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。     

楔形管桩沉桩及桩端后注浆可视化模型试验

基于人工合成透明土材料和PIV图像处理技术,开展楔形管桩沉桩及桩端后注浆施工过程的可视化模型试验,测得楔形管桩沉桩过程中桩周土体的位移场,桩端后注浆过程中扩大头的形状和直径等变化规律。研究结果表明:楔形管桩沉桩过程中桩周土体的位移场与等截面桩略有不同,其最大位移发生在桩顶处;桩端后注浆形成长轴与桩深方向一致的椭圆球孔扩张模式;基于人工合成透明土材料和PIV图像处理技术可以有效实现沉桩及桩端后注浆施工过程的可视化,为桩基相关设计与施工提供参考依据并广泛应用于桩土相互作用问题。     

深部缩径缺陷桩的透明土模型试验研究

针对传统室内模型试验无法了解缩径桩桩周土体内部位移场的缺点,利用透明土和粒子图像测速技术研究深部不同缩径参数对单桩承载特性和桩周土体位移场的影响.通过对比分析完整桩和缩径桩的荷载-沉降曲线以及桩周土体位移场发现:缩径径向尺寸对基桩极限承载力的影响大于缩径长度;当荷载达到极限承载力时,桩端土出现扇形的位移面,桩顶周围的桩...     

嵌岩桩抗拔承载特性的离心模型试验研究

针对目前在抗拔桩设计中对嵌岩桩承载力影响因素理解不足,导致桩基设计不合理的问题,采用离心机模型试验,研究嵌岩深度、岩土体性质和桩型对桩基极限抗拔承载力的影响。研究结果表明:等截面桩极限抗拔承载力随嵌岩深度的增加呈近线性增加,扩底桩极限抗拔承载力呈非线性增加;较软岩与软岩比较,扩底桩极限抗拔承载力增幅超过200%;扩底桩极限抗拔承载力高于等截面桩88.7%～95.2%。     

既有基础螺旋桩顶升纠偏机理透明土试验

既有建(构)筑物基础纠偏与加固技术是建(构)筑物倾斜纠正的重要有效手段之一,也是现代建筑技术中的一个重要分支,对古建筑保护等具有重要意义。为研究既有基础环境下螺旋桩沉桩过程中的挤土效应,探讨顶升法纠偏过程中的既有基础下部土体位移场、基础变形、作用机理以及纠偏效果,基于透明土材料与PIV图像处理技术,开展螺旋桩顶升纠偏既有基础的模型试验。研究结果表明,沉桩过程中主要表现为无基础一侧的桩侧土体的位移,土体扰动最大影响范围可达11倍桩径;既有独立基础下土体位移相对较小;纠偏过程中基础下土体大致呈以基础中心为圆心的圆弧状运动趋势,运动方向与基础纠偏转动方向相同,沿深度方向对土体的最大影响范围在0.57倍基础宽度左右;纠偏过程中各监测点位移随倾角基本上呈线性变化,顶升侧最终达到了约2.9 mm的竖直位移量,约为设计顶升量的50%。利用透明土材料与PIV图像处理技术进行试验,可以对具体既有建(构)筑基础纠偏加固现场设计与施工提供参考依据。     

桩板路基结构扩体预制桩的承载特性试验研究

为了深入揭示桩板路基结构中引扩孔灌浆扩体预制桩的承载特性与荷载传递机制,研究预制桩扩体截面尺寸、桩顶承压方式以及截面组合形式对扩体桩中预制桩-扩体-周围土协同作用的影响规律,在2个试验区开展了9根试桩的静载荷试验。试验区A是内部管桩承载的5根扩径0～1 200 mm扩体预制桩,试验区B是内部管桩承载和全截面承载的2根小直径管桩扩体桩以及2根大直径管桩扩体桩。试验结果表明：外围水泥砂浆的设置可将内部管桩荷载有效传递至周围土体,提升整体承载性能,当水泥砂浆厚度由10 cm增加到25 cm时,同级荷载作用下桩顶沉降降低约44.3%～59.5%,但随水泥砂浆厚度的进一步增加,该变化趋势不明显,试验工况下外围水泥砂浆厚度的合理取值范围为15～25 cm;内部管桩承载工况下扩体桩中管桩-砂浆界面阻力呈两端大、中间小的分布模式,受内部管桩和周围土侧阻力综合作用,水泥砂浆厚度小于15 cm时可能在桩顶附近出现拉应力;全截面承载工况下管桩-砂浆界面阻力受桩顶等位移作用影响发挥相对较小,但随着深度增加呈逐渐增大的变化趋势,在整体承载性能上与内部管桩承载工况大体相当;内部预制桩直径的增加可显著提高扩体桩的承...     

PBA工法中边桩参数对结构稳定性的影响研究

以北京地铁6号线北海北站工程为背景,采用FLAC3D数值模拟的方法,研究不同的边桩嵌入深度和边桩直径下地层沉降、边桩水平位移和洞底塑性区的规律。研究分析表明:地表沉降和边桩水平位移随着边桩嵌入深度的增加而减少;当嵌入深度一定时,不同边桩直径下对边桩水平位移的影响大于对地表沉降的影响;嵌入深度与洞底塑性区特性具有明显关系,嵌入深度小会使洞底、洞顶土体产生较大塑性区。     

嵌岩桩抗拔特性现场试验研究

依托国家电网路平—富乐500 k V双回线路工程中嵌岩抗拔桩极限载荷试验,针对其中3根等截面抗拔桩,对其上拔荷载-桩顶位移关系,桩身轴力及桩身侧阻力等特性进行了分析。结果表明:在本试验研究范围内,相同的岩土层中,增加桩长,可以显著提高抗拔桩的极限承载力,减小桩身位移。岩性是影响抗拔桩极限承载力的重要因素,相同厚度各岩土层提供抗拔力的能力比(即各岩土层的桩侧阻力之比)为土层∶强风化砂岩∶中风化砂岩=1∶3.8∶9.3;随着嵌入中风化砂岩深度的增加,抗拔桩极限承载力呈近线性增加。     

基于颗粒流的桩端后压浆细观机理模拟研究

研究目的:目前,桩端注浆的理论研究主要采用理论分析、有限元模拟等手段从宏观现象出发分析注浆机理、加固效果等,存在假设过多、本构模型选取困难和内在作用机理认识不清等诸多弊端。针对现有研究的不足,采用颗粒流方法模拟桩端注浆过程,从细观角度分析桩端注浆扩散机理、压力分布及衰减、土体改性作用、土体位移场和应力场变化、桩身受力特性和桩体-浆液-土体耦合作用等,从而进一步完善注浆理论的研究。研究结论:(1)注浆压力是影响注浆扩散范围和桩周土体改性最重要的因素,注浆压力越大,浆液扩散半径越大,土孔隙率变化越大,土颗粒运动和重新排列越明显;(2)由于桩体的阻碍,注浆压力在桩端平面上下分布不同,导致土体孔隙率变化、应力场和位移场在桩端上下差别明显;(3)桩端注浆可分为三个阶段,前期土体应力和桩身受力增长明显;中期持续增长,趋势放缓;后期基本不变;(4)桩端注浆本质上是桩体-浆液-土体三者相互作用的过程;(5)本文可为注浆理论的研究发展提供新的思路。     

大直径泥水平衡盾构浅覆土始发地表沉降特性

研究目的:在盾构始发阶段,由于覆土浅、地层自稳能力差,地层扰动引起的危害已成为不可忽视的问题。基于此,本文以京张高铁清华园隧道工程为背景,依据始发段实际加固方案及现场监测得到的始发段掘进参数,采用有限差分法建立三维泥水平衡盾构隧道数值模型,通过分析始发施工过程中隧道周边地表土体位移,并与现场实测进行对比,研究大直径盾构浅覆土始发段地层位移变化特征。研究结论:(1)数值计算与现场监测结果得到的土体位移规律基本一致,验证了本文盾构法施工数值模拟计算方法的工程实用价值;(2)由于始发竖井端头进行了高压旋喷桩加固,相应的地表沉降明显得到控制改善,印证了加固方案的有效性;(3)得到了大直径泥水盾构浅覆土始发土体变形规律:隧道轴线上方土体的沉降位移最大,为20 mm,两侧逐渐减小,两端呈现轻微上拱趋势,隧道周围土体有向洞室挤人运动的趋势;(4)该研究成果可为类似大直径盾构浅覆土始发工程提供参考。     

海相软土地区铁路深长双向搅拌桩复合地基加固效果分析

针对18 m以上深长双向搅拌桩复合地基加固海相软土地区铁路路基的长期加固效果问题,依托新建青连铁路连盐试验段进行了现场试验研究。通过施工期的工艺优化和成桩质量控制,填筑期的荷载传递规律分析,以及贯穿施工期到运营期的长期沉降观测,验证了深长双向搅拌桩复合地基加固的长期可靠性。结果表明:干法和湿法双向搅拌桩加固苏北地区含水量在37%~55%之间的海相深厚软土地层具有可行性,试验桩长20 m范围内成桩质量良好;从施工期到运营期的路基沉降控制效果良好,满足规范对沉降的要求。试验研究成果拓展了双向搅拌桩的适用范围,在加固深度方面突破了现行规范规定的干法桩不宜大于15 m、湿法桩不宜大于18 m的限制,并且具有较好的经济效益和社会效益。     

桩网结构路基土拱效应离散元研究

建立桩网结构路基的离散元模型,从散粒体和微观角度研究了桩网结构路基中的土拱效应。结果表明:土拱效应随着桩间土的沉降而发展变化,桩间土发生较大的沉降后土拱效应才能达到极限状态。桩顶平面上方1.67倍桩净间距范围内土体的密实度受土拱效应的影响,土体孔隙率的变化与土拱效应发展保持一致。土拱效应发展过程中土体的竖向位移远大于水平向位移,桩顶上方竖向位移小于桩间土上方竖向位移,等沉面的高度位于2.7倍的桩净间距处。土体中竖向应力的影响范围与密实度的影响范围相同,土拱高度为该影响范围的上限,在该范围内土压力系数随土拱效应发展而变化,但两者变化并不一致,且土压力系数在桩顶上方和桩间土上方也不相同。     

地铁隧道盾构法施工对桩基变形与内力的影响

通过数值仿真试验,分析了盾构法隧道施工引起的单桩桩身变形、轴力、弯矩随不同的桩洞距离、桩端与水平洞轴线的相对位置、桩型的变化规律,对群桩进行了数值仿真试验。试验结果表明,开挖后桩身发生倾斜变形,桩身内力发生明显变化,且桩端与水平洞轴线的相对位置与桩端土性的不同对桩身内力变化有明显的影响;开挖引起的双桩的桩身内力相对于对应位置的单桩均减小,且由于前桩的遮挡作用,隧道开挖对双桩后桩的影响大大减弱。     

不同桩体刚度对复合地基的影响

结合 2个工程实例———石灰搅拌桩和CFG桩复合地基 ,进行了室内试验、现场载荷试验及非线性有限元分析 ,探讨这两类复合地基受力、变形性能的不同所在 ,进而验证数值分析方法的可靠性和地基土本构模型选取的合理性     

隔离桩对盾构侧穿建筑物时基础变形的影响分析

以济南地铁R1线地下段盾构近穿某建筑物为背景,采用数值分析的方法对隔离桩不同参数进行逐一模拟。研究了隔离桩不同桩长、桩洞距及桩间距对建筑物基础位移控制的影响。研究表明,桩长越长,隔离效果越好;在一定范围内,桩洞距越小隔离效果越好;由于桩间土拱效应,桩间距减小至一定程度后,隔离效果改善不明显。经优化选取桩长为30 m、桩洞距为2.0 m、桩间距为1.2 m的隔离桩。相比未打设隔离桩的情况,优化取值的隔离桩后,建筑物基础水平位移可减小36.6%,竖向位移可减小33.1%。     

高速铁路大直径桩基础水平承载力机理研究

结合连镇铁路新沂河特大桥试桩工程,通过单向多循环加载法对桩端自由的PHC管桩和钻孔灌注桩进行水平承载力试验得出地基土水平抗力系数的比例系数m值;采用有限元软件对钻孔灌注桩进行数值模拟得出沿桩长范围的剪力、弯矩、位移和桩侧土抗力分布曲线。研究表明,同类地质条件下,两种桩基础工程特性不同,实际工程中可结合具体工程要求合理选择桩基础结构形式;钻孔灌注桩弯矩最大值主要分布在自桩顶1/4桩长范围内,桩身水平位移和桩侧土抗力最大值主要分布在自桩顶桩长1/8和自桩底部1/4桩长范围内。     

端承灌注桩完整性及承载力研究

武广客运专线路基段采用CFG桩,路基与桥梁过渡段采用路基灌注桩,桥梁段采用桥梁灌注桩。采用桩端反射波曲线特征分析法判定桩身混凝土施工质量;采用单桩静载试验,其CFG桩单桩承载力大于600 kN、路基灌注桩和桥梁灌注桩单桩承载力均大于2 000 kN,满足设计要求。     

渗水作用下膨胀土中单桩承载变形特性研究

目前膨胀土中桩基设计仍基于非膨胀土力学的设计原则。基于FLAC3D采用热-力耦合方法实现吸热膨胀来模拟膨胀土的吸湿膨胀,并重点阐述温度场模拟湿度场的关键参数取值方法。建立膨胀土中单桩三维实体模型,得出渗水作用下膨胀土中单桩的荷载变形特性、桩侧摩阻发挥特征,并分析了桩长、桩径、膨胀系数等对单桩承载特性的影响规律。研究结论:非扩底桩最小桩长宜大于2倍膨胀影响深度;细长桩比短粗桩更能有效降低膨胀土中桩顶的位移。该方法可获得渗水作用下任一时刻的桩身受力变形特性,为研究膨胀土中桩基受荷性能提供一种可行的变通手段。     

单叶片螺旋钢桩竖向承载特性数值分析

为分析单叶片螺旋钢桩在砂土地层竖向抗压承载特征,结合单叶片螺旋钢桩现场静载试验进行有限元软件模拟。将数值计算结果与现场实测数据进行对比分析,验证其数值计算结果的可靠性,其次采用该有限元软件分别模拟不同相对密实度砂土中几何参数不同的单叶片螺旋钢桩静载试验而得到不同荷载-位移曲线,同时将螺旋叶片直径的5%位移值对应荷载作为桩极限承载力。考虑砂土相对密实度,钢桩埋深,螺旋叶片直径,中心钢轴4个参数变化对单叶片螺旋钢桩极限承载力影响。结果表明:单叶片螺旋钢桩桩周土层的相对密实度和桩埋深是影响承载力的主要参数,螺旋钢桩叶片直径影响次之,钢轴直径的影响最小;同时,单叶片螺旋钢桩极限承载力增量百分比在松砂中最大,中密砂次之,密砂最小。     

桩网复合地基加筋垫层土工格栅变形机理研究

在武广高速铁路CFG桩加固段选取一横断面,分别在桩顶和桩间土位置的土工格栅上间隔安装14个柔性位移计,测试土工格栅作为水平加筋体随荷载、时间的变化情况,结合测试结果,研究土工格栅变形的内在机理.研究结果表明,无论是在桩顶还是在桩间土的位置,土工格栅的变形沿路基横断面在路基中心区、路肩下过渡区和路基坡脚区表现出3种不同的变化规律;土拱效应是影响土工格栅变形的重要因素,受土拱效应的作用,在桩顶和桩间土中心位置均存在局部受压区域;垫层为级配碎石时,土工格栅最易受破坏的地方位于桩土交界处,土工格栅的破坏形态更近似平底锅形而非抛物线形.