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.     

湛江组结构性黏土中开口桩土塞效应模型试验研究

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、桩厚之间的关系;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：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;IFR与PLR之比基本成线性关系。     

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。     

基于土拱效应围护桩间距的计算模型

目前的围护桩设计中缺少合理计算桩距的方法.在充分考虑桩间土拱效应的基础上,建立了土拱水平受荷时土拱效应的计算模型,对土拱进行受力分析.当水平土压力作用在土拱上,拱后土体仍会受到部分应力作用;当拱后土体处于土体极限平衡状态时,不同方向的应力满足一定的关系.根据土体极限平衡状态条件、静力平衡条件和拱脚的几何条件,分别推导出了无黏性土和黏性土时桩间距计算模型,并对模型适用性进行分析.当桩后土体为无黏性土时,出于安全考虑,桩间距可取为零;当桩后土体为黏性土时,可根据所推导出的相应公式计算合理的桩间距.在使用模型计算时,应注意土体抗剪强度指标的选取,尤其是土体的内摩擦角建议取值不超过20°.     

基于双等沉面的柔性桩承式路堤荷载-沉降分析

为了建立能充分考虑桩承式路堤各组成部分之间协调变形特性的理论方法,基于柔性桩-桩承式路堤的变形机理,提出了路堤-桩-土协调变形的双等沉面荷载传递模型.首先,该模型基于路堤中的等沉面以及桩承式路堤的变形特点,在桩底以下一定深度处,引入一个与路堤中相似的等沉面.其次,考虑到现有土柱模型的不足,引入能考虑内外土柱间相对位移对摩擦因数的影响的土柱模型.介于上、下等沉面之间的路堤、桩、土,通过彼此的协调变形影响等沉面处的应力,从而影响路堤的总体沉降和桩土应力比.最后,将本文计算结果和复合模量法计算结果与实测结果进行对比,结果表明:与实测值相比,复合模量法计算沉降值的相对误差为19.4％,本文计算沉降值的相对误差为9.6％,本文计算的桩土应力比相对误差为9.91％,证明了本文理论方法是合理的.     

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.     

砂土中静压管桩在不同沉桩速度下的模型试验研究

在室内对静压管桩贯入过程中施加不同的沉桩速度,探究在不同沉桩速度完成后,测得的各个桩深处的土压力大小,以及桩端阻力与压桩力之间的关系。得出静压管桩沉桩速度大小对桩贯入一段时间后测得的土压力影响不大,而对于贯入过程中的桩周土压力是有影响的。桩端阻力在一定深度范围内呈线性增加的,沉桩速度不同造成相同深度处压桩力大小的不同,桩端残余压力也是计算桩承载力的一部分,不可忽略。     

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.     

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.     

桩长对单桩沉桩阻力和承载力特性影响的模型试验

静压桩的应用越来越广泛,为明确桩长与沉桩和承载力特性之间的关系,基于室内模型试验,对砂土中不同桩长的模型桩沉桩全过程进行了分析研究。采用振弦式压力计、微型土压力盒和高精度位移计对沉桩时的压桩端阻力、卸载后的桩周土压力和桩体回弹量进行测量,揭示了桩长与单桩沉桩和承载力特性的关系。试验结果显示,利用端阻计有效测得沉桩过程中的压桩端阻力,在600mm深度范围压桩端阻力随沉桩深度和桩长的增大而近似线性增大的特性。微型界面土压力盒对桩周土压力的测量揭示了随桩长的增大卸载后的桩周土压力逐渐趋近于被动土压力,但在某一深度位置卸载后的桩周土压力随沉桩深度的增大而降低的变化规律。采用高精度位移计较准确测得卸载过程中的桩体回弹量,得到了桩体回弹主要发生在竖向与桩长有关,并且回弹量相对较小,约为桩长的0.35%。此外,桩体加载过程中沉降随加载变化的速率与桩长相关,桩体的极限承载力随桩长增大而非线性增大。研究结果对于进一步明确桩长对沉桩特性和桩体极限承载力特性的影响机理具有重要工程意义     

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。     

锤击打入桩与土的共同作用分析

用有限元法对单桩的锤击贯入过程进行了数值模拟,得到沉桩引起的土体应力反应峰值,并以此作为土的前期固结应力,进行使用桩土共同作用分析,得到桩基的承载特性,初步实现了在桩土共同作用分析中对沉桩影响的真正考虑,计算结果与实测结果的较好吻合验证了本文锤击沉桩数值模拟及考虑沉桩影响的桩土共同作用分析方法的可行性。     

复合地基中无粘性桩周土颗粒位移形式

基于无序颗粒堆中应力传递的试验研究,用扩散过程理论微观分析挤密桩的桩周土颗粒介质在径向挤压力的作用下,塑性区内土体静力结构的应力分布、土颗粒的位移形式及其扩散规律,并用概率模型定性地描述了无粘性土复合地基的挤密过程中土颗粒的位移,得到了在r≤d2、d2≤r≤rs、r≥rs3 个不同范围内,土颗粒径向位移的概率分布模型.     

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.     

高填方路堤段桩网复合地基承载机理及桩土应力比计算方法

针对高填方段软土路基在路堤荷载下桩网复合地基的受力特点,分析了其自上而下的荷载传递机理.首先,将路堤简化为内外土柱,通过内外土柱的整体微分平衡关系,得到了等沉面高度的理论计算式,由此较为合理地模拟了高填方段的土拱效应.而后,针对荷载传递至土工垫层阶段,采用薄膜模拟了桩土之间的荷载分配关系.在此基础上,将桩网复合地基划分为众多土工格栅、桩及桩间土单元体,桩体及桩间土简化为弹性支撑,进一步得到了高填方段桩网复合地基桩土应力比计算式.最后,对影响高填方段桩网复合地基桩土应力比的各主要影响参数进行了初步研究.结果表明,桩土应力比随路堤高度增大逐渐减小,即填土高度增加后桩土荷载分配趋于均匀,而桩间距、填土的压缩模量的增大将导致桩土应力比增加.此外,土工格栅抗拉强度的增大将加大桩土应力比值,但影响幅度较小.     

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.     

预制自排水桩的抗挤土机理分析

基于抗挤土效应,提出了预制自排水桩的设计思想,采用土体固结理论,研究了预制沉桩过程中桩周土体超孔隙水压力的消散速度,分析了预制自排水桩的沉桩排水效果,并通过工程实例和现场测试进行比较分析和验证。结果表明,预制自排水桩具有较好的排水效果,可以起到消散桩周土超孔隙水压力的效果,从而抑制沉桩挤土效应。     

静压沉桩后黏土中超孔压时空分布规律研究

为了解层状黏土在沉桩后桩周及桩端的超孔压对沉桩挤土效应的影响,采用现场原位试验和数值模拟方法,分析了桩土界面处超孔压的时空分布特征和上覆竖向有效应力随时间的变化规律,并在水力压裂理论和孔穴扩张理论的基础上引入修正剑桥模型,推导了桩周土体固结过程中桩土界面处上覆竖向有效应力和超孔压的修正计算公式。结果表明:从时间上看,在桩顶的外荷载作用下,超孔压随时间消散的同时,上覆竖向有效应力逐渐增大；成桩后30.d超孔压基本消散完毕,上覆竖向有效应力不再增长,地基土处于休止期。从空间上看,超孔压随桩埋深的增大而增大,在渗透性差的黏土层增长较快；不同荷载条件下,距桩心的水平距离和桩端的竖向距离越小,超孔压越大；靠近桩端和桩心的超孔压最大值与桩顶荷载大小呈负相关关系。     

软土地基静力压桩的挤土效应及其防治

分析了软土地基中静压桩的挤土效应机理,依据圆孔扩张理论和有效应力原理,推导出塑性区影响范围、桩对土体的挤压应力、孔隙水压力估算公式等.最后结合工程实践,提出了防治或减轻挤土效应对周围工程环境影响的一些有效实用的措施.     

碎石桩挤密施工扰动效应的现场试验研究

碎石桩是一种常用的地基处理方式,其振动挤密施工会对桩周土产生一定程度的扰动效应,但现有关于碎石桩振动扰动效应的研究较少.通过埋设孔隙水压力计、土压力盒、测斜管,并结合静力触探试验,研究了碎石桩施工过程中桩周土中的孔隙水压力、土压力、深层水平位移和强度变化规律.研究结果表明:碎石桩施工时会在桩周土中产生较大的孔隙水压力和深层水平位移,随着孔隙水压力的消散,桩周土中的附加有效应力增加,土体的强度得到一定程度的改善.