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。     

沉桩挤土效应分析

将平面圆孔扩张理论推广到空间轴对称条件，改进了沉桩引起的位移解析解；考虑土体的弹塑性和挤土引起的土体性质的变化，利用有限元法对沉桩进行了分析计算；对沉桩进行了离心模型试验．研究结果表明，沉桩挤土效应的求解应考虑空间轴对称条件，沉桩引起的挤土效应将影响桩基础的计算结果，解析解较有限元结果更接近试验值．     

基于透明土的梅花桩沉桩挤土效应

为研究梅花桩沉桩挤土效应,开展了一系列梅花桩沉入透明土的模型试验.结合透明土和粒子图像测速技术,采用静压桩方法研究了梅花桩沉桩过程中不同阶段桩周土位移变化特征.根据圆孔扩张理论和梅花桩的几何特性,建立了一种简单的修正圆孔扩张理论,用于分析梅花桩的沉桩挤土径向位移的分布规律以及挤土效应影响范围,同时利用数值计算方法建立了...     

静压桩挤土扩孔的有限元数值模拟研究

对于静压桩沉桩挤土效应的研究,通常应用圆孔扩张理论,但是截面形状仅限于圆形截面.为了扩展其他截面形式的研究,文中将有限元方法运用于沉桩扩孔的模拟,用从初始半径a0的小孔扩张到2a0的过程来等效0～R的小孔扩张过程,和已有理论分析所取的结果进行比较分析,证明FEM对圆孔扩张也是有效的.与圆孔扩张理论相比,可以推广进行其他截面形式的桩扩孔的分析研究,从而扩大了其应用范围.     

扩大头对楔形桩沉桩位移场影响的透明土模型试验

基于透明土和数字图像处理技术,开展扩底(含扩大头)楔形桩和普通楔形桩沉桩过程对比模型试验,动态观测桩周土体在楔形桩沉桩过程中的变形规律及其沉桩影响半径,讨论沉桩过程中扩大头存在对桩周土体位移场的影响规律.结合沉桩过程中土体表层径向位移量,对比分析了常规天然土体模型试验、圆孔扩张理论计算和本文基于透明土材料的模型试验等3种方法之间的异同点,验证了本文方法的合理性.本文试验条件下,含扩大头楔形桩沉桩过程中桩周位移(竖向和径向)、沉桩影响半径分别是常规楔形桩的2.0倍和1.3倍左右.     

静压沉桩对邻近地下连续墙变形的影响

以半无限土体中圆孔扩张解答为基础,运用弹性地基梁理论,通过简化基坑内部支撑条件以及墙端约束条件,得到了静压沉桩对邻近基坑地下连续墙变形影响的弹性解答,并分析了沉桩深度和沉桩距离对地下连续墙侧移的影响规律.研究结果表明:静压沉桩对邻近地下连续墙变形有较大影响,尤其对开挖面以下地下连续墙的侧向位移影响更加显著.当沉桩深度超过开挖深度后,地下连续墙产生的位移随沉桩深度不断增加;沉桩超过地下连续墙深度后,继续沉桩对地下连续墙的位移影响逐渐减弱.桩径越大,地下连续墙产生的位移越大.沉桩离地下连续墙越近,地下连续墙产生的位移越大;当沉桩距离增大到15倍桩径时,沉桩影响可以忽略.     

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.     

预钻孔孔径对沉桩挤土效应的影响分析

为研究预钻孔孔径大小对沉桩挤土效应的影响,基于修正剑桥模型的圆孔扩张理论解答,把沉桩过程看作不排水的圆柱形孔扩张的过程,把桩周土体分为塑性区与弹性区,对比分析不同预钻孔孔径下沉桩产生的塑性区半径、桩土接触压力、桩周土体位移、孔隙水压力.分析表明土体性质及修正剑桥模型中的参数对挤土效应均有影响,其中各向同性超固结比对挤土效应的影响最大,当预钻孔孔径小于一定值时,孔径大小变化对挤土效应影响不明显.本文分析可以为沉桩工程提供理论参考.     

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.      

确定碎石桩复合地基桩土应力比的一种新方法

探讨软基处理碎石桩径向变形机理 ,提出碎石桩体变形模式的纵横向异性 ,并根据桩土变形协调引入魏西克圆孔扩张理论和 p- y曲线法得出桩土应力比计算式 .     

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。     

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.     

沉桩挤土的数值模拟与土体物理参数的变化分析

由于沉桩造成的桩周土体的侧移和隆起对周围的建筑物和设施造成的事故时有发生，研究沉桩对周围土体的影响规律，对于控制这类工程事故的发生具有非常重要的意义。基于圆孔扩张法的基本思想，对以往分析中处理桩土接触问题的方法进行了简化，通过在接触边界上给土体施加位移边界条件来模拟桩对周围土体的作用，采用分段压入的方式对沉桩过程进行了有限元模拟，分析了沉桩后桩体周围土体的变形规律和力学行为，并且对沉桩完成后的土体的物理参数进行了量化分析，得到了压桩前后土体单元物理参数的量化关系式。     

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.     

灰土挤密桩挤密效果分析

采用圆孔扩张理论模拟挤密桩的桩土相互作用,分析了桩间土应力、应变,建立了桩间土干密度计算公式,并通过工程实例验证计算方法 的正确性和实用性.     

基于模型试验的桩周土压力

通过模型试验研究了锤击沉桩过程中挤土桩的径向土压力.通过与静压沉桩的研究结果进行比较,发现这两种沉桩方式引起的径向土压力规律相似:当桩尖向下刺入接近测点时,径向土压力急剧增长;当桩尖尚未刺入测点深度时,测点处的径向土压力就已提前达到峰值;当桩尖继续下沉到测点以下时,测点处的径向土压力又急剧减小;两种沉桩行为引起的径向土压力峰值随深度变化均呈近似线性增长.锤击沉桩和静压沉桩的不同之处在于锤击沉桩的桩周土压力受锤击荷载扰动较大,所以径向土压力曲线相比静压沉桩曲线有较大波动.在砂土密实度相似的情况下,位于同一测点处的静压沉桩的桩周土压力数值明显高于锤击沉桩.     

静压桩桩端扩张压力分析

为分析桩端扩张压力,对现有计算方法进行了改进;根据静压桩贯入机理,分析了静压桩的贯桩过程;在模拟桩体贯入过程的基础上,建立了基于半无限圆孔扩张的压桩静力平衡方程,并求得了弹性条件下桩端扩张压力的理论解答,同时进一步分析了桩端扩张压力与压入深度的关系.     

静压桩沉桩施工对临近隧道的影响

基于圆孔扩张理论运用FLAC^3D 有限差分软件模拟了静压桩沉桩挤土过程, 并对土体位移的数值模拟结果与解析解计算结果进行了对比, 二者的计算数值与变化趋势吻合得较好. 在此基础上, 运用位移贯入法模拟沉桩的摩擦作用, 使沉桩全过程的计算结果更趋近于实际情况. 基于此数值模拟方法分别计算沉桩深度为4, 8, 12, 16, 20 m 的沉桩行为对临近隧道的变形与内力影响, 得出了以下结论: 静压桩沉桩对邻近隧道的变形有较明显的影响.随着沉桩深度的增加, 隧道结构位移也随之增大, 且以水平位移为主. 当沉桩深度达到20 m 时, 隧道结构最大位移为11.55 mm. 沉桩过程亦使隧道产生一定的扭转: 沉桩深度为4, 8, 12, 16 m 时, 隧道顺时针偏转(背向沉桩方向);沉桩深度为20 m 时, 隧道逆时针偏转(朝向沉桩方向). 随着沉桩深度的增大, 隧道结构的附加弯矩从对称竖向轴线分布逐渐向逆时针方向偏转至对称横向轴线分布; 沉桩后隧道的弯矩图有逆时针扭转的趋势(转向沉桩侧), 且大部分隧道结构的弯矩绝对值有减小趋势.     

考虑地表边界效应的静压沉桩挤土位移解析

在沉桩挤土位移求解过程中同时考虑了土体弹塑性本构关系以及地表边界效应的影响.假定桩周土体屈服后服从修正剑桥模型,基于圆孔扩张理论推导了桩体无限长时挤土位移的初始解.在此基础上,引入修正函数来考虑地表边界和沉桩深度对挤土位移的影响;经与文献实测结果比较,验证了修正后沉桩挤土位移解析方法的合理性和可靠性.参数分析表明,沉桩挤土位移随桩径的增加呈非线性增长,随预钻孔孔径的增大呈非线性减小;当超固结比增大时,挤土位移也随之增大,分析认为是由于重超固结土颗粒排列紧密,受到的挤压作用明显所致.     

静压沉桩引起的土体应力与孔压分布特征

通过开展一系列离心模型试验,对饱和粉质黏土中沉桩挤土应力和孔隙水压力分布特征进行研究.利用微型传感器监测沉桩过程中土体的应力和孔压变化,并根据试验结果对已有的圆孔扩张模型进行修正,提出考虑地表隆起的沉桩挤土模型,对其可靠性进行验证.研究结果表明,桩周土体总应力和超孔压变化特征主要由距桩的水平距离和埋深控制,对于确定埋深处的土体,当桩尖接近并经过其埋深位置时,应力和孔压先增大后减小;当水平距离相同时,埋深越大,沉桩引起的应力和孔压增量越大,分析认为是地表自由边界的存在影响了浅埋土体中应力变化;当沉桩深度达到7～7.5倍的桩径时,地表边界效应的影响不再明显.