海岛地区管桩静压沉桩与固结数值模拟研究

利用ABAQUS有限元,对海岛地区预制混凝土管桩静压施工以及工后桩周土体固结进行数值模拟。得到静压沉桩过程中桩周土体位移的变化规律,以及沉桩施工完成后桩周土体超孔隙水压力的产生与消散规律。结果显示,静压沉桩对桩周土体产生位移与孔隙水压力。推测沉桩对土体位移的影响范围约为8倍桩径;孔隙水压力的径向影响范围约为10倍桩径,消散需要约55 d。     

单桩沉桩引起的初始超孔隙水压力及其消散的计算

基于ADINA有限元程序和三维Biot固结有限元理论,定义桩周土为多孔介质材料,以圆柱形空腔体扩张理论为模型,模拟了一实体工程单桩沉桩过程.考虑实体工程的双面排水条件,计算得到了沉桩完成后桩周初始超孔隙水压力沿桩深度及径向的分布规律,同时计算了桩周土体90 d内孔隙水压力的消散状况.在此基础上,对桩周土因超孔隙水压的消散引起的再固结沉降进行了计算分析,得出的结果与实测结果进行了比较.研究结果表明,考虑弹塑性本构关系和三维渗流固结的有限元模型能较好地模拟沉桩引起的超孔隙水压及其消散过程.     

考虑时间效应的预制桩单桩极限承载力解析解

从饱和软土中沉入预制桩单桩引起的三维超静孔隙水压力的消散和桩周土的固结出发。结合桩土接触面的破坏形式，获得了考虑时间效应的单桩极限承载力的解析解，实现了对任意时刻单桩极限承载力的预测。分析了土体参数的变化对单桩极限承载力的影响，结果表明：桩的最终极限承载力增量随摩擦角的增大而增大；固结系数决定着桩的极限承载力在初期的发挥，但并不影响桩的最终极限承载力。计算结果与工程实际测量吻合较好。     

沉桩过程土体超静孔隙水压力变化规律研究

从空间圆孔扩张理论出发,提出了超静孔隙水压力随径向和深度方向变化的分布公式;并结合弹塑区连续理论,给出了沿深度线性增加,沿径向对数衰减的简化计算公式。同时考虑到沉桩速率对超静孔隙水压力的影响,结合圆孔扩张理论,推导获得沉桩时产生的孔隙水压力与沉桩速率之间的关系;并利用abaqus有限元对沉桩过程土体超静孔隙水压力变化进行数值分析,对工程中静压桩施工的控制,合理安排沉桩流程、沉桩速率,有一定的实际意义。     

考虑静压桩挤土应力影响的室内试验研究

通过GDS应力路径三轴仪进行饱和淤泥质粉质黏土的应变保持和剪切试验,模拟静压桩沉桩过程中及沉桩后桩周土体孔隙水压力、有效应力的变化以及剪切模量的变化。研究结果表明:桩周土体的超静孔隙水压力u与应变ε、初始应力σ0有关;最大超静孔隙水压力umax与应变ε之间近似双曲线分布关系;最大超静孔隙水压力umax与初始应力σ0之间、有效应力增量?σa′与初始应力σ0之间近似直线变化关系;剪切模量G_(50)与距桩轴相对距离r/r0之间近似双曲线分布,与深度有关;归一化后的剪切模量G_(50)/G_(50∞)与深度的关系不明显,仅与距桩轴相对距离r/r0有关,7.5倍桩径之外的剪切模量G_(50)不再受到桩贯入的影响。     

饱和软黏土中沉桩以及随后固结过程的数值模拟

考虑土体的K0沉积过程,利用Flac2D软件对沉桩以及随后的固结过程进行了模拟.模拟过程前,首先对沉桩前不同应力历史土体中的原位有效应力和剪切模量的取值方法进行了分析.通过数值模拟,得到了不同应力历史土体中沉桩后孔隙水压力分布、有效应力场,以及孔压完全消散时的桩侧有效应力场.分析了不同应力历史、不同初始含水量、不同剪切模量对固结完成后桩侧土体不排水抗剪强度提高幅度的影响,探讨了土体结构性对沉桩后桩侧土体的孔隙水压力以及固结完成时桩侧土体径向有效应力、不排水抗剪强度的影响.传统圆孔扩张理论将沉桩过程看作是一个平面应变问题,忽略了问题的三维本质,本文根据应力路径的相似性给出了考虑空间性的办法.     

沉桩引起的超孔隙水压力及其消散的三维解析解

给出了沉桩引起的初始超孔隙水压力沿深度线性增加和沿径向在桩周弹、塑性区内连续分布的简化计算公式；以Biot固结理论为基础，进一步推导并获得了超孔隙水压力消散的三维解析解。通过算例分析了土体参数对超孔隙水压力消散的影响，计算结果与实测结果的对比分析显示了两者较好的一致性。     

粉喷桩施工过程对桩周土影响机理分析

通过对现有粉喷桩施工过程喷粉压力的分析,提出了粉喷桩施工过程喷粉压力对桩周土体作用的分析模型,该模型可以考虑施工过程桩周土体中超静孔隙水压力随深度变化.分析了粉喷桩施工过程的桩周土体超静孔隙水压力产生与消散规律.利用平面圆柱扩张理论分析某一深度处超静孔隙水压力,求解出粉喷桩施工对桩周土体产生塑性区半径大小的解析式.由理论计算结果与实测结果表明,桩边附近的超静孔隙水压力的理论值与实测值较为吻合,而由于假设条件与实际情况存在着一定的差异,导致理论计算结果的塑性区半径偏大.但由理论计算表明,理论公式能较好反映粉喷桩施工对桩周土体的影响规律.     

沉桩方式及桩型对湛江组结构性黏土中单桩承载力时效性的影响

北部湾沿岸地区湛江组结构性黏土具有触变性,导致该土层中桩基时效性明显,不同沉桩方式及桩型的模型单桩对湛江组结构性黏土中桩基承载力时效性影响显著。以湛江组结构性黏土为地基,设计不同沉桩方式、桩型的模型单桩进行桩基静载实验,并对1倍桩径范围内桩周土的孔隙水压力进行监测。得到不同沉桩方式、不同桩型的模型单桩承载力及桩周土的孔隙水压力随休止时间的变化规律。结果显示：1)湛江组结构性黏土中单桩竖向极限承载力均随休止时间的增加而逐渐增大,且单桩竖向极限承载力增大的速率表现为前期增长快,后期增长慢;2)孔隙水压力消散规律与单桩竖向极限承载力增长规律基本吻合;3)湛江组结构性黏土中单桩承载力时效性可以用经验公式表述,在同一均质土层中不同沉桩方式、不同桩型的承载力时效性采用不同的时效性相关系数计算;4)不同沉桩方式对单桩承载力时效性影响差别较大,当桩型相同时,静压桩的竖向极限承载力增大的速率和幅度比振动桩大。5)单桩竖向极限承载力时效性与桩型有关,当沉入方式相同时,圆桩的竖向极限承载力增大的速率和幅度最大,管桩次之,方桩最小;     

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。     

非均质饱和-非饱和土的变形特性

利用饱和-非饱和多孔弹性介质控制方程建立有限元计算模型,考虑弹性模量随深度增加及其在水平方向的变化,分析了非饱和土中超静孔隙水压力消散和土体的变形特性.通过与相关文献结果对比可验证文中采用的计算模型的正确性.研究结果表明：土体的非均质性对超静孔隙水压力的消散和土体的变形均有显著影响;弹性模量沿深度方向变化率越大,非饱和土体吸收的压力越多,导致超静孔隙水压力消散得越快,并且初期变形阶段和固结完成后,土体的变形幅度减小.     

静压沉桩及锤击沉桩对饱和砂土中超孔隙水压力的影响

随着工程技术的发展,桩在建筑领域的应用愈加广泛;但是由于沉桩引起的土体中超孔隙水压力的变化却少有研究。首先采用室内模型试验的方法,对比研究了静压沉桩以及锤击沉桩对饱和砂土中超孔隙水压力的影响范围,在不同沉桩工法下砂土中超孔隙水压力产生的规律;同时,采用数值模拟的方法比较了不同沉桩速度以及不同的桩体表面粗糙度对饱和砂中超孔压的影响。通过以上研究,定量地对比研究了静压沉桩以及锤击沉桩对饱和砂土中超孔压的影响;同时研究了不同施工因素对超孔压的影响,对实际的施工有一定的指导意义。     

柔性基础下不排水桩复合地基固结分析

考虑柔性基础下不排水桩复合地基中桩–土非等应变特性,推导出变荷载下不排水桩复合地基桩间土平均超静孔隙水压力的控制微分方程和求解条件。通过函数变换,基于变荷载下天然地基一维固结理论建立了相应的固结解析解,包括复合地基和桩间土中的平均超静孔隙水压力解答和复合地基整体平均固结度解答。利用有限元模拟方法验证了固结解析解的合理性,并与现有的固结度解析解进行了比较。结果表明,固结度解析解与数值模拟的结果较为吻合,计算精度高于现有的固结计算模型。采用基于等应变假设的固结计算模型分析路堤下不排水桩复合地基的固结速率,计算结果偏大。     

竖向荷载作用下复合桩加固液化土沉降分析

为进一步研究复合桩加固液化土在地震荷载作用下桩体沉降变形,利用振动台对钢管—碎石桩加固的复合地基模型在不同荷载作用下进行对比试验。施加0 kg、0.5 kg、1.0 kg、1.5 kg、2.0 kg、2.5 kg六组竖向荷载下,对复合桩加固模型振动过程中不同埋深处超静孔隙水压力和地基沉降进行对比分析,揭示钢管—碎石桩复合加固模型超静孔隙水压力、沉降随荷载的变化规律。结果表明:同一竖向荷载下埋深越大孔隙水压力越大,孔隙水压力的峰值也越大;不同竖向荷载下,不仅随着荷载增大超静孔隙水压力峰值变大,而且超静孔隙水压力随荷载增大消散明显加快,说明竖向荷载作用加速了碎石桩排水功能;施加不同荷载,桩体沉降均随振动时间先缓慢增加又急速增大最后趋于平缓,竖向加荷1.0 kg成为突变点;随着碎石桩的排水,孔隙水压力逐渐消散,土体变密,超静孔隙水压力减小,液化土强度增强,桩周土体对桩约束力增强,桩体的沉降量减小。说明荷载作用下钢管—碎石桩加固复合地基对预防土体液化和提高地基承载力效果明显,并得出沉降量随时间变化的曲线方程,为今后复合桩加固液化土地基的应用提供一定参考。     

层状土体固结中孔隙水压力消散规律的研究

基于Biot固结理论，采用状态变量法研究了层状饱和多孔介质轴对称固结问题．通过引入状态变量，利用Laplace—Hankel变换和矩阵理论提出了层状饱和多孔介质Biot轴对称固结问题状态变量法的一般解析表达式，并利用该解析解对层状饱和多孔土体固结过程中孔隙水压力的消散规律进行了详细的研究．文中数值算例给出了层状饱和多孔土体在固结中孔隙水压力沿水平径向和沿深度的分布，以及随固结时间增加，孔隙水压力消散规律的一些结论．     

隧道渗漏诱发的分数阶黏弹性土体固结沉降分析

为研究黏弹性地层盾构隧道衬砌渗漏诱发土体固结沉降问题,采用基于Caputo分数阶导数的Merchant三元件流变模型描述软黏土的流变特性.耦合Terzaghi-Rendulic固结理论,推导出考虑衬砌半渗透边界下黏弹性软土隧道诱发土体中的超孔隙水压力和固结沉降解.通过工程实例对比验证理论解析的准确性,揭示分数阶阶次、衬砌与土体渗透比等参数对土体固结沉降和超孔隙水压的影响规律.结果表明：随时间推移,土体中超孔隙水压在短时间内显著消散,当消散到约初始值的1/8时减幅明显放缓;衬砌与土体渗透比越大,超孔隙水压开始消散的时间越早;随分数阶阶次的增大,超孔隙水压在初期消散得越快,而后期则消散得越慢,固结沉降速率在初期发展得越快,后期发展得越慢.     

长水泥土桩-短碎石桩复合地基固结解析解

基于轴对称固结模型并采用等竖向应变假设,给出瞬时荷载下长水泥土桩-短碎石桩复合地基的固结方程,推导出单面排水条件下复合地基的固结解析解,包括桩间土和碎石桩的平均超静孔隙水压力解和复合地基的整体平均固结度解.将固结度解析解与有限元数值解进行对比,证明了解析解的合理性.最后,利用固结度解对影响复合地基固结速率的主要因素进行...     

复合桩加固液化土桩身弯矩分析

通过对水泥土桩与钢管桩复合加固地基模型和碎石桩与钢管桩复合加固地基模型进行振动台模型试验,分析了这两组复合桩加固模型在模拟地震作用下超静孔隙水压力和桩身弯矩的变化情况,得出水泥土桩与钢管桩复合加固模型超静孔隙水压力几乎不变但桩身弯矩值下降很快,说明水体无排出,桩间土部分液化,土体承担荷载减小而桩体承担荷载增大;碎石桩与钢管桩复合加固模型超静孔隙水压力消散明显且桩身弯矩值有所降低,说明水体排出土体密实,土体承担荷载增大桩体承担荷载减小;因此,设计碎石桩与钢管桩复合加固液化土对实际工程很有意义。     

水平旋喷成桩引起超静孔隙水压力研究

为研究水平旋喷成桩对周围地层的影响问题,优化水平旋喷桩设计施工,采用现场试验的方法研究了水平旋喷成桩引起超静孔隙水压力的变化规律,探讨了水平旋喷施工的影响范围。水平旋喷成桩对周围地层的扰动较大,引发土体中产生较高的超静孔隙水压力。通过对水平旋喷成桩过程的分析,可以分为高压射流形成阶段,高压射流与土体相互作用阶段和水泥土固化阶段。研究结果表明:水平旋喷成桩产生的超静孔隙水压力随着施工阶段的改变而变化,高压流体注入时有所增大,而钻喷杆卸杆时则有所减小;成桩引起的最大超静孔隙水压力与注浆压力呈近似线性关系;随着施工距离的增大,超静孔隙水压力不断减小,当施工距离大于15 m时,基本可以忽略成桩引起的超静孔隙水压力;以水平旋喷成桩引起地层反应小于5%作为影响范围控制值,则超静孔隙水压力影响范围约为15~20倍成桩半径,可以采用指数函数的形式表达超静孔隙水压力与施工距离的关系。     

混凝土芯砂石桩载荷试验及沉桩数值分析

混凝土芯砂石桩能够有效地减少工后沉降和工后差异沉降。为进一步了解混凝土芯砂石桩复合地基的加固机理,预制芯桩对复合地基承载力的提高作用以及砂石壳加速固结排水的作用,采用基于ABAQUS有限元数值分析方法建立轴对称平面应变模型,对混凝土芯砂石桩单桩及单桩复合地基载荷试验进行模拟,并将结果与现场实测数据进行对比。对单桩沉桩过程进行了模拟,并结合圆孔扩张理论和砂井固结理论进行分析。研究结果表明:预制芯桩承担了大部分上部附加荷载,最终荷载分担比约为0.7,有助于提高复合地基承载力;沉桩至5m深度处,地基土隆起对沉桩引起的超孔压影响不大,砂石桩的存在大大加快了地基土中超孔隙水压力的消散和桩周土强度的恢复。