冻结黏土-混凝土界面动力剪切特性研究

冻土与混凝土接触界面动力剪切特性对于冻土工程的抗震稳定性和长期服役性有直接影响。为了研究动荷载作用下多年冻土地区桩土相互作用及桩侧冻结强度特性,在常规直剪仪的基础上,研制出可同时满足动荷载输出和低温控制条件的动力直剪系统。利用该设备开展不同影响因素条件下的冻结黏土-混凝土桩基界面动力剪切试验,研究了动荷载作用下,试验温度、法向压力、动荷载频率及振次对冻土与混凝土界面冻结强度的影响,同时探讨了界面剪切破坏后的残余强度的变化规律。试验结果表明：动荷载作用下,冻结黏土-混凝土界面力学行为具有应变软化特征,可明显分为线性增长,脆性破坏,强度恢复及残余稳定4个阶段;界面峰值强度和残余强度受温度变化影响最为显著,并且动力荷载特性对界面强度具有一定规律性的影响;温度主要通过冰胶结力作用对剪切强度和残余强度产生影响,随着温度的降低,界面内聚力显著增大,从而表现为冻结强度的增加。通过对动荷载作用下冻土与混凝土接触界面强度特性分析,阐明了界面冻结强度特征及形成机理,可为寒区工程中的冻土与桩基接触面间的剪切特性研究以及结构物抗冻拔病害防治提供参考。     

不同加载频率及循环应力水平对人工冻融软土动力特性影响试验研究

近年来冻结法作为一种提高土体强度的手段被广泛应用于地铁隧道施工中,然而在列车循环荷载作用下冻土融化后会产生较大变形,影响地铁列车的运营安全。基于室内动三轴试验,研究列车加载频率、应力幅值和固结压力对冻融土体动孔压及应变的影响,得到地铁列车循环荷载下冻融软土的动力特性规律。试验研究表明:冻融后土体强度显著降低,且由于列车循环荷载作用会发生更大程度的下降。在地铁不同频率荷载下,其加载频率越低,动孔隙压力值越高,冻融后软土应变增幅明显。在相近循环应力比下,固结压力比应力幅值对冻融土动力特性影响更大。同时,基于试验数据,建立地铁列车循环荷载作用下的冻融土孔压累积模型,模型预测值与试验值较为吻合。     

砂土地区超长基桩双荷载箱法承载特性试验研究

依托越南砂土地区某工程超长基桩,采用双荷载箱法进行原位承载力试验,研究砂土地区超长基桩的荷载位移曲线、桩身压缩、桩身轴力传递、桩土相对位移、桩侧及桩端摩阻力分布等承载特性.研究结果表明:荷载箱附近土体表现出典型弹塑性体特征,靠近荷载箱的土体先出现桩土相对位移,其位移量最大,土体侧摩阻力优先发挥;离荷载箱越远,土体侧摩阻...     

高速铁路采空区群桩受力机理数值模拟

对高速铁路采空区桥梁群桩基础的受力机理研究,目前还非常少见。以合肥至福州高速铁路官山底特大桥采空区群桩基础为原型,通过数值模拟获得群桩受力规律。研究表明:随着荷载增大,桩上部轴力变化明显,桩身轴力沿深度逐渐减小,在采空巷道内桩身轴力不变,所有桩均为端承摩擦桩;桩侧摩阻力沿桩身先增大后减小,整个桩的侧摩阻力分布重心下移,穿过采空区的桩侧摩阻力分布重心比未穿越采空区的桩下移深度略深;承台下中部的桩间土应力要大于承台边角位置的桩间土应力,随着荷载增大,桩间土应力增长速率小于桩顶应力,桩身开始承担更多荷载。     

堆载作用下桩基受力特性分析

以郑徐(郑州—徐州)高速铁路一特大桥桩侧堆载为背景,采用ABAQUS建立桩-土相互作用有限元模型,研究在不同堆载等级和堆载距离下桩侧摩阻力和桩身轴力的分布规律以及桩顶沉降规律。结果表明:桩侧负摩阻力主要分布在0.57倍桩长范围内,堆载等级越大桩侧摩阻力和桩身轴力越大,负摩阻力最大值出现在0.29倍桩长处,轴力最大值出现在0.52倍桩长处;堆载距离越大桩侧摩阻力和桩身轴力越小,堆载距离大于5倍桩径时,桩侧摩阻力和桩身轴力均明显减小;堆载等级越大堆载对桩基的竖向位移影响越大,堆载距离越大堆载对桩基的竖向位移影响越小。计算结果可以为桩侧堆载控制提供理论依据。     

黄土地区不同成孔方式灌注桩承载特性现场试验研究

为研究不同成孔方式对桩基承载特性产生的影响,依托吴定高速公路,开展旋挖钻孔、冲击钻孔以及人工挖孔3种成孔方式灌注桩的现场静载对比试验,得到不同成孔方式灌注桩桩身轴力、桩侧摩阻力及桩顶位移等主要参数。研究结果表明:人工挖孔桩的极限承载力最大,冲击钻孔桩的极限承载力最小;3种成孔方式桩基的桩身轴力衰减速率在各级荷载作用下的变化规律基本相同,其中人工挖孔桩桩身轴力的衰减速率最大,冲击钻孔桩的最小;此外,在同一荷载作用下,人工挖孔桩的桩侧阻力最大,桩端阻力最小而冲击钻孔桩的桩端阻力最大,桩侧阻力最小。研究结果可为黄土地区灌注桩基础选择合理的成孔方式提供理论和实践依据,且有利于桩基承载力的提高。     

地铁盖挖换乘车站桩基自平衡极限承载力检测技术

基于长春地铁6号线盖挖换乘车站钢管柱桩基承载力检测,研究采用桩基自平衡极限承载力检测技术对中间桩基极限承载力进行测试检定。在中间桩基桩身平衡点处安装组合式荷载箱,利用加压泵对荷载箱施加垂直荷载并通过传感器传递至桩身;通过位移杆及位移传感器得出静载检测参数,经位移、应力关系计算分析获取桩基极限承载力数据。结果表明,采用自平衡检测技术可测试大吨位桩身轴力及位移,并可判断同一地质条件下桩基的承载性能;相比应变法、钻芯法,该检测技术对地铁工程深孔桩基检测更加准确、可靠、便捷。     

京沪高速铁路CFG桩-筏复合地基现场试验研究

结合京沪高速铁路凤阳试验段工程,开展CFG桩+垫层+筏板处理地基试验。实测桩-筏复合地基沉降变形、桩顶应力、桩间土应力、筏板顶面土应力、钢筋应力及桩身应变;分析路基沉降变形、桩土应力比随填筑高度和固结时间的变化规律;获得地基面桩土应力分布、筏板顶面土应力分布、钢筋应力分布、桩身轴力和侧摩阻力分布;研究路堤荷载作用下CFG桩-筏复合地基的工作性状。研究成果有助于高速铁路桩-筏复合地基沉降控制、承载特性和应力传递机理的研究,并为京沪高速铁路及其它相关工程的桩-筏复合地基设计方法提供数据支持。     

盾构隧道施工对桩基影响的解析理论研究

研究目的:基于柱体空腔膨胀理论,引入桩侧荷载传递函数前沿成果,深化了地层应力、地层变形和桩侧荷载传递函数的计算表达式,并以此为基础,研究盾构隧道施工影响下桩基的附加轴力、摩阻力、竖向位移的解析理论以及桩基在隧道不同位置处的力学响应规律,同时辅以有限元计算结果进行对比分析.研究结论:(1)在同一工况、不同荷载传递函数λ值...     

高铁复合结构路基荷载传递及沉降数值模拟

研究目的:高速列车运营荷载作用将导致复合结构路基产生沉降。由于高铁对路基沉降要求高,复合结构路基的荷载传递和沉降变形规律值得工程界关注。为研究高铁复合结构路基荷载传递以及沉降变形规律的影响因素,本文建立高速铁路复合结构软土路基三维有限元分析模型,将高速铁路列车运行荷载简化为均布荷载作用于轨道板以下的路堤顶面,分析桩长、桩间土模量和下卧层模量对桩身轴力分布、桩土应力比以及路基沉降的影响规律。研究结论:(1)桩身轴力随桩长增加而增大,路基沉降则明显减小;在不同桩长下,桩土应力比沿桩身距离路基中心水平方向位置的变化均表现为先增大再减小的趋势,10 m、12.5 m、15 m和20 m桩长下桩土应力比稳定值分别为6.8、10、13和17;(2)桩身轴力随桩间土模量增大而减小;在不同桩间土模量下,桩土应力比随桩身距路基中心水平位置的偏移先稳定后增大再减小,10 MPa、30 MPa和50 MPa桩间土模量下桩土应力比分别为30、12和7;(3)下卧层模量增大使桩端摩阻力增大,桩身中性点位置向下偏移;桩土应力比随水平位置偏移的变化规律同样是先增大后减小,下卧层模量增大能使桩的沉降明显减小,但对路基总沉降影响不大;(4)该研究结论可为高铁复合结构路基及类似工程设计和施工提供理论参考。     

考虑泊松效应的单桩竖向承载变形特性研究

单桩在承受上拔或下压荷载时,其桩侧极限摩阻力相差较大,桩身泊松效应是重要的影响因素之一.考虑泊松效应对桩-土界面法向应力的影响,推导得到上拔与下压荷载作用导致的桩侧极限摩阻力改变量的表达式;根据双曲线荷载传递模型,得到考虑泊松效应的的τ-z曲线;在位移协调法的基础上,通过迭代更新桩底位移使桩顶轴力与桩顶荷载相等,提出各...     

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。     

水平循环荷载下斜坡段基桩动力响应特性模型试验研究

为探究不同工况下斜坡段基桩的水平动力响应特性,设计并开展7组模型试验,分析不同斜坡坡度、水平荷载幅值及循环次数下桩顶水平位移及弯矩的分布规律。研究结果表明：桩顶水平位移随循环次数增加而持续增大,但其增长速率却逐渐减小;随着循环次数增加,P-Δ效应对桩顶水平位移的影响逐渐变大;当循环次数n<100时,不同斜坡坡度下基桩的水平动力响应特性对循环次数变化较为敏感,而当n>100时,桩顶水平位移上、下包络线之间的差值保持不变且该差值与斜坡坡度及荷载幅值均成正相关;水平循环荷载下桩顶水平位移均为对应静荷载下桩顶水平位移的2.40倍以上,且该比值与水平荷载幅值呈正相关;随着循环次数增加,桩身弯矩逐渐增大,表明桩前土体开始弱化;随着斜坡坡度由30°增加到60°,桩身弯矩随循环次数增加而出现显著变化的范围z/l由0.40增加到0.64,表明桩前土体弱化的深度范围与斜坡坡度呈正相关;基桩承载性能与斜坡坡度、水平荷载幅值及循环次数均呈负相关;以静荷载下桩顶水平位移为基础,提出了可考虑斜坡坡度、水平荷载幅值及循环次数影响的桩顶水平位移拟合公式,计算数据与实测数据相比,相对误差在10%以内,该拟合...     

竖向荷载作用下复杂群桩的变形及荷载分布

以厦深(厦门—深圳)客运专线韩江特大桥潮安县段桩基选型工程为研究背景,通过有限元软件ABAQUS进行数值仿真模拟,分析低承台超长桩在非均质土条件下承受竖向荷载时竖直桩基的荷载-沉降(Q-S)曲线、基桩荷载分担、桩体侧向受荷、承台偏移、基桩竖向变形等工作性状。结果表明:超长群桩的Q-S曲线呈缓变特征,未出现显著的转折点和陡降;在承台顶逐级施加荷载作用下在同一深度范围内桩身轴力中桩、边桩、角桩依次增大;角桩和边桩的竖向变形相似,中桩差别较大;桩身的压缩变形随桩体深度依次递减;中桩侧摩阻力与周围基桩相比较小,变化更加缓慢。     

兰州地铁1号线桥梁桩基托换技术模型试验研究

以兰州地铁1号线穿越鱼儿沟桥工程案例为研究背景,依据桩基托换设计方案填筑室内模型,研究托换前后既有桩和托换桩的桩基竖向位移、桩身轴力和侧摩阻力的变化规律.结果表明:截断3号、4号和5号桩至沉降稳定时,群桩基础的沉降值为0.34 mm,模拟隧道开挖并施作衬砌至沉降稳定时,群桩基础下沉了 0.53 mm,表明桩基托换过程中...     

考虑细观桩侧摩阻效应的桥梁桩基水平受荷响应分析

桥梁桩基除了要承受竖向荷载之外,往往也要承担很多水平荷载。对水平受荷桩基的桩侧摩阻效应进行细观分析,提出了考虑桩侧摩阻效应的桩身挠曲线微分方程,再结合p-y曲线法对桩基水平受荷响应进行求解分析,并用计算结果与试验数据对比,证明了方法的可靠性。基于提出的方法,探究了桩土界面摩擦角以及桩基尺寸效应对水平受荷桩土体系的影响。研究结果表明,桩侧摩阻对桩土体系有加强作用,桩侧摩阻效应影响下桩顶位移和桩身最大弯矩的折减比随桩土界面摩擦角的增大而减小,也随桩径的增大而显著减小。所得结论对今后桥梁桩基工程具有重要的参考价值。     

成层软土地基中轴横向组合受荷桩内力与位移分析

成层软土地基中,桩基础在竖向与水平荷载联合作用下桩身内力与位移的计算为一复杂非线性问题.同时获取单桩桩顶的各向位移对多向荷载下的群桩计算有重要意义.采用侧阻软化模型、端阻双曲线模型和p-y曲线模型分别描述桩侧土、桩端土的竖向与水平向荷载传递性状,利用挠曲线微分方程将荷载传递法与p-y曲线法结合,建立轴横向受荷桩的分析模型,通过有限差分法求解挠曲线方程以获得桩身内力与各向位移.工程实例分析表明,结合荷载传递法与p-y曲线法的轴横向受荷桩分析方法能准确计算桩身的P-Δ效应,并能同时准确地获得桩顶竖向位移与水平位移的大小.     

路堤荷载下带帽桩-网复合地基力学性状有限元分析

运用有限元分析软件Abaqus建立路堤荷载下带帽桩-网复合地基模型,分析得出该复合地基的沉降变形、桩身轴力、桩侧摩阻力和桩土应力比分布基本规律,为工程实践提供一定的参考和指导作用.     

桩侧土的桩-土临界位移实验研究

通过室内直剪摩擦试验、室内模型试验、深井荷载试验和桩基静载试验,研究了各类桩的临界位移的规律及其影响因素。研究结果表明,桩侧摩阻力达到极限值所需要的临界位移较桩身沉降而言是很小的,因此,合理地选择桩土荷载传递模型,正确认识桩的荷载传递机理是进行桩基优化设计的前提。本实验研究为桩的荷载传递分析提供了理论根据。     

考虑边坡效应的桥梁桩基受力分析

基于边坡上桥梁桩基的受力特点,考虑边坡对桩基的土推力和土抗力效应,依据桩段的静力平衡条件,建立考虑边坡效应的桩基础静力微分方程,采用有限差分法,建立考虑边坡效应的桩基础变形和内力的计算公式。结合某铁路桥梁桩基,分析边坡效应对桩基位移、弯矩、剪力和桩侧土压力的影响规律。结果表明:边坡效应使边坡上桩基的受力更为不利,与不考虑边坡效应的平地桩计算结果相比,考虑边坡效应后桩顶最大位移可增大78%,桩侧最大土压力可增大135%,并改变了潜在滑动面附近区域的弯矩和剪力分布;设计荷载下边坡上桩基的位移、弯矩、剪力和桩侧土压力的包络图将不再如平地桩那样以桩轴左右对称分布,而是桩基靠近边坡外侧的数值更大;在进行桩基设计和钢筋配置时不仅需要考虑边坡效应引起的变形和内力的增大,还应考虑不同荷载方向引起的力学性能在边坡内外侧的差异。