强震作用下饱和粉细砂液化振动台试验

针对强震区饱和粉细砂液化问题,依托海南铺前大桥实体工程,基于振动台模型试验,选用叠层剪切式模型箱,模拟自由场在地震作用下的振动反应,分析0.15g^0.80g地震动强度下不同深度饱和细粉砂孔压比的变化规律,探讨饱和粉细砂的液化判别方法.结果表明:饱和粉细砂超静孔隙水压力、孔压比的增长滞后于地震动应力,且粉细砂深度越深,滞后时间越长,上覆土层厚度对于饱和粉细砂的抗液化性能有重要影响;深度为5 cm、60 cm和110 cm的饱和粉细砂,当地震动强度分别≥0.15g、0.20g和0.25g时发生液化,此时孔压比稳定值均≥0.8,提出以0.8作为饱和粉细砂液化的临界孔压比;对比讨论现有常用方法的液化判定结果,提出一种以饱和粉细砂深度、地震动强度和孔压比为判据的饱和粉细砂液化判别新方法,可为铺前大桥基础的合理设计与施工提供科学依据,也可为类似工程提供技术支持.

基于Mohr-Coulomb的强盐沼泽区桩基承载特性探讨

为了探究强盐沼泽区桥梁桩基的极限承载特性,采用桩基混凝土试件现场试验以及室内实验测得了桩基混凝土水养强度以及腐蚀强度,采用能谱仪(EDS)分析以及元素分析测得了桩基混凝土内部氯离子含量,采用室内电镜试验测得了桩基混凝土内部氯离子对流深度。将腐蚀性盐离子环境中的桩基混凝土试件划分为剥蚀区、腐蚀区和未蚀区,运用公式计算的方法得到现场暴露1 a桩基混凝土的腐蚀厚度与腐蚀后强度的关系。通过桩基混凝土强度与黏聚力c、内摩擦角φ之间的转换,建立了基于Mohr-Coulomb的强盐沼泽区桥梁桩基弹塑性本构模型,对强盐沼泽区桩基极限承载特性进行分析。结果表明:随着蚀径比的增大,单桩横轴向极限承载力逐渐降低,但降幅逐渐变缓;桩长增加对单桩横轴向极限承载力提升较小;随着蚀径比的增大,单桩竖向极限承载力逐渐降低,但降幅逐渐变缓;桩长不变,相同腐蚀厚度变化范围内,大直径单桩竖向极限承载力降幅大于小直径单桩竖向极限承载力降幅。

钢管埋深对钢管混凝土复合桩竖向承载特性的影响

作为水域中桩基础施工的围堰结构,钢护筒的应用愈加广泛,钢护筒因为施工或者拆除困难等原因有时不再回收,从而与钢筋混凝土材料一起形成钢管混凝土复合桩。为探明钢管埋深对钢管混凝土复合桩竖向承载特性的影响,通过离心模型试验,着重研究钢管埋深对钢管混凝土复合桩桩侧摩阻力、桩端阻力等因素的影响。结果表明:钢管混凝土复合桩的上部钢管段(钢护筒)合理埋深为桩长的1/3,当钢管段埋深小于1/3桩长时,钢管混凝土复合桩的桩侧摩阻力会出现双峰现象,当钢管段埋深大于1/3桩长时,钢管混凝土复合桩的桩侧摩阻力双峰现象将逐渐消失;根据钢管混凝土复合桩的竖向承载特性,提出适用于钢管混凝土复合桩的竖向极限承载力计算公式,以期为钢管混凝土复合桩的设计与施工提供理论指导。

削减桩基负摩阻力的室内模拟试验

为探明桩基混凝土不同涂料对桩基负摩阻力的削减效果,通过大型剪切试验,以塑限18%的黏性土为试验土,着重研究了试验土含水率变化以及桩基混凝土侧面不同涂料对桩基负摩阻力的影响。结果表明,当黏性土含水率略大于塑限时,桩基负摩阻力的削减效果较好,此时在混凝土表面涂石蜡机油混合物、聚合物纳米材料或者油漆产生的削减效果基本一致;当黏性土含水率与塑限含水率相差较大时,采用石蜡机油混合物作为桩侧混凝土涂料对于桩基负摩阻力的削减效果最佳;可通过不同方式对中性点位置进行确定并采用不同适用条件下涂料对桩基负摩阻力进行削减。

强震作用下嵌岩单桩时程响应振动台试验

为探明不同类型地震波作用下桩基础的时程响应规律,通过振动台试验,选取强度均为0.35g的人工合成的5010波、5002波,以及Kobe波和El-Centro波,研究嵌岩单桩基础的桩身加速度、桩顶相对位移、桩身弯矩时程响应及桩基损伤。试验结果表明:嵌岩单桩基础动力响应特征与输入地震波频谱特性有关;桩顶加速度响应显著滞后于桩底,且在El-Centro波作用时桩身加速度峰值最大;桩顶相对位移在输入Kobe波时最大,在输入El-Centro波时峰值最早出现;桩身弯矩最大值均未超过桩基抗弯承载能力,且桩基础未发生损伤破坏;桩基础抗震设计时,可根据相应验算内容合理选择地震波类型进行抗震设计验算,并提出相应工程建议。

基于沉降控制的高路堤涵洞纵向调荷技术

为解决高路堤涵洞纵向不均匀沉降所带来的病害问题,基于纵向沉降控制的高路堤涵洞调荷机理,利用有限元软件研究涵洞填土与地基土特性以及不同EPS板参数对涵顶垂直土压力和涵底土体沉降的影响,通过离心模型试验探讨涵洞纵向铺设EPS板对高路堤及涵洞的沉降的影响。通过数值模拟计算,分析不同EPS板模量、铺设范围、厚度以及地基处理范围对高路堤涵洞纵向沉降差减少率的影响。研究结果表明:①填土模量与泊松比对涵顶垂直土压力及涵底土体沉降的影响不显著;②随着地基土模量与泊松比的增加,涵底土体纵向沉降趋于均匀分布;③数值仿真与离心模型试验成果得出,沿涵洞纵向分层铺设EPS板时,涵洞纵向调荷效果最佳;④通过数值模拟计算得到了基于纵向沉降控制的高路堤涵洞调荷设计计算方法。

下伏软弱夹层路基堆载对桩基影响及处治方法

依托马里河Ⅱ桥实体工程,采用现场监测和数值模拟方法,研究了高填路基邻近桥梁桩基受力及变位规律,分析了主动削方减载和增设抗滑桩前后该桥1号和3号桥墩桩基础受力特性,提出了相应的工程处治方法。研究结果表明:在台背路基堆载填土作用下,软弱夹层侧向挤压作用对邻近桥梁的墩顶位移、桩身位移、桩周土抗力均有显著影响;卸载后1号墩的墩顶位移减少94.90%~95.09%,桩顶位移减少94.74%~94.66%,桩周最大土抗力减少86.89%~94.88%;设置抗滑桩后3号墩的墩顶位移减少75.05%~80.04%,桩顶位移减少71.75%~81.38%,桩周最大土抗力减少39.99%~40.03%;台背填方对中间桩的影响较小,对边侧桩的影响较大,设计时可适当提高边侧桩的承载性能。

刚性长短桩软基预处理对堆载邻近桩基的变位影响分析及处理效果评价

在河谷地区修建桥梁桩基础时,常会遇到因桥台后高路基填土而导致路基一侧桩基础发生偏位的工程事故,尤其是当地基土中存在软弱土层时,发生事故的可能性大大增加。为探明刚性长短桩在处理侧方路基填土下软弱土层时的应用效果,研究不同因素对刚性长短桩处理效果的影响以及采用刚性长短桩处理对高路基填土侧桩基础的影响,依托马里河Ⅱ桥实体工程,采用数值模拟软件Marc分析了不同布置形式和不同处理距离下的刚性长短桩对填土侧桩基础受力分布特性的影响,对不同工况的处治效果进行了工程评价并依此提出了相关的工程建议。结果表明:堆载作用下,软弱土层的侧向挤压变形对桩身位移、桩侧土抗力和桩身弯矩等均有明显影响,桩身位移在16 m(即软土层与强风化岩层的分界面)处出现明显拐点,桩侧土抗力和桩身弯矩在16 m处达到最大值;不同距离下的桩基桩身位移等各项数值变化规律基本一致但影响程度大小不同,最靠近堆载外侧的桩处于最不利位置,设计时可适当提高边侧桩基的承载性能;梅花桩布置形式的刚性长短桩相较于正方形布置和交错布置对减少软弱土层侧向挤压变形对桥梁桩基础影响的效果最显著;梅花形布置形式的加固区在不同处理距离下的处治效果差异显著,加固区处理距离范围不宜距离桩基础过近,也不宜过远,8 m左右距离的处理效果最优。

强震作用下桩-土-断层非线性动力相互作用特性

为研究强震区跨断层桥梁桩基非线性动力相互作用特性,依托海文大桥实体工程,利用MIDAS/GTS有限元软件,建立了桩-土-断层相互作用模型,分析0.20~0.60g地震动强度下断层上下盘桩基加速度响应、桩顶水平位移、桩身弯矩以及桩身剪力响应情况。结果表明:覆盖层土体对桩身加速度放大作用明显,且随着输入地震动强度的增大,放大作用逐渐减弱;覆盖层对地震波的滤波作用显著,随着输入地震动强度的增大,滤波作用逐渐减弱;上盘桩基达到桩顶峰值加速度的时刻滞后于下盘;随着输入地震动强度的增大,上、下盘桩的桩顶产生的永久位移和水平位移峰值逐渐变大,上盘桩顶产生的永久位移和桩顶峰值位移均大于下盘,产生显著的“上盘效应”;不同强度地震动作用下,断层上、下盘桩基弯矩均在上部土层界面处达到峰值,剪力均在基岩面处达到峰值,下盘桩基弯矩和剪力峰值大于上盘桩基,呈现出显著的“下盘效应”。在桥梁桩基抗震设计时,应着重考虑断层上、下盘桩基的差异和不同强度地震作用对桩基承载特性的影响。

超大直径空心独立复合桩的竖向承载力计算方法

超大直径空心独立复合桩是由空心桩、外围水泥搅拌桩和桩周注浆土体共同承载的新型桩基础。为确定该新型复合桩在安徽省江淮地区不同工况下的竖向极限承载力,引入等效弹性模量,提出了超大直径空心独立复合桩承载力计算方法;在此基础上,对比了数值计算和理论计算结果,提出能综合反映桩身尺寸影响的复合桩竖向极限承载力公式。研究结果表明:引入等效弹性模量这一概念将非均质的弹性模量等效为均质的弹性模量,将显著降低超大直径空心独立复合桩竖向极限承载力计算的复杂性,桩径和桩长对超大直径空心独立复合桩的竖向极限承载力产生较大影响;引入综合考虑桩径和桩长的影响因子D L,使得改进的理论公式更加可靠。计算方法为今后类似工程的桩基承载力预估提供了理论参考。

强震作用下液化场地桩-土非线性动力相互作用特性

为研究强震作用下液化场地桩-土非线性动力相互作用特性,依托海文大桥实体工程,利用Midas/GTS有限元软件,建立了桩-土相互作用模型,分析了地震动峰值为0.35g时4种类型地震波作用下桩身加速度、桩身位移、桩身弯矩及剪力等动力响应,并根据计算结果对桩基在强震作用下的安全进行了评价。结果表明:在0~10 m的可液化粉细砂层,桩身加速度峰值迅速增加,并在桩顶处达到最大,桩顶加速度出现峰值的时刻与桩底相比均呈现滞后现象,最大滞后时间为2.14 s;不同类型地震波作用下,在可液化的粉细砂层,Kobe波产生的桩顶位移最大,El-Centro波次之,5010波产生的桩顶位移最小;桩身弯矩峰值均出现在液化层和非液化层分界处,桩身剪力峰值均出现在地下0~10 m的可液化土层之间,Kobe波作用时,桩身弯矩和剪力峰值均最大,El-Centro波次之,5010波最小;地震动强度为0.35g,5010、5002、El-Centro地震波作用时,桩身弯矩及剪力峰值均未超过桩身截面抗弯和抗剪承载力,Kobe地震波作用时,桩身弯矩峰值小于桩身截面抗弯承载力,而桩身剪力峰值超出桩身截面抗剪承载力的68.6%,桩基础桩身强度不满足抗震要求,建议增加桩基础纵向配筋。

强震区跨断层桥梁桩基动力响应及避让距离研究

为研究强震区跨断层桥梁桩基动力响应及避让距离,依托海文大桥实体工程,选取4种类型地震波——5010波、5002波、Kobe波和El-Centro波;采用MIDAS/GTS有限元分析软件,建立了桩-土-断层相互作用模型,研究了断层上下盘桩的峰值加速度响应、桩顶水平位移响应和桩身弯矩响应的变化规律,以及桩基与断层之间的安全避让距离取值对桩基础力学变形特性的影响。结果表明:4种地震波作用下,断层上盘桩基的动力响应均较断层下盘的大,呈现显著的“上盘效应”;覆盖层土体对桩身峰值加速度有明显的放大作用和滤波作用;桩顶峰值加速度响应具有滞后性;比较而言,El-Centro波作用时桩顶峰值加速度及峰值加速度放大系数最大,5002波作用时桩顶水平位移峰值最大,Kobe波作用时桩身弯矩峰值最大。建议在桥梁桩基抗震设计时,应着重考虑断层上、下盘桩基的差异和地震波类型对桩基承载力的影响;推荐强震区跨断层桥梁桩基安全避让距离值为20 m(10D)。

强震作用下桩-土-断层非线性动力响应特性

为研究强震作用下桩-土-断层非线性动力响应特性,依托海文大桥实体工程,选取4种类型(5010波、5002波、Kobe波和El-Centro波)地震波,通过建立桩-土-断层相互作用模型,利用MI⁃DAS/GTS有限元分析软件,研究断层上、下盘桩基加速度响应、桩顶水平位移、桩身弯矩以及剪力响应情况。结果表明:4种类型地震波作用下,断层上盘桩基响应程度相对于断层下盘较大,呈现出显著“上盘效应”;覆盖层土体对桩身加速度放大作用和滤波作用明显;上盘桩顶峰值加速度响应具有滞后性;桩顶加速度及其放大系数在El-Centro波作用时较大;桩顶水平位移峰值在5010波作用时较大;桩顶永久位移、桩身弯矩以及剪力峰值在Kobe波作用时较大。在桥梁桩基抗震设计时,应着重考虑断层上、下盘差异和地震波类型对桩基承载特性的影响。

宁波深厚软基区公路桥梁桩基承载力计算方法

深厚软基路桥过渡段处理不当而引发的问题逐渐突显,为从设计优化角度解决深厚软基区路桥差异沉降变形问题,基于宁波市北仓区静载荷试验实测的7根桩基础的P-s曲线,分析了宁波深厚软基区桥梁桩基础的承载特性;通过数值模拟,建立了不同软土厚度下桩基础的三维有限元模型,研究了深厚软基区桥梁桩基础穿越软土层和未穿越软土层时的承载性能;采用回归分析法,分别以桩顶位移控制量40 mm、60 mm建立了深厚软基区桥梁桩基础穿越软土层和未穿越软土层时的承载力计算公式.研究结果表明:桩基P-s曲线呈缓变型,无明显向下转折段.桩顶沉降最大达到49.6 mm,任一级沉降均未超过上级沉降的5倍,深厚软基区的桥梁桩基存在设计承载力安全储备过大的问题;当桩穿越软土层时,桩承载力随软土层厚度增加呈线性减小,桩未穿越软土层时,软土厚度对桩承载力影响不明显,桩长30 m的桩基承载力在软土厚度为30 m时出现明显的分界点;根据静载试验和有限元模拟结果,回归建立了桩顶位移控制量40 mm、60 mm时桩的承载力公式,并通过工程实例验证了公式的可行性;提出了深厚软基区公路桥梁的桩长优化公式及其适用条件,并给出了深厚软基区公路桥梁桩长折减系数α取值表.

高填方盖板涵垂直土压力分布特性及计算理论

为研究高填方盖板涵涵顶垂直土压力的分布特性,改进盖板涵土压力计算方法,采用离心模型试验与有限元软件分析不同填高下盖板涵涵顶垂直土压力分布形式与填土变形规律,揭示盖板涵涵顶垂直土压力分布特性的成因,通过正交试验研究涵顶土压力不均匀系数与填土高度、弹性模量、泊松比、容重以及内摩擦角的关系,建立考虑涵顶土压力分布特性的高填方盖板涵垂直土压力分析模型,得出盖板涵涵顶垂直土压力计算公式。结果表明:盖板涵涵顶垂直土压力沿跨径呈"马鞍形"分布,涵顶两端垂直土压力总体可达涵顶中心垂直土压力的2倍左右,涵顶两侧土压力应力集中程度明显高于涵顶中心附近;涵顶边缘附近受附加土压力的影响大于涵顶中心附近,此为涵顶垂直土压力为不均匀分布的成因;随着填土高度与容重的增加,涵顶土压力不均匀系数先增加后减小;涵顶土压力不均匀系数与填土的内摩擦角、泊松比呈负相关,与填土的弹性模量呈正相关;对涵顶土压力不均匀系数敏感程度的大小顺序为:内摩擦角>填土高度>弹性模量>泊松比>容重;文中公式计算得出的涵顶垂直土压力变化规律与数值模拟及模型试验成果较为吻合。

上埋式涵洞基础埋深效应下的地基承载力研究

为探明上埋式涵洞基础埋置深度对地基承载力的影响,基于太沙基理论与顾安全公式,推导了适用于上埋式涵洞的地基承载力公式。利用有限元软件,分析了地基土的荷载-沉降(P-S)曲线随填土高度的变化规律,确定地基承载力容许值,将不同计算方法得出的地基承载力容许值与有限元计算值进行对比分析,同时分析了涵顶和基底土压力随填土高度的变化规律,探讨了不同计算方法下地基土的抗剪强度对地基承载力的影响,通过工程实例验证本文公式的合理性。研究结果表明:①涵洞侧填土增强了地基土的抗剪强度,使涵洞地基承载力得到提高,其提高程度受到涵洞侧填土附加土压力的影响;②随着地基土的内摩擦角和黏聚力的增加,地基承载力分别呈非线性和近似线性增长趋势,且内摩擦角对地基承载力的影响程度明显大于黏聚力;③本文公式计算的地基承载力与有限元计算值符合较好,且本文公式得出的地基承载力远远大于涵洞基底土压力,符合现场涵洞地基处于安全状态的实际情况。研究成果可为确定上埋式涵洞地基承载力提供理论支撑。

高填方涵洞地基承载力与稳定性及确定方法

为探明高填方涵洞地基承载力与稳定性,提出填土-涵洞-地基共同作用下的地基承载力确定方法,通过现场试验分析涵洞基底土压力随填土高度的变化规律,揭示传统涵洞地基承载力确定方法的不足,利用有限元软件研究不同地基土质下高填方涵洞受力特点和地基应力与变形特性,确定高填方涵洞地基的破坏模式,建立地基工后沉降20 cm为控制指标的地基承载力确定方法,将不同填高、地基土质下的基底压力与规范公式计算值及沉降控制值进行对比,验证此方法的可靠性。研究结果表明:传统涵洞地基承载力确定方法低估了高填方涵洞的地基承载力;涵洞和一般路堤的不均匀沉降导致涵顶应力集中,造成跳车现象;涵洞基底压力大于一般路堤,地基土强度越高,涵洞基底压力与一般路堤压力的比值越大;在一般土质与较好土质下,涵洞地基的稳定性要高于一般路堤断面的稳定性,地基土的破坏形式为典型的局部剪切破坏形式;按地基工后沉降20 cm控制地基承载力符合实际情况,规范公式偏于保守。

纤维加筋土的工程性质研究现状与展望

纤维加筋土是一种采用机械、水压或气压方式将纤维材料连续或离散地掺入到土中形成的具有优良工程力学性能的新型复合土。目前,纤维加筋技术已应用于挡土结构、路堤、水利水电、岩土工程等多个领域,所以,深入开展纤维加筋土的理论和工程应用的研究必将对推动我国未来土体补强技术产生深远影响。系统总结了纤维加筋土的强度特性、变形特性及渗透特性等工程特性的研究现状,阐述了近年来纤维加筋土的研究进展,并基于现阶段纤维加筋土的理论及技术研究方面的不足,对今后该领域的研究重点和发展方向进行了展望。

超大直径空心独立复合桩横轴向承载力

为探明超大直径空心独立复合桩基础自身参数对其横轴向承载力的影响,本文利用MARC有限元仿真软件对不同空心桩设计参数、不同注浆体参数、不同水泥搅拌桩设计参数下,复合桩基横轴向极限承载力的变化规律进行了分析。结果表明:空心桩桩径对超大直径空心独立复合桩横轴向承载力影响远大于空心桩桩长的影响;相较于注浆土模量增加,注浆土厚度增加对横轴向承载力提高作用要弱;注浆土参数、水泥搅拌桩参数的增强对柔性长桩横轴向承载力的提高均不如对刚性短桩。

抗疏力复合地基的变形特性研究

抗疏力复合地基是以抗疏力工程土为竖向增强体形成的复合地基,根据抗疏力工程土的工程特性,结合有限元分析软件对抗疏力桩复合地基进行了数值分析,结果表明抗疏力固化土和灰土工程土在工程特性上较为接近,可以做为处理黄土地基的材料;随着荷载增加,地基变形量的变化幅度增大;桩越长,桩土间的相互作用增强,土体对桩的约束增强,桩的沉降减小。抗疏力桩复合地基存在有效桩长,桩径为400mm的抗疏力桩的有效桩长为直径的15倍。