湛江组结构性黏土中开口桩土塞效应的模型试验研究

在土层中打入开口桩,土体进入桩内形成土塞,土塞效应对桩的承载能力和沉桩后的工作性状有重要影响。在湛江组结构性黏土中打入开、闭口模型桩,进行了17组现场模型桩试验。通过对实验数据分析,得到了开、闭口桩的承载力以及土塞高度的变化情况与不同桩径、壁厚之间的关系;探讨了土塞增量与桩打入深度之比(IFR)随桩长与内径之比的变化规律,线性拟合出土塞增量与桩打入深度增量之比(IFR)与土塞高度与桩打入深度之比(PLR)的经验公式。结果表明:基于湛江组结构性黏土的现场模型试验下,开口桩的承载力较同等规格的闭口桩承载力偏小,减小比例为20%~30%;土塞高度的增量随着桩径以及壁厚的增大而变大;随着管径的壁厚比越大,土塞相对高度越大;试验桩中土塞都是部分闭塞,但随着桩入土深度的继续增加,闭塞效果逐渐增强;而通过拟合得出的IFR与PLR之比基本成线性关系。     

开口管桩沉桩过程试验研究与颗粒流模拟

利用侧面透明的模型箱和铝管半模桩模拟了开口管桩在砂土中的沉桩过程.分别测量了不同桩径和不同相对密实度开口管桩完全闭塞时的土塞高度.结果表明桩径越大,相对密实度越小,则土塞高度越大.利用高分辨率数码摄像设备观察到了土塞形成的三个阶段,重点分析了土塞内几个特征砂颗粒的移动轨迹和压桩过程中孔隙率和接触数的变化,从细观尺度出发探讨开口管桩沉桩过程中砂土的变形机制和土塞形成机理.利用Geodip软件分析了桩土接触面处的砂粒长轴定向和平均配位数,分析表明,土塞形成过程中颗粒原先的结构被打破以及发生了剧烈旋转,颗粒重新进行分布.在模型试验基础上,通过二次开发PFC2D颗粒流程序对沉桩全过程进行离散元仿真模拟.数值模拟结果表明,PFC2D能够模拟开口管桩从开始刺入砂土到形成土塞并最终呈现闭口管桩性态的整个过程.     

基于太沙基极限承载力理论的管桩土塞高度计算方法

为分析开口管桩沉桩过程中产生的土塞效应,首先从土塞的形成过程和作用机理出发,建立了土塞单元体的受力平衡方程,得出了垂直向总荷载的表达式;其次,将土塞视为"桩中桩",基于太沙基桩端极限承载力理论,得出"桩中桩"桩端极限承载力的表达式,从而导得管桩在沉桩过程中土塞高度的表达式;最后,将本文理论计算结果与工程实例进行对比分析,并进一步分析了径厚比、土的黏聚力以及桩土表面粗糙度对管桩沉桩过程中形成的土塞高度的影响,得出结论:同一入土深度,土塞高度随着径厚比增大而增大,随着桩土表面粗糙度的增加而减小,而土的黏聚力对土塞高度的影响不大.结果表明本文计算方法是基本可行的,对开口管桩沉桩过程中土塞高度的预测计算具有一定的参考价值.     

考虑内摩擦角影响的开口管桩极限承载力理论分析

针对桩内土塞的存在导致开口管桩极限承载力力计算的困难,在别列赞策夫理论的基础上,将开口管桩的桩壁和桩内土塞分别按刚、柔基础对待,考虑持力层土内摩擦角对桩壁和土塞的影响,推导出了持力层为砂土的开口管桩单桩极限承载力公式。选取12组算例对该承载力公式进行计算,结果表明：当持力层土的内摩擦角越大、桩长越长、桩内径越小时,土塞端阻应力和桩壁端阻应力的差值就越大;当持力层土内摩擦角大于30°时,用该表达式计算出的开口管桩极限承载力值比用 JGJ94—2008《建筑桩基技术规范》方法计算值大很多,说明用该规范计算的承载力还有很大的安全储备。     

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。     

土塞效应对不同壁厚大直径钢管桩竖向承载力的影响

通过对钢管桩单桩竖向极限承载力计算公式分析,发现计算公式中并没有考虑壁厚改变对钢管桩端部承载力以及土塞效应的影响。文章使用小泉法对钢管桩的土塞效应进行判断,在此基础上运用ANSYS有限元软件模拟分析在其他条件不变的情况下,不同壁厚的钢管桩对竖向承载力的影响。通过对不同尺寸钢管桩进行逐级加载绘制出钢管桩桩顶的荷载—位移曲线,从而得出不同尺寸钢管桩的竖向承载力。通过对钢管桩竖向承载力与钢管桩壁厚的变化趋势进行拟合分析可知钢管桩的竖向承载力与壁厚呈线性关系,可为今后涉及钢管桩壁厚改变时的竖向承载力计算提供参考。     

基于桩土界面应力测试的开闭口桩静力沉桩室内试验对比研究

为了探究黏性土中静力沉桩力学机制,开展饱和黏性土中开口桩和闭口桩静力沉桩大型室内模型试验,获得开口桩和闭口桩静力沉桩引起的桩土界面超孔压和土压力的变化规律.同时,根据有效应力原理计算桩土界面有效土压力,将有效土压力与水平自重应力之比视为桩土之间的贴紧系数,建立静力沉桩过程中桩土之间贴紧程度的判定方法.研究结果表明:闭口...     

动力沉桩中土塞作用数值分析

假定开口钢管桩的闭塞效应在桩端10倍桩径的范围内发生,用三种土塞模型来模拟土塞作用机理,采用编制的Smith法求解波动方程程序,对某工程打桩中土塞作用进行了数值比较分析,最后得到工程中分析土塞作用的实用模型。     

考虑土塞效应的开口管桩承载力CPTU计算方法

为了完善考虑土塞效应的开口管桩承载力计算方法,采用孔压静力触探(CPTU)技术与静载试验对崇启大桥北岸接线工程中的预应力高强度混凝土开口管桩(PHC)场地进行了现场测试.基于CPTU测试数据,结合锥尖阻力与桩端阻力的相关性关系,提出了一种开口管桩承载力的CPTU计算新方法.结果表明:当沉桩深度小于15 m时,土塞增长率随桩深增加呈线性下降的趋势.下卧层为硬土层,当沉桩深度由20 m增加到25 m时,土塞增长率从0逐渐增长到10%.管壁环面端阻计算值与CPTU测试结果的比值稳定为0.68.基于所提方法计算的管桩承载力与静载试验结果平均误差仅为4.5%,远低于国内其他规范法的计算结果,计算精度较高,值得在桩基工程中推广使用.     

竖向荷载作用下大直径钢管桩承载力特性分析

近年来,新型大直径钢管桩基的承载力特性备受关注,为此,以湛江某新建油码头工程大直径钢管桩测试桩Z2桩为研究对象,采用有限元三维数值静载试验方法,对竖向荷载作用下大直径钢管桩的桩径、桩长、桩侧土摩擦系数及桩端土压缩模量对其承载力特性的影响规律进行研究。结果表明:钢管桩桩径增大,则其极限承载力和桩侧摩阻力随之提高,桩端沉降与桩顶沉降之比逐渐减小,同时桩端阻力随着桩径的增加而减小;钢管桩桩长增加,钢管桩的极限承载力和桩侧摩阻力都显著提高,桩端阻力与桩顶荷载之比逐渐减小;桩侧土摩擦系数增大,则桩的极限承载力增大而桩端沉降量显著减小,尤其在摩擦系数从0.3增加到0.4时,沉降量减小幅度较大;桩端土压缩模量增加,则钢管桩竖向极限承载力和桩端阻力增大,而桩端沉降量减小。研究结果可对类似工程大直径钢管桩的设计和施工提供参考。     

粉土中刚性长短桩复合地基承载力发挥度参数影响研究

通过有限元分析,研究了相同承台板沉降下短桩桩长、桩径、桩间距、褥垫层厚度变化对长短桩复合地基中桩与土承载力发挥度的影响.研究表明:相同承台板沉降下,增加桩长、桩径、桩间距,减小褥垫层厚度会提升长短桩复合地基承载力.短桩桩长变化对长、短单桩承载力发挥度的影响较小.增加桩径和褥垫层厚度,会提高单桩承载力发挥度.随桩间距增大,长桩单桩承载力发挥度增加,短桩单桩承载力发挥度减小.短桩桩长、桩间距、褥垫层厚度增大,桩间土承载力发挥度增加;增加桩径,桩间土承载力发挥度减小.     

地面堆载对高后果区埋地管道承载能力的影响

为了分析地面堆载对高后果区埋地管道承载能力的影响,采用ANSYS workbench有限元软件建立了堆载-土壤-管道应力状态分析三维模型,采用堆载体直接加载在地基土壤上,分析管道在堆载下的承载能力响应,采用理论计算验证了模型的可行性,分别探讨了堆载高度、管道埋深、堆载距离、管径、壁厚和土壤泊松比因素对管道承载能力的影响。结果表明,堆载下管道应力最大出现在堆载下方,并且向管道两边递减,堆载范围内的承载能力明显减弱。堆载高度和堆载距离对管道承载能力的影响最大,堆载距离的微小改变可以明显提高管道的承载能力,堆载高度的增加同时又导致管道承载能力减弱,通过堆载高度和堆载距离的变化规律可以用来判断,在管道极限承载能力范围内,不同堆载位置下的极限堆载高度。在一定堆载高度下,管道存在一个临界埋深,此时管道承载能力最大。管径、壁厚和土壤性质对管道承载能力有影响但较小。研究结果可以为判断高后果区埋地管道占压下安全状态提供指导。     

海上风机变径单桩基础水平承载特性数值分析

为研究海上风机变径单桩基础承载性能,通过有限元分析软件ABAQUS建立变径桩数值模型,开展变径单桩水平承载性能的数值模拟研究,分析其相对于通长单桩基础的承载性能优势,并针对变径段尺寸进行参数分析。结果表明：变径桩极限承载力较通长桩存在明显提高,相同水平荷载作用下,变径单桩基础桩身位移明显减小,其水平承载能力要优于通长桩基础;变径桩基础中底部桩径和变径段埋深高度对水平承载力影响较为明显,增大底部桩径与减小变径段埋深均能提升桩基的极限水平承载能力,但变径段长度对变径桩基础水平承载能力影响很小。可见变径单桩水平承载性能优于通长桩。研究成果可为深厚砂土地质下的海上风电单桩基础设计与结构优化提供参考依据。     

钢管-水泥土组合桩的抗拔性能

针对传统抗拔桩承载能力的局限性,根据劲性搅拌桩施工及荷载传递特点,提出钢管-水泥土组合抗拔桩形式,并借助ANSYS数值模拟软件,分析钢管直径及壁厚对组合桩承载能力及破坏模式的影响。结果表明:钢管直径对组合桩的抗拔性能影响显著。钢管直径小于0.4 m时组合桩的承载力增幅很大,达到0.4 m时承载力接近极限值;钢管直径为0.3~0.4 m时组合桩破坏模式较合理。钢管壁厚对组合桩的抗拔性能影响较小。壁厚为10 mm时组合桩的极限承载力增幅较大,钢管壁厚宜取10 mm。钢管壁厚不影响组合桩的破坏模式,破坏均发生在钢管与外桩界面。该研究为改善水泥土搅拌桩的抗拔性能提供了参考。     

双壁静压开口管桩贯入及承载特性试验研究

为了更进一步研究黏性土地基上静压桩贯入及承载特性,通过在桩身安装光纤光栅(FBG)以及在桩顶安装温度自补偿传感器,对双壁开口模型管桩的沉桩和单桩承载特性进行研究。结果表明:压桩力、桩端阻力、桩侧摩阻力随着贯入深度的增加而增大,且桩端阻力为沉桩过程的主要阻力,沉桩结束时占比为66.7%。相比于外管,内管桩侧摩阻力和桩身轴力均较小。荷载-位移曲线为陡降型,最大沉降为47.72 mm,极限荷载为6.3 kN,是沉桩终压力的2.48倍。试桩内管桩身轴力在土塞高度范围内以及外管桩身轴力在桩长范围内随着桩身埋深逐渐减小。内管桩侧摩阻力仅在土塞高度的范围内随着深度逐渐增加;外管桩侧摩阻力在荷载小于7.0 kN时,随着深度呈先增大后减小的趋势,当桩顶荷载达到7.0 kN时,随着深度逐渐增大。在各级荷载作用下桩端阻力占桩顶荷载的比例为53.6%～65.1%,表现出了较好的端承桩性状。研究结果对双壁开口管桩内外管贯入及承载特性的研究具有重要的意义。     

建筑垃圾复合地基的试验与数值仿真分析

为研究建筑垃圾复合地基的承载性能,自制大型固结仪对某工程中利用建筑垃圾进行路基处理的土样、单桩及复合地基进行室内压缩试验,并通过工程现场静载试验对其承载力进行检测,利用有限元软件对不同桩径、桩长、弹性模量的建筑垃圾复合地基进行数值模拟.结果表明:建筑垃圾复合地基能显著提高软弱土路基的压缩模量,提高其承载力;增大建筑垃圾散体材料桩桩径可以显著提高路基承载力,减小路基沉降;改变桩长及桩身模量对提高软弱土路基承载力和降低路基沉降的效果并不明显.因此,建筑垃圾复合地基可以应用于软土路基处理中.     

桩端后注浆灌注桩竖向承载性能的数值分析

采用数值方法建立了桩端后注浆灌注桩桩土体系分析模型,并对某工程注浆前后的钻孔灌注桩的承载性能进行了数值模拟,结果计算值与实测值较吻合,验证了该方法的有效性.按照该模型模拟单桩静载试验,对均质土层中的后注浆钻孔灌注桩的承载性能进行了模拟分析,结果表明:注浆量以及注浆体强度对承载力的影响存在一定范围;桩长的变化也影响注浆量对承载力的贡献;桩侧翻浆高度以及桩侧摩阻力提高对承载力影响显著;承载力随着桩侧翻浆高度和侧摩阻力的提高而线性增加.     

深厚覆盖土层中桩的有效桩长

采用线弹塑性荷载传递函数，按极限承载力控制法确定深厚覆盖土层中桩的有效桩长，分析了桩的刚度系数，桩端土持力层弹性模量与桩周土弹性模量之比值，桩侧极限位移，桩顶沉降量，桩径和土的泊桑比等因素对桩有效桩长的影响，其结果表明：除土的泊桑比和桩端土持力层弹性模量与桩周土弹性模量比值对桩有效桩长的影响不明显外，其余因素均有一定或较大的影响，且与弹性理论法分析结论一致，为了将理论分析应用到工程实际中，对各参数在工程桩中的取值进行了分析。     

砂土中抗拔群桩承载力的分析与计算

为了通过模型的方法预测砂土中抗拔群桩承载力,对抗拔单桩承载公式中的参数C进行了改进,并对此参数提出了一个预测公式。当抗拔单桩承载力未知时,不能逆分析C值,可以用预测公式计算C值。基于此推导了m×n型等距抗拔群桩承载力计算公式。结合2组模型试验的数据,验证了不同桩距、长径比和桩型下抗拔群桩承载力计算公式的合理性以及群桩效率和桩距的关系,并与其他3种计算方法的结果作比较。结果表明,4种方法都能很好地预测抗拔群桩承载力,但在预测长径比较小的群桩时,改进方法的预测结果更加接近试验值;在其他参数不变的情况下,群桩的效率随着桩距的增大而增大。