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.     

桩锚回收过程中基坑和地下室的力学特性

为了研究可回收基坑支护体系在回收过程中基坑和地下室结构所受的土压力和变形特性,采用有限元软件Plaxis建立基坑桩锚回收体系模型,采用硬化土小应变模型模拟基坑周围土体,通过9个施工步序模拟桩锚回收的过程。结果表明:锚杆回收过程中,支护桩坑内位移增大,所受的土压力减小至接近主动土压力;钢管桩回收后,地下室外墙所受的土压力增大,所受的弯矩、剪力增大;桩锚体系回收过程中,基坑外土体沉降变形增大;当基坑周边对变形要求严格时,需要充分考虑桩锚回收期坑外地表的变形情况。     

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.     

考虑混凝土性质变化灌注桩深部土压力分析

以上海地区埋深较大的暗绿色黏性土为例,选用Burgers模型对该层土体的流变性质进行描述.考虑混凝土性质随时间改变,采用弹性徐变理论分析混凝土变形特征.建立桩周土压力引起的灌注桩径向变形的遗传积分方程,分析桩土接触面位移协调条件,求得桩周径向土压力随时间变化的解析表达式.研究结果表明:埋深较大土体中桩周径向土压力最初大小为混凝土浇筑引起的侧向压力,随着时间推移慢慢增大,最终趋于静止土压力.灌注桩竖向承载力与桩周径向土压力大小有直接关系,合理分析灌注桩桩周径向土压力时效特征对于探讨灌注桩竖向承载力变化机理有重要意义.     

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.     

刚柔复合挡土结构模型实验

针对传统刚性挡土结构承受土压力较大的现状,提出刚柔复合挡土结构的概念.利用柔性材料泡沫的易压缩性,增加土与挡土结构接触面的相对位移量,使作用于挡土结构的土压力趋向主动土压力,从而减小挡土结构上的土压力.通过室内模型实验,得到不同厚度泡沫挡墙后的土压力及土体位移,以及泡沫厚度对墙后土压力、土体接触面位移的影响.结果表明:泡沫厚度对土压力与土-结构接触面位移有影响;刚柔复合挡土结构能够明显降低作用于墙体的土压力.     

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.     

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.      

切方边坡悬臂桩土拱效应形成与失效机制数值模拟

为了分析切方边坡悬臂桩受力特征,运用二维颗粒流方法建立了相应的数值模型,研究了桩间土拱形成的过程及其破坏机制。依据桩后土体的荷载-位移曲线和变形特征,揭示了桩后土拱形成过程的3个阶段以及各阶段土体应力分布和变形的特征。研究结果表明:抗滑桩土拱的形成机制主要依赖于土体微元的荷载传递过程;土拱效应的形成过程受桩土相对位移的控制,且受桩间距的影响较大,而受土体参数的影响较小;抗滑桩土拱效应失效过程的数值模拟显示,土拱失效过程可分为3个阶段,且该过程受贴近桩体的土体的渐进破坏控制。土体强度和桩间距对桩后土体的荷载-位移曲线影响都较为显著。桩距相同时,随着土体强度的提高,桩后土体的极限荷载也越高,但对应的桩土相对位移量却较接近,同时软弱土体土拱效应的失效以"绕流"模式为主,而强度较高土体的土拱效应失效以"滑塌"模式为主;抗滑桩间距越小,桩后土体的峰值土压力越高,所对应的桩土相对位移越大。     

挡墙转动对既有刚性桩复合地基荷载分配影响研究

目的探究挡墙转动对邻近刚性桩复合地基荷载分配机制的影响.方法采用室内模型试验分析对比挡墙静止和转动模式下4桩复合地基的荷载分配机制.结果挡墙转动使墙后土体发生移动,进而使土体先发生沉降,上部荷载由此向桩顶转移.桩顶应力不断增大,桩间土应力不断减小,使得桩土应力比持续增大;桩顶应力和桩端应力在转动角度10~(-3)rad以内变化较大,后期趋于稳定,总体趋势呈现二次抛物线形状;转动导致土体位移量由近而远减小,后桩应力增长率明显大于前桩,且后桩应力增长速率约为前桩应力增长速率的3倍.结论桩顶应力、桩端荷载承担比和桩土应力比随转动量的增加而逐渐增加,且后桩桩顶应力增加快于前桩;桩间土应力随转动量增加而减少,且靠近转动挡墙处桩间土应力下降最快.     

塑料排水板堆载预压处理软土地基对临近桥梁桩基的影响研究

对某软土地基的塑料排水板堆载预压进行了桩基沉降和地基土孔隙水压力监测,使用ABAQUS有限元分析软件建立了三维有限元分析模型,现场实测数据结合有限元模型分析结果,系统研究了塑料排水板堆载预压处理软土地基对临近桩基的影响,研究结果表明:堆载预压初期孔隙水压力急剧增加,前期孔隙水压力消散较快,后期逐渐减小;临近桩基的变形主要以水平变形为主,竖向位移较小,随着孔隙水压力的消散,桩身水平位移随时间逐渐减小;堆载预压对临近桩基的不利影响主要发生在堆载预压初期,该阶段桩侧被动土压力和桩身弯矩均最大,且都位于桩顶处,随着孔隙水压力的消散,桩侧被动土压力和桩身弯矩都随时间逐渐减小;桩身最大水平位移和最大弯矩都随堆载预压距离的增加而急剧减小,因此在桩基附近进行塑料排水板堆载预压处理软土地基时,应保持合适的堆载预压距离.     

软土中静压桩施工对紧邻地下连续墙围护结构的影响

基于3×3群桩,采用模型试验模拟静压桩施工,用有机玻璃棒和铝板模拟静压桩和地下连续墙围护结构,研究了软土中静压桩施工对紧邻地下连续墙围护结构的影响。结果表明,静压桩施工过程中,围护结构受静压桩挤土效应的影响逐渐增大。其中,随着围护结构平面尺寸的增大,其水平位移和坑底隆起变形也逐渐增大,而主动区土压力则逐渐减小;围护结构-桩区间距离越小,其水平位移、坑底隆起变形和土压力越大。研究结果对软土地区静压桩施工具有一定的指导意义和实用价值。     

非对称条件下整体桥H型钢桩-土相互作用拟静力试验研究

为研究不平衡土压力和非一致加载对整体桥H型钢桩基受力性能的影响,本文分别开展了完全对称条件下（土压力平衡和加载一致）、仅土压力不平衡（加载一致）和完全不对称条件下（土压力不平衡和加载不一致）H型钢桩-土相互作用拟静力试验研究,分析对比了桩身水平变形、桩侧土抗力、桩身应变和弯矩等.研究结果表明：完全不对称条件下,正负向加...     

填方工程中双排桩的设计方案优化

传统的的双排桩应用于高度较大的填方工程时,前排桩与后排桩无法尽早组合形成整体,导致桩体在悬臂状态下进行一定高度的土方填筑,必然导致双排桩的受力特征与挖方工程存在较大差异。为了提高填方工程中双排桩的整体刚度,建议在双排桩腰部增设连系梁,并基于数值分析表明,双排桩腰部增设连系梁后,填方工程中填土与桩体的水平位移大大减小,降幅超过45%,且腰部连系梁以上的前排桩、后排桩、顶部连系梁的弯矩降幅超过75.0%。并进一步对填方工程双排桩的构型进行优化,使原地面以上前排桩的高度仅为后排桩高度的一半,在前排桩的冠梁与后排桩腰梁之间设置连系梁。分析表明,优化后双排桩方案的填土水平位移与桩体控制内力比传统双排桩方案的相应值更小,说明优化方案具有合理性与可行性,且具有侧移刚度大、造价低等的优点。     

非对称开挖局部构件失效对支护体系的影响

针对非对称开挖基坑长度方向由局部破坏引发的基坑连续性倒塌问题,利用三维有限元软件PLAXIS 3D,采用构件拆除法对非对称开挖基坑局部构件失效情况下整体支护体系的响应进行了分析。结果表明:支撑失效后,位于失效区的桩产生卸荷效应,土压力降低,而邻近失效区反之,最近的未失效支撑处桩身弯矩增加较大;在支护桩失效后,失效桩同侧的未失效桩桩后土压力和弯矩显著上升,异侧减小;深侧桩通过支撑对浅侧桩产生向基坑外的推挤作用,深侧桩失效后,浅侧桩出现反推挤现象;土体最大沉降量浅侧较深侧小,沉降量随失效桩数增加愈来愈大而沉降范围基本不变;挖深差愈大土压力变化系数及弯矩传递系数愈大;挖深分界线改变对土压力及桩身弯矩影响均很小。提出了考虑连续性破坏时对支护桩配筋弯矩放大以提高支护结构冗余度的设计方法。     

软土地基处理过程中搅拌桩下沉的机理和判别方法

针对江苏某高速公路软土地基处理过程中的水泥搅拌桩下沉现象,通过现场测量桩周土中的超静孔隙水压力、土压力和剪切强度等,分析搅拌桩下沉机理,提出搅拌桩下沉的判别方法。超静孔隙水压力和土压力的现场测试结果表明,在搅拌桩下沉处,桩周土中的超静孔隙水压力大于土压力,桩周土出现了类似于液化的现象,可以以此作为搅拌桩下沉的判别方法。     

考虑土压力与位移非线性关系的基坑卸荷拱

 现有关于卸荷拱的研究,基本上都没有考虑土压力随位移的变化而不断变化这一实际。首先,根据土压力随位移的非线性变化规律以及各个区域不同程度的变形,把卸荷拱周围的土压力差简化成前后为均匀分布、左右呈三角形分布的荷载形式,并对卸荷拱在此压力差作用下的力学特征进行了分析,推出了卸荷拱和平衡拱的轴线方程、跨度和矢高的计算表达式。最后,结合所划分的坑周变形区域和显著性影响范围（AIR）的定义,分析了坑周土体的弹塑性变形量随变形范围变化的累积关系,并得到了卸荷拱周围土压力差的一种简化计算方法。     

低承台桥台桩基侧向受力性状试验与数值分析

基于现场测试结果,采用三维有限元技术分析低承台桥台桩基在台后路基填土过程中桩基沉降、桩身弯矩、桩顶水平变形、桩身剪力和桩侧附加水平挤压力随台后填土荷载增加的变化规律.研究结果表明:计算结果与实测结果吻合较好:桩顶水平变形和桩身最大弯矩随填土荷载的增加近似呈线性增加:深度方向20m范围内,桩身剪力图呈“S”型,桩侧附加水平挤压力图呈抛物线型.低承台桥台桩基力学模型等同于桩项和桩端嵌入一定深度、具有一定变位的超静定梁结构.本文所得结论可以为桥台桩基的设计和施工提供参考.     

黏性土中倾斜荷载下抗拔桩的模型试验研究

为研究黏性土地基中抗拔桩在不同倾斜荷载情况下的承载机理,开展了抗拔桩室内模型承载试验.对比试验结果表明,抗拔桩承受倾斜荷载时,与竖向承载不同,呈现靠倾斜荷载一侧的桩周土体始终受压,而另一侧土体始终受拉的现象.达到极限时,仅靠荷载一侧桩周一定深度土体破坏,破坏区域在地表大致呈现扇形分布,其范围随荷载倾角增大而增大.此外,极限抗拔承载力随着倾角的增大而增大.在此基础上,依据破坏模式建立了倾斜荷载下抗拔桩的计算模型及桩周土体的破裂面方程,并基于单元体极限平衡分析得出了抗拔桩极限承载力计算公式.与试验结果对比表明,该方法计算值与实测值吻合较好.     

不同地基处理方式下组合式板桩码头结构的受力变形分析

为解决软弱土地基深水板桩码头的技术难题,采用不同水泥掺入比的满堂式加固法和水泥搅拌桩加固法对软弱土地基进行处理,并与传统单锚板桩结构进行组合,研究组合式板桩码头结构的受力变形状况。结果表明:不同水泥掺入比满堂式加固软弱土地基主要通过增加刚度抵挡竖向和水平向的荷载,减少作用于前墙的侧向土压力;随着水泥掺入比的增大,整体承受侧向土压力作用增强,前墙的变形显著减小。采用水泥搅拌桩处理软弱土地基,形成的搅拌桩桩体和桩间土共同协调了结构与土的受力状况,且通过限制前墙位移降低了锚杆的内力,减小了前墙内力。