沉井下沉时土压力和侧壁摩阻力分析

基于极限平衡状态和平面滑裂面假定,推导出单一非黏性土层中沉井下沉时的土压力和侧壁摩阻力计算公式,采用等效内摩擦角和等效自重应力的方法将其推广至成层黏性土层中,并与某工程实测数据进行了对比分析.结果表明,沉井土压力和侧壁摩阻力随着土体内摩擦角的增大而减少,随着土体与沉井壁的外摩擦角的增大而增大;滑裂面的滑裂角随着外摩擦角的增大而增大,随着内摩擦角的增大先减少后增大;理论推导的土压力接近实测土压力,且基本介于主动土压力与静止土压力之间;实际工程中,在预估侧壁摩阻力时,可以考虑12m深度以下保持不变.     

粉质黏土中厚壁筒型基础静压沉放阻力研究

筒型基础是海上风电工程中出现的一种新型基础形式,因其优越的承载性能与高效的施工方式,在我国海上风电领域备受关注．薄壁单筒多舱筒型基础目前已在江苏海域成功应用,并取得良好的经济效益．为适应风机大型化与风场建设的深远海发展趋势,设计了厚壁单筒多舱筒型基础．厚壁筒型基础采用混凝土筒裙替代钢质筒裙,不仅可以进一步降低建造成本,而且可以防止钢制筒裙在建造和负压沉放过程中出现的屈曲问题．但筒裙壁厚的增加导致筒型基础的沉放阻力增长,因此贯入阻力的准确计算是厚壁筒型基础成功应用的关键．为此,开展了薄壁与厚壁结构在粉质黏土中的静压沉放试验,测量了下沉过程中的沉放阻力与侧壁及端部土压力,对比了薄壁和厚壁沉放特性的异同,校核并优化了薄壁沉放阻力计算公式的相关系数,提出了厚壁沉放阻力的计算方法．结合显式的任意拉格朗日-欧拉(ALE)方法,验证了有限元计算结果的准确性,开展了厚壁基础动态、连续沉放过程的数值分析．研究结果表明：壁厚的增加挤密了端部土体,使端部土压力增大,扰动了侧壁土体,使侧壁土压力减小;提出采用静力触探数据计算厚壁基础沉放阻力的方法,推荐厚壁端阻力系数和侧阻力系数分别取0.7和0.03;薄壁端阻...     

管桩静压侧摩阻力及桩土界面滑动摩擦机制研究

为了探究静压沉桩力学机制,开展了饱和黏性土中静压沉桩的室内模型试验,获得了静压沉桩过程中不同壁厚、桩端形式及桩径下桩侧阻力和桩身单位侧摩阻力的变化规律.同时,结合摩擦学中的黏着-犁沟理论,分析了静压沉桩过程中桩侧阻力和桩身单位侧摩阻力的的变化机制.通过室内模型试验和理论分析表明:随着贯入深度的增加,桩侧阻力逐渐增大,且...     

砂土中筒型基础静压下沉试验及受力特性

为了探究筒型基础静压下沉过程中筒-土之间的阻力特性,开展了3种不同口径的筒型基础在砂土中静压下的沉模型试验,测量了下沉过程中筒壁内外及筒端土压力与总的下沉阻力.基于土拱效应理论推导出筒体内壁土压力计算公式,建立了考虑筒内土塞作用的贯入力预测计算方法.研究表明,在沉贯深度达约1倍口径时开始出现土塞效应,在沉贯过程中,筒内土塞闭塞程度随口径的增大而降低,沉贯结束时各工况土塞增长率分别为65%,70%,80%.筒体内壁土压力呈双折线形式,计算值与实测值吻合较好;外壁土压力成线性增大,可用折减的被动土压力进行计算;土拱阻力占贯入总阻力比例高达70%,考虑筒内土塞作用的贯入力计算方法能够对此进行较好地预测.     

无承垫木法沉井制作及下沉的设计与应用

沉井是修筑地下工程和深埋基础时,采用的一种施工方法。沉井施工目前已成为各类土层内,各种深埋基础地下构筑物的一种常用形式。本工程在基坑内制作井筒,制作完成后采用井内挖土法下沉,随着井内土面逐渐挖深,沉井借本身自重,克服井壁与土层间的摩擦阻力及刃脚下土的阻力不断下沉,直至设计标高。最后,进行沉井封底工作。     

海上风电复合筒型基础粉质黏土下沉试验分析

复合筒型基础的沉放是一项关键施工过程.沉放时土体在施工负压下受到扰动,土体中土压力和孔隙水压力发生变化,对沉贯阻力造成影响.针对复合筒型基础的沉放过程,在粉质黏土中开展了大比尺模型试验.试验中监测了基础舱内压力、周围土体的土压力及孔隙水压力的变化.通过理论计算,对试验模型沉贯所需负压进行预测,并将试验施加负压与预测负压进行对比.试验结果表明:基础周围土体土压力和孔隙水压力在负压作用下均减小,且筒壁内侧土体土压力减小程度大于外侧土体;沉放过程中基础发生倾斜时,通过向高舱处抽负压可以有效调整基础的倾斜度;预测负压大于试验施加负压,当使用Houlsby提出的计算方法计算筒型基础在粉质黏土中的沉贯阻力时,摩擦系数建议取0.3.     

沉井在不同真空预压处理程度的软土地基中下沉阻力特征研究

目前国内外暂无沉井基础与真空预压处理技术结合的研究。试验通过模型来模拟沉井在不同真空预压处理程度的软土地基中的下沉,对沉井侧摩阻力、刃脚底部阻力进行分析,并通过数值模拟进行对比分析,这对实际工程与理论研究都有参考意义。试验结果表明:随着真空预压处理时间的增加,沉井在软土地基中下沉时的侧摩阻力逐渐增加,靠近刃脚附近侧摩阻力减小的趋势消失;刃脚底部的土压力随着沉井下沉缓慢减小,其中刃脚斜面的土压力占比较工程实际偏大;在软土基础中沉井自重荷载在真空预压处理后提高了250%,且当含水率降低到45%左右时,沉井自重荷载有明显的提升;现有理论计算方式对于刃脚踏面的竖向受力计算偏大,对于刃脚斜面的竖向受力计算偏小。     

沉井在不同真空预压处理程度的软土地基中下沉阻力特征

目前中外暂无沉井基础与真空预压处理技术结合的研究。试验通过模型来模拟沉井在不同真空预压处理程度的软土地基中的下沉,对沉井侧摩阻力、刃脚底部阻力进行分析,并通过数值模拟进行对比分析,这对实际工程与理论研究都有参考意义。试验结果表明:随着真空预压处理时间的增加,沉井在软土地基中下沉时的侧摩阻力逐渐增加,靠近刃脚附近侧摩阻力减小的趋势消失;刃脚底部的土压力随着沉井下沉缓慢减小,其中刃脚斜面的土压力占比较工程实际偏大;在软土基础中沉井自重荷载在真空预压处理后提高了250%,且当含水率降低到45%左右时,沉井自重荷载有明显提升;现有理论计算方式对于刃脚踏面的竖向受力计算偏大,对于刃脚斜面的竖向受力计算偏小。     

触变泥浆在沉井施工中的应用

文章从泥浆的拌制、压浆管路布置、泥浆的压送、泥浆的置换 4个方面阐述了触变泥浆在沉井下沉中的施工工艺 ,并以济南市鹊山调蓄水库穿黄工程顶管工作井采用触变泥浆法助沉为例 ,具体介绍了其施工过程及施工方法 ;在此基础上 ,从泥浆维护土壁稳定及减小井壁与土体间摩阻力两方面分析了触变泥浆在沉井下沉中的应用效果     

基于三维离散元的大直径钢圆筒下沉侧摩阻力

基于三维离散元方法(DEM),采用颗粒流程序(PFC3D)对大直径钢圆筒在砂土中的贯入过程进行了数值模拟分析。分别建立了基于离心机原理的缩尺模型和调整细观参数的足尺模型,分析了圆筒贯入过程中的侧壁摩阻力分布以及土颗粒间的接触关系。将数值结果与理论值、相关试验现象进行对比,验证了离散元模型的有效性。通过进一步的参数分析,研究了不同细观参数对侧摩阻力的影响。研究发现:与桩的贯入机制不同,大直径钢圆筒下沉过程中几乎没有土塞效应;内侧摩阻力接近总侧摩阻力的一半,侧摩阻力均存在侧阻疲劳效应;与缩尺模型相比,调整细观参数的足尺模型有更高的计算效率;细观参数与宏观反应存在密切联系。     

高频振动沉桩的离散元模拟分析

应用平面颗粒离散元软件PFC2D对高频振动沉桩过程进行数值模拟分析,在细观颗粒运动层面上研究高频振动沉桩的机理,得到了桩侧摩阻力的分布变化规律,分析了贯入深度和贯入速率随时间变化规律,提出了"贯入平台期"的概念,并从能量传递和能量平衡角度分析了出现的原因,研究总结了桩周土颗粒的运动规律。结果表明:贯入度一定时,侧摩阻力随深度增加,到一定深度趋于定值;贯入度变化时,同一深度处侧摩阻力随最终贯入度增加而退化。高频振动沉桩贯入速度快,最大贯入速率能达到0.38 m/s,其中贯入平台期的出现是由于振动锤系统传递到桩的能量不足以克服贯入阻力并引起土颗粒共振。高频振动沉桩引起桩周土颗粒运动按区域分布各有特点。     

筒型基础静压沉贯过程颗粒流模拟数值分析

筒型基础的安装过程是施工中的关键环节,是决定安装成败的关键所在.针对沉贯过程中土体变形较大的特点采用颗粒流软件建立筒型基础动态沉贯安装模型,分析了安装过程中土体位移场、孔隙率、土体应力状态等因素的变化特征,以土体位移及颗粒间接触力链变化为依据,分析了形成土拱效应的细观机理.结果表明:筒体沉贯过程中形成的土塞效应有助于土拱的形成,同时土拱效应的产生导致土体应力状态发生变化,最终宏观表现为沉贯阻力异常增大.     

双壁静压开口管桩贯入及承载特性试验研究

为了更进一步研究黏性土地基上静压桩贯入及承载特性,通过在桩身安装光纤光栅(FBG)以及在桩顶安装温度自补偿传感器,对双壁开口模型管桩的沉桩和单桩承载特性进行研究。结果表明:压桩力、桩端阻力、桩侧摩阻力随着贯入深度的增加而增大,且桩端阻力为沉桩过程的主要阻力,沉桩结束时占比为66.7%。相比于外管,内管桩侧摩阻力和桩身轴力均较小。荷载-位移曲线为陡降型,最大沉降为47.72 mm,极限荷载为6.3 kN,是沉桩终压力的2.48倍。试桩内管桩身轴力在土塞高度范围内以及外管桩身轴力在桩长范围内随着桩身埋深逐渐减小。内管桩侧摩阻力仅在土塞高度的范围内随着深度逐渐增加;外管桩侧摩阻力在荷载小于7.0 kN时,随着深度呈先增大后减小的趋势,当桩顶荷载达到7.0 kN时,随着深度逐渐增大。在各级荷载作用下桩端阻力占桩顶荷载的比例为53.6%～65.1%,表现出了较好的端承桩性状。研究结果对双壁开口管桩内外管贯入及承载特性的研究具有重要的意义。     

大型沉井基础侧壁摩阻力分布特性

为系统研究大型沉井基础下沉过程中侧摩阻力、阻力峰值位置分布、松弛高度与下沉系数的变化规律,以在建河北省怀来县官厅水库悬索桥北锚碇沉井基础为研究对象,现场测量锚碇下沉过程中的侧壁摩阻力分布,分析获得松弛高度与下沉系数变化,并将其与双折线模型、三折线模型、直线和双曲线组合模型结果进行对比.结果表明:随着入土深度的增加,侧壁摩阻力分布形式逐渐由直线形转化为先增大后减小的近似抛物线形;实测摩阻力峰值和所在位置均与入土深度二次相关,且增加速率逐渐增大,松弛区高度也随入土深度的增加逐渐增大且增加速率逐渐减小;锚碇下沉过程中总侧壁摩阻力逐渐增加,下沉系数逐渐减少并趋于稳定,总侧壁摩阻力与其他3种模型结果相差不超过20%,下沉系数相差不超过10%;入土深度较大时,双折线模型计算得到的钢板应力最小,下沉到位大锅底时为14.39 MPa,三折线模型计算得到的钢板应力最大,下沉到位大锅底时为17.76 MPa.     

泰州大桥南锚沉井基础侧壁土压力监测研究

以泰州长江大桥南锚沉井基础为研究对象,对南锚沉井基础侧壁土压力进行了实时监测。根据大量现场实测资料,结合沉井下沉曲线和下沉施工工艺,系统分析沉井侧壁土压力的大小和变化规律,得出了侧壁土压力分布是非线性的;并会随着下沉深度呈现先增加后减小的趋势,以及对这种分布规律的原因进行了探讨。     

低裙摩擦型吸力式基础及其可贯性对比试验

为进一步优化吸力式基础结构,减小“土塞”效应,提高吸力式基础的可贯性与承载力,文中提出了低裙摩擦型吸力式基础模型。通过室内模型试验对比研究了不同吸力式基础模型的负压（P）-沉贯量（y）曲线。给出沉贯力、沉贯阻力与沉贯量之间的关系,结合试验数据分析了不同桩型之间的差异,对比得出各类桩型的可贯性及沉贯量。结果表明,低裙摩擦型吸力式基础可贯性良好,能有效减小“土塞”效应,提高桩体承载力。     

沉桩方法对预制桩施工残余应力的影响

沉桩方法显著影响预制桩的施工残余应力,为此通过计算模拟对此进行研究．计算模型采用桩一土理想弹塑性荷载传递关系及残余摩阻力折线型分布假定,通过对预制桩沉贯和回弹过程进行能量分析,建立了施工全过程能量平衡方程．以沉桩循环为纽带建立桩侧摩阻力的退化模式,实现不同沉桩方法下残余应力分布的模拟．分析结果显示,沉桩循环越多桩身残余应力越小,桩端残余应力随总沉桩循环次数的增加呈指数型衰减．模拟分析结果与实测数据较为吻合．     

锚碇沉井基础施工期安全监控技术

针对泰州大桥南锚沉井基础的结构特点和施工方法,设计了施工安全监控方案。施工期监测成果分析表明：沉井下沉初期沉井底部刃脚附近水平方向的拉应力较大,将此项物理量作为下沉的控制指标,有效指导了沉井施工;侧壁土压力分布随入土深度呈先增加后减小规律。     

大直径管桩沉桩过程中溜桩判断方法研究

海洋工程中大直径管桩沉桩过程中常会出现溜桩现象,未经预料的溜桩会引起很多严重的工程问题,有必要对溜桩段进行准确判断。结合实际工程对溜桩产生及停止的机制进行分析;通过研究沉桩过程中桩周土体强度折减及超孔压的作用,提出动贯入阻力的计算方法;利用功、能原理对溜桩过程中所发生的能量转化进行分析,并推导相应计算公式,结合动贯入阻力计算方法,实现对溜桩过程的预测。结果表明,当桩端进入深厚砂土层或动侧摩阻力达到一定值时溜桩将逐渐停止,若是后者则再次打桩后不再发生溜桩现象。计算动侧摩阻时须考虑沉桩过程中扩孔效应和循环荷载作用。计算结果与现场实测数据吻合较好。     

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。