多年冻土地基单桩冻拔效应的计算方法与分析

为研究多年冻土地基冻结过程中桩基础的冻拔效应，基于桩周土的冻胀变形及桩土之间的变形协调关系，结合剪切位移法构建了一种考虑桩土界面相对滑移效应的单桩冻拔荷载传递的理论模型.采用有限差分法，通过MATLAB编程对桩基受力微分方程求解，获得了冻拔力的发展规律，并采用现场试验与有限元数值模拟验证了模型的合理性.接着分析了冻胀率、桩土界面本构参数及桩长对桩基冻拔响应的影响.研究表明：冻结过程桩身轴力逐渐增大，冻深附近出现轴力峰值，部分桩土界面会产生滑移；冻至最大冻深2.3 m时桩身轴力达到最大值690.3 kN,滑移段长度约为0.65倍冻深；冻拔力随土体冻胀率的增大并非呈线性增大，主要受桩土界面峰值剪切强度与残余强度的影响；桩长越长，抗冻拔效果越好.     

浅谈桩基冻拨原因及防治补救措施

黑龙江省属于季节性冻土地区,冻胀是该省水利工程建筑遭到破坏的重要原因之一。本文作者紧密结合工作实际,针对我省水利工程设计、施工、管理中存在的问题,对桩基冻拨产生的六大原因进行了探索、分析和总结,并给出了采用深桩、扩大基础、桩基配筋、强化施工管理等四个方面桩基冻拨防治措施及增设扩大式基础、削减切向冻胀力、处理桩基周围土体等三项冻拨补救措施、在实践中具有较强的针对性和实用性。对当前开展的新农村基础设施建设具有一定的指导意义。     

浅谈桩基冻拨原因及防治补救措施

黑龙江省属于季节性冻土地区,冻胀是该省水利工程建筑遭到破坏的重要原因之一.本文作者紧密结合工作实际,针对我省水利工程设计、施工、管理中存在的问题,对桩基冻拨产生的六大原因进行了探索、分析和总结,并给出了采用深桩、扩大基础、桩基配筋、强化施工管理等四个方面桩基冻拨防治措施及增设扩大式基础、削减切向冻胀力、处理桩基周围土体等三项冻拨补救措施,在实践中具有较强的针对性和实用性.对当前开展的新农村基础设施建设具有一定的指导意义.     

浅谈桩基冻拨原因及防治补救措施

黑龙江省属于季节性冻土地区，冻胀是该省水利工程建筑遭到破坏的重要原因之一。本文作者紧密结合工作实际，针对我省水利工程设计、施工、管理中存在的问题，对桩基冻拨产生的六大原因进行了探索、分析和总结，并给出了采用深桩、扩大基础、桩基配筋、强化施工管理等四个方面桩基冻拨防治措施及增设扩大式基础、削减切向冻胀力、处理桩基周围土体等三项冻拨补救措施，在实践中具有较强的针对性和实用性。对当前开展的新农村基础设施建设具有一定的指导意义。     

冻融条件下路基温度场和湿度场分布式感知试验

搭建土体冻融多物理场感知室内试验装置,布设传统点式传感器和分布式光纤,对土体冻融过程中路基温度场、湿度场和变形情况开展试验监测,探究单端冻结、双端融化条件下土体温度场和湿度场的分布式感知特征,验证主动加热分布式光纤技术的监测效果。试验结果表明,-15 ℃单端冻结条件下,土体冻结过程按降温速率分为快速冷却、逐步降温、稳定平衡三阶段,冻结锋面逐渐下移,最大冻深约占土柱高度的35%。孔隙水受冻胀迁移力影响向冻结锋面移动,引起冻融前后土体湿度场重分布,并导致土体冻胀变形,变形量为土体最大冻深的7.8%~10.9%。分布式光纤可准确得到冻融过程中土体温度场、湿度场变化特征,识别土体内冻结区域范围,温度、湿度监测拟合优度R²分别达0.98和0.94。     

季冻区粉质黏土路基的冻胀特性的模型试验研究

为对季冻区路基冻胀性能进行研究,以实际工程为依托,通过相似原理方法进行缩尺模型试验研究。在开敞式条件下进行单向冻融试验,分析在不同温度梯度条件下冻融循环两次过程中温度分布及冻胀特性。自行研制的冻胀设备能满足变形、温度等多项试验指标。试验测试结果表明:冻结速率随时间的增加呈现出降低趋势且具有一定的波动性;冻结深度随冻结负温的增加而增加,并且在-15℃时,最大冻深达到39 cm;通过对冻结深度与时间关系进行分析提出冻结深度预测公式,通过对前人已有数据进行验证发现所提出公式具有很好的适用性;在不同冷端温度与冻胀量关系中发现,当冻结负温在-10℃下,土体达到最大冻胀量。     

季冻区粉质粘土路基的冻胀特性的模型试验研究

为对季冻区路基冻胀性能进行研究,以实际工程为依托,通过相似原理方法进行缩尺模型试验研究。在开敞式条件下进行单向冻融试验,分析在不同温度梯度条件下冻融循环两次过程中温度分布及冻胀特性。自行研制的冻胀设备能满足变形、温度等多项试验指标。试验测试结果表明：冻结速率随时间的增加呈现出降低趋势且具有一定的波动性;冻结深度随冻结负温的增加而增加,并且在-15℃时,最大冻深达到39cm;通过对冻结深度与时间关系进行分析提出冻结深度预测公式,通过对前人已有数据进行验证发现本文提出公式具有很好的适用性;在不同冷端温度与冻胀量关系中发现,当冻结负温在-10℃下,土体达到最大冻胀量。     

季冻区矩型渠冻胀数值模拟及试验研究

传统的U型渠混凝土强度较低,抗冻胀性较差,在寒区使用各方面指标难以达到正常运行要求,因此提出新型矩型渠。采用聚苯乙烯泡沫(EPS)颗粒轻质土垫层作为矩型渠的保温材料,对比不同掺量EPS颗粒轻质土对矩型渠的保温效果,结合数值模拟和物理试验模型,分析土体的冻结融化规律及冻融循环后的残余变形量。研究结果表明:土体冻结是单向冻结、双向融化的过程,且土体的最大冻深发生在温度上升段0℃附近;EPS颗粒轻质土垫层对矩型渠土体起到很好的保温作用,EPS颗粒轻质土掺量越高,土体冻胀量和冻深的削减量也越大。     

严寒地区地层中锚索承载机理与变形稳定研究

在东北地区,冬季气温较低,土体冻结导致其体积膨胀。为探究严寒地区土体冻胀对锚索承载机理与变形稳定的影响,依托吉林大学第一医院地下停车场深基坑项目,采用Plaxis 2D软件建立二维模型,通过模拟结果与现场实测结果对比,验证模型的合理性,并进一步分析了不同条件下基坑开挖对锚索承载机理的影响。结果表明：锚索轴力随天数出现先增大后减小又增大再趋于稳定的现象,且第一、二道锚索的轴力设计值需进一步完善,第三道锚索的轴力设计值较为合理;随着基坑的开挖,锚索内力先增大而后逐步趋于稳定,结果与现场实测数据相比要略大,但整体的趋势是一致的;因开挖面受下层土体隆起与冻胀的双重作用,使基坑变形主要集中在支护结构的上部,故第二排锚索轴力值整体较大于第三排锚索;再加上另一排锚索对基坑的支护效果,导致该深度下的锚索轴力会有一个减小的现象,之后因为基坑变形逐步向基坑中部转移加上冻深加深,故该现象逐渐减小。     

斜坡地形输电线路原状土基础抗拔的稳定性

采用剪切法及滑移线场理论,假定斜坡地形条件下掏挖原状土基础土体破裂面为对数螺旋面,推导出在斜坡地形条件下土体极限抗拔承载力简化计算公式.与现有的平地条件下基础抗拔力的研究成果对比,分析证明简化公式的合理性.运用简化理论公式分析,定义土体破裂面扩展影响系数,得知随着斜坡倾角β的增加,基础两侧土体的抗拔承载力降低,高坡侧土体破裂面向桩身方向移动,低坡侧土体破裂面向桩身外侧移动.随着基础埋深的增加,抗拔承载力显著提高,基础两侧土抗力的不均衡性并没有显著改善.倾角β在0°~20°时,基础两侧土抗力均衡性较好.     

黄土中联合板索基础的抗拔承载力变化规律及其影响因素

 假设黄土为符合Mohr-Coulomb 屈服准则的理想弹塑性材料且锚板为刚性体, 采用有限差分模拟软件FLAC^3D建立三维数值模型, 利用接触面单元分析联合板索基础锚板上拔过程中黄土变形破坏机理, 研究了锚板抗拔承载力的变化规律及其影响因素。结果表明, 锚板的抗拔承载力随着锚板埋置深度的增加呈现近似线性增大, 但当埋深超过临界深度时锚板抗拔承载力趋于定值;增大锚板面积能够提高总承载力, 但单位面积承载力会下降;相同面积条件下, 圆形锚板抗拔承载力最大, 方形锚板次之, 矩形锚板抗拔承载力随着长宽比的增大而逐渐减小;锚板抗拔承载力随土体抗剪强度的增大而增大, 提升地基土体的抗剪强度指标(特别是黏聚力), 能够有效提高联合板索基础的抗拔承载力。     

堆载下土体侧移及对邻桩作用的有限元分析

在分析堆载作用下土体侧向位移的基础上 ,采用有限元法对无桩条件下的自由场土体侧向位移以及设置桩基后的桩土相互作用进行了数值分析 ,讨论了土体弹性模量和泊松比对土体和桩基侧向变形的影响 .结果表明 ,邻近堆载的自由场土体侧向变形可近似为上部软土的抛物线形和下部硬土的倒三角分布模式 ,采用不同的土体本构模型 (弹性或弹塑性 ) ,桩基的变形规律随弹性模量、泊松比变化而不同     

双拱形渡槽桥台桩基承载力三维有限元分析

采用ANSYS软件,对山西省北赵引黄提水工程双拱形渡槽、桥台、桩基和地基土体进行三维有限元模拟分析,得出了自重及温升荷载下的结构应力变形规律。针对桥台水平位移引起桩体的弯曲变形,导致桩与土之间作用力分配难以用一般性理论进行计算,将地基-桩体-桥台-拱跨整体建模,进行整体分析,并重点研究了拱端水平推力对桩基及土体应力、位移和变形的影响。     

考虑土体结构劣化的高原山区桩-土体系数值分析

高原山区土体常年受冻融循环作用,结构不断劣化,导致桩-土界面作用削弱,对 构筑物稳定性产生不利影响 . 本文开展室内试验结合数值模拟,构建了土体在冻融循环作用 下的结构劣化模型,建立了考虑土体结构劣化的水-热-力耦合数学模型并验证了其可靠性 . 基于此,对服役期内高原山区桩-土体系稳定性进行了数值分析 . 试验结果表明,冻融循环条 件下,土体渗透系数及孔隙比随冻融次数增加呈对数型增大,土体黏聚力随冻融次数增加呈 指数型减小,内摩擦角随冻融次数增加呈对数型增大. 服役期内,桩周土体最大冻胀位移随服 役年限增加逐渐减小,最大融沉位移逐年增大,桩周土体整体呈融沉趋势;桩基冻胀位移随服 役年限增加逐渐减小,融沉位移逐年增大,冻胀融沉增长速率不断减小,但桩基融沉位移大于 其冻胀位移. 试验结果可为高原山区桩基础设计提供技术支持与理论指导.     

土体震致剪切变形条件下斜坡桩的受力特性

为了研究斜坡土体震致剪切变形条件下桩基的受力特性,结合土体多屈服面模型和桩土动力弹簧模型,建立了斜坡—桩基体系整体数值模型。通过输入幅值为0.480 9 g的EI-centro地震波,考虑不同的坡角和桩径条件,进行了非线性动力时程计算。结果表明:在地震荷载作用下,不同深度处斜坡土体剪切变形存在差异,斜坡群桩基础受力不均衡。斜坡坡角对斜坡土体剪切变形发展和桩身残余弯矩起控制作用,而桩径对其的影响相对较小。本研究工作对斜坡桩基抗震设计具有一定的参考意义。     

锥柱式桩基础明挖基坑回填土回冻过程模型试验研究

结合工程实际,通过室内模型试验方法,研究锥柱式桩基础明挖基坑回填土在模拟实际环境温度条件下的回冻过程.结果表明,在模拟平均温度为-2.71℃的环境温度条件下,正温极值时刻表层土体融化深度约6.1 cm,回填土冻结深度随着冻融次数的增加而增厚,经历13次冻融循环,冻结层厚度达20.0 cm;桩基沿着水平向和纵向对回填土回冻过程产生影响,但其影响范围有限;土体和桩基与空气界面温度存在差异,桩基和空气界面处温度接近低温试验箱内空气温度,土体和空气界面处与空气温度差别较大,正温极值状态,空气温度高于土表温度5.0℃,负温极值状态,空气温度低于土表温度6.7℃.试验结果有助于进一步认识此类桩基回填土实际回冻过程,为确定模型试验控温条件及数值模拟边界条件提供参考.     

海洋高桩水平承载特性模型试验及有限元分析

开展了水平荷载作用下高桩基础的1 g条件下大比例模型试验研究。根据桩身变形和地基土抗力的测试结果,分析了桩基水平承载特性,研究了水平荷载作用下大直径桩基的桩土共同工作性状。采用PLAXIS 3D岩土有限元软件对高桩水平承载特性进行数值模拟。计算结果与试验结果符合较好,并进一步研究了高桩的水平承载特性的主要影响因素。结果表明:土体弹性模量、内摩擦角和黏聚力对土体水平承载力有较大影响。增大桩基的埋深和桩径可以提高桩基的水平承载力,但有极限性。     

冻胀过程管土相互作用规律及受力特征

为研究冻胀过程中管-土之间的相互作用规律及受力特征,以不锈钢管及冻胀敏感性粉质黏土为材料,在没有外界水源补充的小型环境模型试验机中进行试验。首先,黏贴电阻应变片于管道上,并将管道及其支架放置于敞口保温箱内;其次,填装土样并同步在每个测点布置温度、水分和土压力传感器;最后,在试验过程中实时监测土体的温度、含水率、土压力、冻胀量及管道的变形和应力等变量,主要分析与讨论降温阶段即持续70 h的冻胀阶段所采集数据。研究结果表明:冻胀过程中管道抑制土体冻胀的实质是抑制土体的水分迁移;管土之间相互协调发展且始终保持着动态平衡,冻胀导致管道发生变形的同时管道又约束着土体的冻胀,冻胀受约束而产生土压力;管道变形以及与管道的距离决定管道对土体冻胀的约束程度;管道变形越小,约束率越大,土压力越大,水分迁移量越小,冻胀越小;而同一时刻管轴线两侧土体的冻胀明显比管底土体的大,且距离管道越远的位置,约束率越小,土压力越小,水分迁移量越大,冻胀越大;土压力随着时间而增大,与约束率呈指数增大的关系,但与冻胀呈指数衰减的关系;冻胀引起管道产生轴向及环向应力,轴向最不利应力分布位置为管中4/8处;环向应力的存在说明管道发生截面变形,在较大的冻胀力或外荷载作用在管道上时,环向应力的影响不可忽视。     

冲刷对海上风力机单桩基础水平承载特性的影响

大直径单桩是用于海上风力机的一种典型基础形式.波浪与海流引起的桩基冲刷会削弱桩基的承载能力而危及结构安全.本文建立了模拟桩基与土体相互作用的三维有限元数值模型,并用试验结果对模型进行了验证.基于数值计算结果获得了一系列典型砂土及桩基参数下的桩土相互作用p-y曲线,拟合得到适用于砂土的大直径单桩基础p-y曲线参数化表达式.冲刷所致的桩基埋深变化可导致桩基变形向刚性桩模式转变.数值分析结果表明,刚性桩变形模式下桩基底面和桩基侧壁切向的土阻力对桩基承载力产生重要影响,而目前仅考虑桩土间水平作用力的p-y曲线法所预测的桩基变形偏大.对于距冲刷后泥面同一深度处的土体,p-y曲线的斜率随着局部冲刷深度的增加而逐渐增大,变化规律与基于离心机实验结果一致.随着冲刷坡角的减小,局部冲刷坑周围土体对桩基的约束逐渐弱化,p-y曲线修正方法中参数f的取值也逐渐减小.     

电渗-氯化钙对硫酸钠盐渍土变形的影响

过多的水盐含量是季冻区盐渍土产生变形的根本原因,而电渗可以通过驱动盐离子加速土体的排水固结,同时也会导致阴极土体含水率过大,进而产生严重冻胀变形。本文采用自制装置进行电渗联合氯化钙的室内试验,研究不同氯化钙含量（质量分数为0、5%、10%、15%的氯化钙溶液）对硫酸钠盐渍土变形的影响,结果表明：电渗联合氯化钙可以增大硫酸钠盐渍土的电导率,进而加速土中水的排出,相较于仅电渗处理,土体最终电渗排水量增加35%以上;硫酸钠盐渍土中过量的Na+和SO42-在电场力的驱动下分别向阴阳两极迁移,大部分随电渗水流排出,从而降低土体中含盐量,减小低温下土体冻胀盐胀变形;在电场力作用下,Ca2+迁移到阴极并与水解产生的OH-结合形成Ca(OH)2胶结物,大大增强土颗粒间的粘结力,而多余的Ca2+与可溶性硅酸盐发生反应形成水合硅酸钙（C-S-H）,并沉积在土颗粒表面,增加土颗粒间的摩擦力,有效降低阴极土体的冻胀变形;经电渗-氯化钙处理后的硫酸钠盐渍土,微观结构更加密实,抵抗冻胀盐胀变形能力显著增强,其中以质量分数10%的氯化钙溶液的加固效果为最佳,相较于仅作电渗处理土体,最终排水量提高了近70%,阴极土体...