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...     

刚度差异桩组合桩网结构路基承载特性

刚度差异桩组合桩网结构路基因具有工后沉降小、经济效益好的优点而被广泛应用于铁道工程。与传统桩承结构路基相比,该结构桩土协同工作规律更为复杂,为研究其承载特性和土体沉降变化规律,通过室内模型试验和数值计算分析刚度差异桩组合桩网结构路基在静力荷载下的桩身应力、桩土应力比、格栅应力、桩侧摩阻力和土体沉降变化特点。结果表明：刚、柔性桩的承载力主要由侧摩阻力提供;刚性桩的桩土应力比随上部荷载增加呈先增长后稳定趋势,荷载在路基中沿中心桩体向边缘桩体传递,并沿路堤行车方向朝路堤横断面方向扩散;土工格栅和碎石加筋垫层共同工作,协调荷载进行再分配,均衡路基应力分布;路基中心排桩沿横断面方向的土体沉降近似呈盆状分布,刚性桩控制路基土体变形和沉降的性状明显优于柔性桩;选择性布置刚度较大长桩可减小路基沉降量。     

考虑群桩效应的加筋碎石桩复合地基沉降比计算公式

采用非线性有限元分析方法,建立加筋碎石桩群桩性能分析模型,通过模型试验从复合地基沉降和加筋体应变2方面验证了所建模型的可靠性,计算分析不同因素对地基与桩顶沉降的影响。通过单桩与群桩沉降间的关系构建了考虑群桩效应的地基沉降比计算方法。研究结果表明:竖向荷载作用下加筋碎石桩复合地基存在明显群桩效应,在加固区桩间距对群桩性能的影响显著,但对桩端土体影响不大;不同桩土模量比下中心桩桩顶沉降随荷载的变化趋势一致;同一上部荷载下加筋碎石桩能有效减少地基沉降,但当加筋体刚度大于500 kN/m时增加加筋体刚度不能有效减少加筋碎石桩复合地基沉降;桩间距与桩径比在2~4内变化时,群桩和单桩沉降比随着桩土模量比的增加呈抛物线形下降,群桩和单桩沉降比变化范围约在0.6~2.0,且桩间距与桩径比越小时群桩和单桩沉降比变化幅度越大;桩间距与桩径比在5~6内变化时,群桩和单桩沉降比几乎没有变化。     

螺纹桩竖向承载特性及承载机理研究

研究目的:螺纹桩是一种新型异型桩,具有高效、环保、经济的优点。但目前对螺纹桩承载机理尚无准确的认识,因此本文通过模型试验和数值模拟,对比分析螺纹桩和直桩竖向承载性状的不同,研究螺纹桩桩身轴力及桩侧摩阻力分布规律,分析桩顶荷载作用下桩身与桩周土体的变形规律,揭示螺纹桩竖向承载机理,并讨论螺纹结构参数对螺纹桩承载力的影响。研究结论:(1)竖向荷载作用下长径比为12的直桩和螺纹桩分别表现为摩擦端承桩和端承摩擦桩的承载特性;(2)螺纹桩极限承载力和桩身材料利用率都明显优于直桩;(3)螺纹结构参数中,螺距和螺纹宽度是影响螺纹桩承载力的主要因素,螺纹厚度对承载力影响很小;(4)螺纹桩桩侧承载力主要由桩周土体的剪切力提供,存在最优螺距使螺纹桩桩周土体抗剪强度发挥程度最大,极限承载力最大;(5)实际工程中,过大的螺纹宽度或过小的螺纹厚度会引起螺纹强度不足,并加大施工难度,因此,设计时要兼顾承载力、螺纹强度、施工难度及工程成本;(6)本研究成果可为螺纹桩地基或路基处理工程提供有用参考。     

刚柔长短组合桩-网复合地基工作性状研究

研究目的:为了探讨刚柔长短组合桩-网复合地基控制深厚软土路基工后沉降的可行性,须深入研究该类复合地基在深厚软土路基中的工作性状。为此,依托哈大高速铁路新营口车站路基处理工程,有针对性地开展现场试验研究。研究结论:(1)桩体刚度与桩间土体刚度存在较大的差异,是路堤填土中产生"土拱效应"的直接原因,且土拱效应的强弱取决于差异刚度的大小;(2)该类复合地基下的沉降变形模式主要包括路堤等沉区域、路堤土拱效应影响区域、负摩阻力作用区域、正摩阻力作用区域以及下卧土层等沉区域等五方面,且褥垫层基础的刚度是桩体与土体差异沉降大小的主要影响因素;(3)该类复合地基中CFG桩桩顶压力平均值是桩间土压力平均值的196倍,而MIP桩桩顶压力平均值是桩间土压力平均值的22倍,MIP桩有效提高了浅层土体的地基承载力;(4)采取刚柔长短组合桩-网复合地基联合堆载预压法加固深厚软土路基,可消除96%以上的沉降量,工后沉降可控制在2.0 mm左右,能满足高速铁路运营期间的稳定性要求;(5)研究成果能够为高速铁路、高速公路的深厚软土路基处理提供良好的指导作用。     

黏土地基劲性复合桩水平承载性能数值分析

采用三维非线性有限元,对黏土地基中劲性复合桩的单桩水平承载性能进行研究,重点分析水平荷载-位移关系曲线、桩体材料受拉损伤因子分布、水平极限承载力、土体极限抗力等结果,揭示桩体尺寸、桩体和土体材料力学性能等因素的影响规律。研究结果表明:随着水平荷载的增加,素混凝土、水泥土先后受拉开裂,破坏区逐渐扩展,直至桩身出现塑性铰。劲性复合桩的水平极限承载力随桩体直径、桩体和土体材料强度的增加而增加,其中影响相对明显的是水泥土桩的直径。基于计算结果,给出桩侧土体极限抗力的分布形式建议和劲性复合桩的水平极限承载力简化计算方法。     

循环荷载作用下超长桩动力特性研究

考虑桩基土体在动力作用下强度弱化的基础上,通过拟合数值模拟结果和试验结果,验证强度折减法在FLAC3D中实现的可能性。建立超长桩的动力数值模拟模型,从循环荷载的频率、荷载幅值、恒载部分、循环次数、桩土刚度比和桩长方面对超长桩的动力特性进行分析。研究结果表明:循环荷载频率越大,超长桩桩顶累积沉降越小;荷载幅值越大,对应的超长桩桩顶累积沉降越大;循环荷载的恒载部分对超长桩的动力沉降影响不大;桩顶沉降随循环荷载次数增加而逐渐增大,并随循环次数的增加逐渐趋于稳定;桩土刚度比越大,对应的超长桩桩顶累积沉降越大;桩长越长,对应的超长桩桩顶累积沉降越小。     

群桩水平承载特性数值模拟研究

针对目前群桩基础水平承载特性研究落后于工程应用的现状,采用数值分析的方法研究了软土地基管桩群桩基础在水平荷载作用下的承载特性。计算结果表明:群桩承受水平荷载时,承台前土体压缩变形范围明显小于承台后受拉变形范围;随着桩间距的增加,群桩侧向影响范围逐渐减小,而深度影响范围和桩顶位置处弯矩逐渐增大;相同水平荷载作用下前桩最大弯矩值明显大于后桩,前排桩桩身剪力零点位置高于后桩;当桩距达到6~8倍桩径时,群桩效应明显降低。     

水泥土搅拌桩复合地基承载特性现场测试分析

结合200~250 km/h客货共线的达成铁路的水泥土搅拌桩复合地基,现场埋设混凝土应变计、沉降位移计和土压力盒,分析在路堤荷载作用下水泥土搅拌桩复合地基荷载传递及变形规律。测试结果表明,复合地基的变形特性表现为地表沉降大,加固区中部地基层沉降小,加固区下部地基沉降最大。承载特性为桩体存在摩阻力零点,即中性点,中性点以上为负摩阻力,以下为正摩阻力。在群桩状态下,不存在临界桩长。承载与变形耦合关系表现为:桩体轴力最大点恰是复合地基压缩量最小的点。     

水泥搅拌饱和黄土复合地基桩土荷载分担研究

兰州至中川机场城际铁路工程沿线大多地段属于饱和黄土地基,承载力低,压缩性大,无法满足设计要求,采取水泥土搅拌桩复合地基进行加固,通过现场实测路堤荷载及刚性承载板下水泥土搅拌桩复合地基中桩土荷载分担情况。结果表明:随着路堤填筑高度及时间的增加,桩体、桩间土的应力都增大,桩体的应力大于桩间土的应力;相同的路堤填土荷载下,二灰掺量16%的复合地基中最大桩顶应力272.5 kPa,对应桩间土应力45.5 kPa;二灰掺量12%的最大桩顶应力166.3 kPa,对应桩间土应力为69.3 kPa。随着二灰掺入量的增加,路堤荷载下水泥土搅拌桩复合地基桩土应力比增大,二灰掺量16%时的最大桩土应力比为5.57,是二灰掺量为12%的2.34倍;刚性基础下桩土应力比随荷载的变化呈现出凸单峰曲线。复合地基中桩体应力集中系数的值随着荷载的增加而逐渐增大,桩间土应力减小系数随着荷载的增加而减小。     

高速铁路柔性路基下CFG桩弯曲破坏研究

水泥粉煤灰碎石桩(CFG桩)复合地基因其成本低、桩体刚度大、沉降小,广泛应用在对工后沉降要求较高的高速铁路路基加固工程中,但是关于柔性路基下复合地基稳定性和破坏模式的研究尚不成熟。结合工程实例,采用理论分析和数值模拟的方法,研究了铁路柔性路基下CFG桩地基稳定性和破坏模式。研究表明:与复合地基剪切破坏准则和BS 8006-1:2000规范获得的稳定系数相比,基于弯曲破坏强度理论计算得出的CFG桩复合地基稳定系数最小;基于CFG桩弯曲破坏模式得出的最危险圆弧滑动面与不加CFG桩时不重叠;对于柔性路基下CFG桩加固的复合地基,当下伏地层土质较差时,可在路基外设置1～2排桩;CFG桩顶加筋垫层可以提高桩体承受侧向荷载的能力,从而提高桩网结构复合地基的稳定系数,降低弯曲破坏发生的概率。     

路堤荷载下长短桩加固黄土地基影响因素的分析

黄土高原地区,有关路堤荷载下长短桩复合地基工作特性的研究较少,相关经验也较为缺乏。为更好地了解这种复合地基的桩土共同作用状况,结合实际工程,运用MIDAS/GTS有限元软件,分析桩长、桩间距和下卧层刚度对复合地基工作性状的影响。研究结果表明:在一定范围内,桩长和下卧层刚度的增加、桩间距的减小均能起到减小沉降的作用;由于负摩阻力的存在,长短桩的桩身应力最大值出现在桩顶以下一定深度处,当长桩为18 m,短桩为8 m时,长桩桩身应力最大达1 831.7 kPa;长(短)桩的桩身应力随短(长)桩长度的增加而减小;长桩桩土应力比随长桩长度、桩间距和下卧层刚度的增加呈先增加后稳定的趋势;短桩桩土应力比随短桩长度的增加而增加,随桩间距的增加而减小,随下卧层刚度的增加则呈先增加后稳定的趋势。因此,长短桩复合地基应在满足沉降及承载力要求的前提下,选取最经济的桩长、桩间距并使长桩桩端尽量支撑在较坚硬的持力层上。本文研究成果对长短桩复合地基的设计和施工均有一定的参考价值。     

碎石桩复合地基若干问题的理论分析

本文在考虑桩 -土相互作用的基础上 ,根据桩 -土侧向变形协调及竖向变形相等的条件 ,应用弹性理论导出了线弹性状态下桩体及桩周土的应力 -应变关系 ,得出了桩体材料屈服时桩 -土应力比的计算式。利用摩尔 -库仑屈服准则导出了桩周土处于极限平衡状态时 ,桩体和桩周土竖向变形的表达式 ,并导出了碎石桩极限承载力计算式。讨论了桩 -土应力比、竖向应变与置换率及桩周土变形模量的关系。同时指出 :用碎石桩加固软土地基其加固效果比较明显。但用碎石桩来加固土的变形模量大于 8MPa的地基 ,加固效果不很明显 ,且是十分有限的。并建议对于碎石桩加固的软土地基应该按控制沉降量设计法来代替传统的控制承载力设计法来进行设计计算。为验证本文方法的正确性 ,通过工程实例 ,将本文计算结果与实验结果进行了对比 ,对比表明 :本文方法有较高的精度     

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。     

碎石桩复合地基承载力瞬态面波测试技术

0引言桩土应力比是碎石桩复合地基的一个重要的设计参数,它反映了复合地基的工作状态,实质上是指作用在桩体上的荷载密度与作用在桩间土体上的荷载密度之比。随着碎石桩处理软弱地基方法的广泛应用,国内外学者结合具体的地基处理形式作了大量工作,在各自的假定上提出了一些桩土     

长短桩复合地基应力与沉降分析

利用三维有限元对长短桩复合地基进行对比分析,给出全长桩、全短桩、长短桩、无垫层、天然地基5种方案下的桩身应力与土体附加应力分布,并探讨垫层模量和厚度对承台沉降的影响和对应力的调节作用。研究结果表明:复合地基能有效减少天然地基沉降和改善浅层土的应力状态,复合地基中桩身应力与土体附加应力按刚度分配,桩侧土应力与桩身应力表现出互补的特性。而垫层使桩与桩、桩与土之间应力分配趋于合理,垫层模量对承台沉降影响显著;随着垫层模量增加,长桩桩顶应力增加,短桩桩顶应力和桩身应力及土体表面应力降低;随着垫层厚度的增加,变化趋势则相反。     

高压旋喷桩复合地基承载力研究

以某铁路枢纽西南环线铁路路基为背景,运用高压旋喷桩桩体低应变动态测试试验、抽芯检测及单桩复合地基承载力静载荷试验,以及理论计算和数值分析,研究高压旋喷桩复合地基承载力。结果表明:该路基的356根高压旋喷桩中,一类桩占95.5%,二类桩占4.5%,桩体强度均大于1.6MPa;现场试验所得单桩复合地基承载力特征值为169~181kPa,理论计算所得特征值为248.7kPa,表明当现场加载未达到极限状态时,所得复合地基承载力特征值偏小;数值模拟所得单桩复合地基承载力为155kPa,其荷载—沉降曲线变化趋势与现场试验结果相同;该复合地基成桩质量及承载力能够满足工程设计要求。     

软土地区新建城市轨道交通线路路基对邻近既有线路路基水平变形的影响分析

依托东部沿海软土地区某城市轨道交通路基帮宽工程,利用同济大学L-30土工离心机进行土工离心模型试验,研究既有CFG桩(水泥粉煤灰碎石桩)复合地基路基在邻近堆载作用下土体和桩体的水平变形规律。利用有限元数值模拟方法,研究既有路基和新建路基的不同加固形式对既有路基水平变形规律的影响。研究表明:在邻近堆载的作用下,软土地区城市轨道交通线路路基坡脚外2 m土柱的水平变形呈现"弓"型变化规律,随埋深增加,水平变形先增大后减小;路基CFG桩复合地基中的CFG桩的水平变形呈现漏斗型变化规律,桩顶水平位移最大,随埋深的增加,水平变形逐渐减小;新建路基中桩基的存在,可有效减小既有路基的水平位移;在CFG桩桩顶增加筏板,能将CFG桩的水平变形规律由漏斗型改变为"弓"型,同时减小桩体的最大水平变形。     

高速铁路深厚松软土层CFG桩桩筏和桩网复合地基沉降特性的试验研究

依托京沪高速铁路李窑试验工点,对深厚松软土层中CFG桩桩筏和桩网复合地基的沉降特性及规律进行了试验研究,得出如下主要结论:桩网复合地基的路堤底面地表沉降比桩筏复合地基的大20%.桩网复合地基加固区和下卧层沉降分别占相应总沉降的28%和72%;桩筏复合地基加固区和下卧层沉降分别占相应总沉降的25.5%和74.5%.桩网复合地基CFG桩桩顶和桩间土间的沉降差远远大于桩筏复合地基,二者最大比值超过10倍;桩筏复合地基CFG桩桩顶和桩间土之间的沉降差很小,可忽略不计.就沉降和承载力特性而言,桩筏复合地基的整体性好于桩网结构.     

桩承加筋式路堤的承载机理研究

具有深厚软弱下卧层的路堤可采用桩承加筋式复合地基,以提高地基的承载力、减小路堤总沉降和差异沉降,而且可以布成疏桩,提高桩土荷载分担比,降低工程成本,在国内外的应用越来越广泛。本文采用拉格朗日描述位移的大变形有限元分析方法,研究桩承加筋式路堤的荷载通过土拱效应和拉筋材料传递到桩身的机理和变化规律,及其受路堤填筑高度、桩身刚度和桩间距、路堤填土的工程性质、拉筋材料抗拉刚度和铺设位置的影响性状。通过数值分析,得到一些有助于桩承加筋式路堤设计的结论。