基于透明土材料的异形桩拔桩过程对比模型试验

随着地下空间的逐步开发,既有桩基拔除问题及其拔桩过程对周围构件物影响的问题日渐突出;针对拔桩过程中桩对周围土体的位移场及影响范围的研究相对较少,而针对异形桩的研究更少。基于透明土材料和PIV（Particle Image Velocimetry）技术,开展扩底楔形桩的拔桩过程模型试验,测得拔桩过程中桩周土体的位移场变化规律以及拔桩影响范围;同时进行等直径圆形桩和楔形桩的拔桩模型试验并对比分析。研究结果表明：扩底楔形桩的拔桩扰动范围明显比楔形桩和等直径圆形桩大,其数值接近等直径圆形桩的2.0倍;楔形桩拔桩过程中水平向位移扰动比等直径圆形桩大,竖向位移扰动比等直径圆形桩小。     

高速铁路CFG桩筏复合地基沉降变形特性研究

选取京沪高速铁路CFG桩筏加固软土地基的典型断面,采用ABAQUS有限元程序建立了三维数值模型。考虑高速铁路路堤分级填筑施工过程和长期荷载作用,对CFG桩加固后路基填筑期和运营期的沉降进行计算模拟,分析CFG桩筏复合地基沉降变形发展规律。研究结果表明：计算结果与实测值相一致,数值模型可以较好地反映路基填筑过程和后期沉降过程。基于该方法预测了高速铁路运行10 a后的沉降,桩筏复合地基技术可以有效地控制京沪高速铁路（凤阳段）的工后沉降,可为类似工程提供参考依据。     

桩芯介质对管式能量桩换热效率的影响

管桩在中国大部分地区已经取得了较多的应用，现阶段能量桩的发展已不再局限于传统桩基础中，管桩桩基中能量桩技术也逐渐得到应用。管桩式能量桩的传热模式有别于传统能量桩，可利用其内壁空腔，提高换热效率，不同桩芯介质条件下，管桩式能量桩的换热效率有较为显著的区别。采用室内模型试验和数值模拟的方法，测得不同桩芯介质情况下管式能量桩及其桩周土体温度场的变化规律，通过控制循环导管内导热液体的流速改变能量桩的循环模式，续而探讨分析不同桩芯介质及循环流速下管式能量桩在实际运行过程中的换热效率。研究结果表明：试验条件下，桩芯介质为水的管式能量桩换热效率要高于桩芯介质为干砂的管式能量桩，且其在循环稳定时的桩身温度变化值和桩周土体的温度变化值也高于桩芯介质为干砂的情况，表明不同桩芯介质对管式能量桩的桩土温度场有显著影响，进一步验证了可通过改变管式能量桩内壁空腔的介质来提高其换热效率的可行性；同时，结合数值模拟结果发现流速的增大可以提高能量桩的换热效率，但是影响较小，而提高能量桩运行时的流速需要耗费额外的能源，表明在实际工程应用中通过提高流速的方法增加能量桩的换热效率具有较低的经济性，实际运行中的能量桩其流速满足建筑制冷供暖需求即可。     

桥面融雪除冰能量桩热泵系统换热效率现场试验

基于能量桩的桥面工程主动式融雪除冰技术作为一种新型桥面融雪除冰技术，具有环保、节能等技术优势。依托江阴市征存路观风桥市政桥梁工程，开展能量桩供热桥面板的换热效率与热-力响应特性现场试验。在桩基础和桥面板中分别预埋聚乙烯管作为换热管，通过水泵驱动换热管中的流体循环，提取浅层地温能供热桥面板；沿桩身深度方向和在桥面板中布设了温度-应变传感器，用于监测试验过程中相应位置的温度和应变。试验分析冬季工况下，一根20 m的能量桩供热20 m²的桥面板时，流体、桥面板、桩的温度变化以及桥面板和能量桩的热致应力分布。研究结果表明：根据现场试验条件，环境温度为-4℃时，20 m能量桩供热20 m²桥面板可保证桥面板表面温度始终高于0℃，即平均每延米能量桩热泵系统可保障1 m²桥面板不冻结；温度的改变使得能量桩和桥面板中产生热致应力，桩身最大轴向热致应力出现在桩深10 m （50%桩长）处，约为-1.05 MPa，为混凝土抗拉强度（2.0 MPa）的52.2%，桩身最大轴向热致应力的温度响应约为0.205 MPa·℃^-1；桥面板中最大热致应力为0.77 MPa，为混凝土抗压强度（26.8 MPa）的2.9%，热致应力的温度响应为0.086 MPa·℃^-1；能量桩上部受到最大正摩阻力为21.1 kPa，下部受到最大负摩阻力为13.3 kPa；试验结束时桩顶热致位移为-0.239 mm，约0.03%桩径。     

现浇X形桩复合地基桩土应力比及负摩阻力现场试验

结合南京市桥北污水处理厂软基处理工程,开展了现浇X形桩(简称X形桩)单桩及单桩复合地基竖向承载力特性现场试验,测得了荷载-沉降曲线、桩土应力比、桩身轴力以及桩侧负摩阻力等分布规律,分析了不同桩间距与荷载等级下复合地基中桩土协调相互作用和荷载分担比;并进行了同等条件下等混凝土用量圆形桩竖向承载力特性试验和分析。结果表明:复合地基中X形桩桩侧负摩阻力主要发生在0.27倍桩长以上;同等条件下,桩侧负摩阻力最大值约为其正摩阻力最大值的60%;X形桩复合地基桩土荷载分担比较普通圆形桩复合地基桩土荷载分担比更合理,承载力也更高。     

考虑土体非线性固结沉降的复合地基桩侧负摩阻力研究

基于Davis一维非线性固结理论,求得桩周土体固结沉降随时间和深度变化的计算公式;结合桩-土双曲线荷载传递模型,建立复合地基中桩体平衡方程的矩阵表达式,通过将矩阵方程组联立迭代求解,得到复合地基中桩侧摩阻力、桩身轴力及中性点位置.通过针对某工程实例的对比分析,验证了本文中所建理论计算方法的可靠性;继而探讨了地基土固结度、桩周土体初始体积压缩系数、桩端土体压缩模量及桩-土应力比对桩侧负摩阻力和中性点位置的影响.研究结果表明:所建立的考虑土体非线性固结沉降的桩侧负摩阻力计算模型可以有效、准确地反映复合地基中基桩负摩阻力和中性点位置随地基土固结时间的变化规律;桩周土体初始体积压缩系数对桩侧摩阻力影响显著,桩端土体压缩模量对中性点位置影响显著;桩身下拽力、中性点深度随着桩-土应力比的增大而减小.     

温度影响下透明土-混凝土接触面摩擦力学特性试验研究

基于室内土工试验,针对目前国内外常用的2种透明土材料(熔融石英砂和烘烤石英砂)与混凝土材料之间接触面的摩擦力学特性开展研究,着重分析混凝土温度变化对透明土-混凝土材料接触面摩擦力学特性的影响规律;为了对比分析,开展相同情况下砂土-混凝土材料接触面摩擦力学特性室内试验。研究结果表明,熔融石英砂和烘烤石英砂两种透明土材料-混凝土材料接触面摩擦力学特性与砂土材料-混凝土材料接触面摩擦力学特性相似,说明该2种透明土材料可以较好地模拟天然砂土-混凝土材料接触面特性;温度因素对透明土材料-混凝土材料接触面摩擦力学特性有一定影响,但影响并不明显。     

扩底楔形桩沉桩施工过程数值模拟分析

扩底楔形桩是一种可以有效发挥桩侧摩阻力和桩端阻力、降低负摩阻力影响的新型纵向变截面桩;然而针对其沉桩施工过程中的挤土效应、沉桩阻力等研究则相对较少。基于PFC数值分析软件,建立扩底楔形桩和等体积混凝土用量的常规等截面桩的沉桩施工过程模拟数值模型;通过与等截面桩沉桩模型试验和圆孔扩张理论计算结果的对比分析,验证了本文所建立的数值分析模型的准确性和可靠性;对比分析扩底楔形桩和等截面桩沉桩过程中桩周土体位移场、应力场以及沉桩阻力等变化规律。研究结果表明：沉桩过程中桩端阻力值的大小,不仅与横截面面积有关,而且与桩侧界面形式有关;本文数值模型情况下,扩底楔形桩静压沉桩施工桩端阻力、桩侧摩阻力和整体沉桩阻力分别是等截面桩的1．8,1．1和1．5倍。     

黏性土地基中摩擦型能量桩现场热响应试验

温度作用下摩擦型能量桩不仅会引起桩体热应力,而且会引起桩体位移。针对黏性土地基中摩擦型能量桩开展现场热响应试验研究,实测进/出口水温、桩体温度以及桩体热应变与热应力等变化规律;分析能量桩换热功率、桩体轴向约束应力、侧摩阻力、轴向相对位移以及中性点位置等热力响应特性。研究结果表明：试验条件下,3.0 kW恒定输入功率时,黏性土中能量桩（桩长24 m、桩径0.6 m、W形埋管）平均每延米换热效率约为30.5 W·m^-1;桩体轴向约束应力和最大相对轴向位移均在运行180 h后达到稳定期,其数值分别为-0.226 MPa·℃^-1和0.016 mm·℃^-1;侧摩阻力的中性点位置出现在桩顶以下约60%桩长附近。