力平均增幅78.5%;桩侧摩阻力进入圆砾层时出现峰值,平均增长幅度为20.2%。桩端位于非硬质土层,桩端阻力、桩侧摩阻力变化不明显。贯入过程中桩身轴力变化曲线表明桩身下部侧摩阻力明显大于上部侧摩阻力。     

基于光纤光栅传感技术的敞口混凝土管桩应力测试现场试验

基于4根足尺敞口混凝土管桩现场试验,在桩身刻槽预埋串联式的光纤光栅(FBG)传感器,成功地将准分布式FBG传感技术应用在贯入过程中桩身轴力的测试,研究了敞口混凝土管桩稳态贯入过程中桩端阻力和桩侧摩阻力的变化规律。试验表明:FBG传感技术能够准确分离桩端阻力和桩侧摩阻力,测试效果较为理想。桩端阻力和桩侧总摩阻力沿深度变化曲线反映土层的工程性质,桩端阻力受土层变化影响明显,硬质土层界面处桩端阻力平均增幅78. 5%;桩侧摩阻力进入圆砾层时出现峰值,平均增长幅度为20. 2%。桩端位于非硬质土层,桩端阻力、桩侧摩阻力变化不明显。贯入过程中桩身轴力变化曲线表明桩身下部侧摩阻力明显大于上部侧摩阻力。     

单桩桩侧摩阻力变化规律的三维数值模拟

桩土间的相互作用是桩侧产生摩阻力的本质原因,本文基于MADIS/GTS软件通过设置不同接触单元、变化接触单元中剪切刚度模量、法向刚度模量对承受竖向力的桩侧摩阻力、轴力及应力等进行了分析。结果表明:在不同土层中设置相应的接触单元时,摩阻力在土层分界面处会出现明显拐点,对桩顶位移也有一定影响;随着模量值的增大桩侧摩阻力值也随之增大。     

刚性桩复合地基承载特性的试验研究

通过现场试验,测出了CFG桩不同深度处的桩身轴力和侧摩阻力,并得到了桩土应力比。分析了CFG桩复合地基中桩身轴力、桩侧摩阻力的分布及发展过程。研究了加载过程中桩侧摩阻力和端阻力荷载分担以及荷载分担比随外荷载的变化规律。最后介绍了CFG桩复合地基中负摩擦阻力的作用,得出了CFG桩由于褥垫层的设置,在加载初期,桩身存在负摩擦力,同时协调了桩土变形,使得桩土共同承担荷载,充分发挥土体的承载能力。     

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.     

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。     

层状地基中单桩荷载传递规律

对桩侧土和桩端土分别采用三折线荷载传递软化和三折线全塑性荷载传递模型,基于传递矩阵法,利用土力学及弹性理论导出了一套完整的确定层状土中桩顶荷载 沉降关系的解析算式.研究结果表明:对于置于淤泥、粘土、粉土、砂质粘土、残积土的人工挖孔桩,当桩土相对位移达3～7mm时,桩侧摩阻力达到极限状态,此时,桩侧摩阻力约占桩顶荷载的40%～50%;随着荷载的进一步增大,桩侧摩阻力减小,当桩土相对位移约为20mm时,桩侧摩阻力几乎全部丧失.同时,利用在某地区得到的桩侧摩阻力及深井试验测得的土工计算参数,运用该算法对某工程试桩进行了计算对比,其计算值与实测值吻合.     

基于桩-土软化模型的单桩荷载传递规律研究

桩身侧摩阻力是桩基设计非常重要的参数指标,而桩侧摩阻力的软化行为会引起桩承载能力的降低。基于桩-土软化模型推导出了单桩荷载传递规律的解析解。通过单桩静载荷试验,对比分析了解析解和桩荷载试验结果之间关系,结果表明桩的轴向力和桩-土界面应力应变吻合良好,验证了所提解析解的合理性。传统的解析解是通过经验法将桩端承载力当作已知边界条件使用,而本文提出的解析解可以通过不同的外加荷载和侧摩阻力来计算桩端承载力。由于考虑了桩侧土体的软化特性,在桩基加载过程中,从桩身归一化的侧摩阻力分布图中可以观察到桩身摩阻力的软化行为,桩基承载力有所下降。     

端承型静压桩沉桩贯入过程中桩侧阻力变化规律及其时效性试验研究

静压桩承载力的时效性主要由桩侧摩阻力的时效性引起,沉桩结束时桩侧摩擦的性状及其发挥程度将直接影响承载力的时效性。但是,目前承载力时效性的研究直接用终压力和承载力进行相关性研究而未考虑这一影响。因此本文将选择珠三角典型地层,进行模型桩的静力压入试验及其后的载荷试验,从摩擦学的角度研究桩端阻力变化对桩侧摩阻力发挥的影响机理,并进一步研究其对承载力时效性的影响。研究表明,沉桩过程中沉桩速度因桩压入不同性质土层、局部硬层及较硬的桩端持力层而发生变化,桩土之间的摩擦状态不断在干、湿摩擦之间转变,桩侧摩阻力的发挥随之变化。终压时桩侧若为干摩擦,则承载力时效性不明显,若为湿摩擦则时效性显著,即可利用终压时桩侧摩擦的性质和发挥程度来判断单桩承载力的时效性。     

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。     

螺纹桩负摩阻力计算方法

螺纹桩特殊结构形式,使得其更容易产生较大的负摩阻力。对螺纹桩负摩阻力的研究具有重要的理论和工程实际意义。首先讨论了螺纹桩负摩阻力的产生机理及其主要影响因素。并利用佐藤悟双折线模型,通过荷载传递法建立出螺纹桩负摩阻力的基本微分方程。利用连续和边界条件解出桩土相对位移解析式,进而推导出桩身轴力、中性点位置及负摩阻力计算公式,为螺纹桩的进一步研究应用提供一定的理论支持。     

黏性土中微型桩抗压和抗拔现场试验

为了更好地研究一种新的施工工艺下微型桩的承载性状,选用两根微型桩做现场静栽试验,每根桩中12个振弦式钢筋应力计被均匀布置于微型桩中．通过静载试验的结果发现,微型桩在承受抗压及抗拔时最终呈刺入破坏或桩身被拔出．土层性状和桩土相对位移对微型桩侧阻的发挥有很大关系,桩身侧阻随桩土相对位移变化呈应变硬化关系．不同土层及同一土层受力状态不同时,桩的临界侧阻和临界位移各不相同．通过将微型桩实测单位侧阻与静力触探试验结果对比分析发现,抗压时实测单位侧阻为静力触探试验的锥尖侧阻平均值的0．57—0．99倍,抗拔时实测单位侧阻为静力触探试验的锥尖侧阻平均值的0．37～0．72倍．抗压桩实测单位锥尖端阻为静力触探试验结果的0.38倍．     

基于AMESim的振动沉桩系统的动力学仿真分析

通过AMESim软件建立了桩-土系统的动力学数值仿真模型,研究了振动沉桩过程中激振力频率和土质条件对桩-土系统的振动摩擦特性的影响.对比不同参数下沉桩位移、桩端阻力和桩侧摩擦力的变化曲线,得出激振力频率以及土质条件对沉桩效果的影响规律:激振频率越高,沉桩振幅越小;土的黏聚力越大,沉桩阻力初始值越大;土容重越大,沉桩阻力变化速率越快.从而获得摩擦力较小的激振频率区间,以提高土木建筑施工中桩-土系统的工作效率.     

后注浆钢管桩桩-土界面力学特性及微观结构

后注浆微型钢管桩具备施工速度快、布置形式灵活、承载力高等优点,在输电线路基础工程中具有广阔的应用前景.目前有关注浆后桩-土界面力学行为与强度特性尚未得到定量认识,因此,需要开展后注浆钢管桩桩-土界面力学特性及微观结构的试验研究.依托国网沧州东光北变220 kV线路工程,对原状土和不注浆钢管桩、后注浆钢管桩桩侧不同水平距离处土体及桩-土界面进行现场取样,通过室内试验分析了注浆作用对土样变形及抗剪强度参数的影响,借助微米CT扫描仪和扫描电镜(scanning electron microscope,SEM)测试手段,从微观层面对比分析注浆作用下桩-土界面结构的变化及浆液进入原状土体的程度及分布特征.结果表明:注浆后浆液的渗入使得土体结构更加密实且黏聚力明显增大,但浆液影响范围有限.研究成果可为该桩型加固机理的揭示及工程设计提供参考依据.     

基于薄层单元法的单桩挤土效应数值模拟

通常预制桩施工会产生挤土效应, 这会对周围环境产生不利影响. 根据某桩基工程施工的实际情况, 利用大型有限元分析软件Abaqus, 通过在桩土间增加薄层单元的方法对单桩施工的挤土效应进行了数值模拟. 薄层单元的厚度取0.08 m, 其力学性质参数介于桩和土之间. 模拟时, 薄层单元近土侧与土中节点进行位移耦合, 而近桩侧则采用摩尔-库伦(Mohr-Coulomb)定律来反映桩体和单元之间的接触关系. 通过数值模拟, 探讨了外部荷载作用下抗压桩的变化特点, 得到了桩顶的荷载与桩入土深度的关系曲线, 分析了打入桩施工的有效影响距离和有效影响深度, 对比研究了有限元数值模拟结果与圆孔扩张理论的解析计算结果. 数值模拟结果表明, 单桩施工的水平向有效影响范围大约为5 倍桩径, 竖直向约为2 倍桩长. 数值模拟结果和解析计算结果比较接近. 使用薄层单元法进行打桩挤土效应数值模拟, 符合桩基工程施工的实际情况, 反映了桩土接触面的变形机理与受力状态. 这对桩基工程设计和施工具有一定的参考价值.     

灌注螺纹桩承载机理与计算方法

通过室内模型试验和数值分析研究了灌注螺纹桩的竖向承载机理.室内模型试验和数值反分析结果表明,灌注螺纹桩承载力取决于土体抗剪强度,承载力达到极限值时,桩周土体出现竖向剪切带.采用数值方法进行了参数分析,研究接触面属性、土体抗剪强度和螺纹桩构造尺寸等不同因素对其承载力的影响,进而分析承载机理及其规律.结果表明,影响螺纹桩竖向承载力的关键因素为土体抗剪强度指标、螺纹桩螺距和螺牙宽度.在此基础上提出了螺纹桩承载计算公式,并用现场试验和数值分析结果进行了验证.     

非均质土层中单桩水平动力阻抗计算及影响因素分析

运用土动力学和结构动力学原理．基于改进的Winkler地基梁模型,考虑了地基土的成层非均质性和桩土界面的相对分离效应以及桩侧土的弱化效应,采用数理方程方法分别求解桩与土的振动方程,建立了水平荷载作用下单桩动力阻抗函数的计算力学模型．通过数值计算将得到的单桩水平动力阻抗随激振频率的变化关系与现有的计算和试验结果进行了对比．验证了计算方法的合理性,进而通过变动参数计算得到了桩周弱化土域、桩土界面接触状态、桩身长细比和桩土刚度比等对单桩水平动力阻抗函数的影响规律。