微型管桩高频振动贯入过程挤土效应数值分析

高频振动贯入桩因具有低噪音和低振动的优点而得到广泛应用。为研究微型管桩高频振动贯入过程的机理,采用耦合的欧拉—拉格朗日方法建立微型管桩高频振动贯入过程的三维有限元模型,对桩贯入过程中桩挤土应力和挤土位移进行了分析。研究结果表明:单桩高频贯入过程中,桩周土体水平应力在径向方向上急剧衰减;深度方向上,土体水平应力最大值出现在桩端下方,且最大值随桩的贯入深度增加而增加;地表位移以隆起为主,随径向距离增大而减小;群桩依次贯入时,后打入桩会造成先打入桩周边土体的竖向位移和水平位移增加。     

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。     

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     

静压排桩贯入对地下管道影响的有限元分析

为保证城市地下管道的安全性，工程施工过程中应对静压排桩贯入建立有限元模型予以模拟。采用有限元软件ABAQUS建立了三根桩以及一根埋地管道的三维模型，得到了先中间后两边贯入、从一边依次贯入两种压桩顺序的模型，以期模拟静压排桩的施工过程。通过提取贯入过程中对地下管线产生的应力及位移数据，对比分析静压排桩贯入及不同压桩顺序对埋地管道的影响。研究结果表明，静压排桩贯入对地下管道产生的应力和位移随着各桩的贯入积累及打桩顺序不同而增加；静压排桩贯入对临近地下管道的应力、位移及排桩中的单桩贯入对临近地下管道产生的大主应力及位移与其被贯入的次序有关，采用不同打桩顺序的数值模拟可以较好地预测桩体贯入产生的应力和位移。     

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。     

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.     

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.      

GFRP静压桩挤土效应模型试验研究

为掌握GFRP桩-土相互作用机理及压桩动态力学效应,开展GFRP静压桩模型试验研究,对表土隆起量和径向挤土压力进行分析.分析表明:表土隆起量在径向距离在1.8D(桩径)处达到峰值.此峰值随沉桩深度的增加而减小,数值最终大致稳定在0.05D;径向挤土压力随沉桩深度的增加而先增大后减小,当沉桩深度大致等于测点深度时,测点处径向挤土压力达到峰值;峰值径向挤土压力Pm随着径向距离的增大不断衰减.当径向距离达到3D时,Pm衰减至峰值径向挤土压力的最大值Pmm的30%以下;Pmm出现在桩身中下部,数值大致与桩径成正比.     

碎石桩复合地基桩土应力比的时效分析

对碎石桩复合地基的时效特性进行研究,根据桩体及桩间土体应力随时间的变化规律,考虑碎石桩复合地基中土体径向、竖向双向排水固结的特点,基于线弹性状态下桩体及桩间土体的应力一应变关系,分别给出考虑时效的桩体与桩间土体竖向应力计算方法,进而建立桩土应力比时效计算的双曲线模型,得到考虑时效的桩土应力比计算方法.研究结果表明:碎石桩复合地基桩土应力比随时间呈双曲线变化,其值与不考虑时效时相比可增大1倍,时效非常明显,在具体计算时不容忽视;双曲线时效模型能够有效地模拟碎石桩复合地基桩土应力比的时效规律;利用桩土应力比时效模型对某工程实例进行计算、分析,理论桩土应力比随时间的变化曲线与实测曲线较吻合.     

下卧碎石层对静压管桩挤土效应的影响

利用通用有限元软件ABAQUS分析软土地基下卧碎石层对静压管桩挤土效应和承载力的影响,并探讨管桩不同贯入深度时地表竖向隆起、地基土体水平位移、桩周土体和桩身应力的变化规律.结果表明:静压管桩施工导致桩周附近地表隆起,随着离开桩周的距离增大,地表隆起效应迅速减弱;静压管桩使桩周土体产生显著的水平挤压效应,静压管桩施工至下卧碎石层时,碎石区域中的位移效应明显小于桩周土体为软土时的位移效应;以碎石层为持力层,可显著提高管桩的承载力.     

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。     

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。     

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.     

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.     

砂土地区深基坑稳定性评价及力学效应分析

结合某地铁车站基坑开挖工程,基于基坑支护结构的现场实测数据,对排桩内支撑基坑支护体系桩顶水平位移,桩体侧向位移及基坑周边土体沉降量进行分析,得出基坑围护结构各项位移和周边土体沉降随时间及开挖深度的变化规律.建立研究区二维有限元模型,并将实测数据与模拟值进行对比,研究支护结构内力变化及桩后土体应力状态.研究结果表明:基坑长边桩顶水平位移约为短边桩顶水平位移的3倍,桩体最大侧向变形量位于1/2H(H为基坑开挖深度)处;基坑开挖及降水引起地面沉降范围约3H,基坑周边各监测断面最大沉降量出现在距基坑边22m处(约0.82H~0.96H),内支撑架设有助于增大基坑整体稳定性.     

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.     

兰州地铁深基坑开挖与支护三维数值分析

以采用明挖法的兰州市某一地铁深基坑为例.对深基坑周围的地质勘查报告进行详细分析,考虑其初始地应力、车站主体结构、施工过程及土层的物理力学参数等诸多因素,采用有限元软件对基坑开挖与支护全过程进行模拟研究.通过计算,对不同开挖阶段的桩身位移和弯矩、地表沉降进行分析;讨论围护结构和支撑体系的参数改变对深基坑变形的影响.分析表明:支护桩的位移随开挖深度的增加而增加,并且桩身位移曲线有明显的"鼓肚"现象;桩体弯矩呈现两头小、中间大的形状,并且随着开挖的进行,桩体弯矩呈现"S"曲线;深基坑土体的沉降随基坑开挖深度的增大而增大,最大沉降出现在桩后15m左右处;支护桩的变形随桩体埋深、支撑条件的变化而变化.     

引水暗渠湿陷性黄土-灰土挤密桩复合地基动力特性

采用时程分析法,对湿陷性黄土地基引水暗渠灰土挤密桩单桩—土体模型的动力特性进行研究,结果表明:在水平地震荷载作用下,桩顶的位移最大,桩与土接触位置桩的位移比土的位移大,桩竖向中心节点的应力很小,桩侧土体应力大且沿径向增大,桩底土体应力随深度增大减小趋势不明显.这些变化规律为多桩与土相互作用时节点位移和应力的变化规律研究和群桩—土体模型是否产生群桩效应分析提供参照依据,同时为桩—土—上部结构共同作用分析提供基础理论.     

循环温度荷载下砂土地基能量桩工作特性

为了解静力荷载下温度循环对能量桩承载特性的影响,运用室内模型槽试验,对多次循环温度荷载下砂土地基能量桩模型的工作特性进行了系统研究.试验结果表明:桩身附加应力峰值随循环次数增加而增大;桩顶无载荷时,桩端土压力变化最大值随循环次数增加而逐渐减小,多次循环后桩端土压力及桩顶位移恢复初值;当桩顶有较大载荷时,桩端土压力变化最大值随循环次数增加而增大,多次循环后桩端土压力分别增加了7,19kPa,桩顶位移产生沉降累积,最终沉降累积量分别达桩体直径的0.14%和0.58%.     

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.