软黏土大直径单桩水平循环加载离心机模型试验

为研究软黏土中大直径单桩水平循环受荷响应,开展了不同循环加载形式(单向和双向)下软黏土中大直径单桩离心模型试验,对比分析了大直径单桩变形特性、刚度弱化、桩身弯矩、循环p-y曲线以及桩周孔隙水压力变化规律。试验结果表明:单桩荷载-位移曲线表现出明显的非线性滞回耗能与位移累积特性,相比单向循环,双向循环引起桩顶产生较大的累积位移,累积位移与循环次数和加载幅值有关;桩顶累积位移由可恢复的弹性变形和不可恢复的塑性变形组成,塑性变形与循环次数和加载应力水平有关;双向循环荷载造成桩顶刚度弱化明显,引起桩身产生更大的弯曲效应;桩周孔压累积与循环次数和加载幅值有关,双向循环下桩周孔压累积更为显著。

水泥土大直径单桩水平承载性能试验研究

为研究水泥土中大直径单桩的水平承载性能,开展了水泥土中大直径单桩水平承载性能离心机试验,分析了加固前后桩基水平承载力、弯矩和水平土抗力-水平位移(p-y)曲线的变化规律.基于黏土典型p-y曲线,考虑土体径向非均质性和桩径效应,修正初始地基反力模量和极限土抗力,提出了一种适用于水泥土加固桩水平承载力的计算模型.结果表明,相比未加固桩,加固桩的水平承载力明显提升,单桩初始刚度和极限承载力分别增加2.61倍和6.29倍.加固桩和未加固桩的桩身弯矩随荷载和深度变化趋势大致相同,但加固桩的最大弯矩位于泥面附近.水泥土加固可以提高桩身p-y曲线的初始刚度和极限土抗力,进而提高桩基水平承载力.计算值与实测值吻合较好,从而验证了所提计算模型的合理性.

黏性土中分布式桩侧后压浆桩水平承载机制试验研究

通过在黏性土中开展未压浆桩、环向点式后压浆桩、分布式后压浆桩的水平静载模型试验对比研究,探究分布式后压浆对黏性土中桩基水平承载性状的影响,基于开挖试验分析浆液在黏性土中的扩散情况,揭示分布式后压浆水平受荷桩-土相互作用机制。结果表明,桩侧后压浆可大幅度提升黏性土中桩基水平承载力,且分布式后压浆对提高黏性土中桩基水平承载能力优于环向点式后压浆;在相同荷载条件下分布式后压浆桩的桩侧土水平抗力系数的比例系数m值大于环向点式后压浆桩,且均大于规范推荐的未压浆桩m值的取值范围,并给出了软塑状黏土中桩侧后压浆钢管桩m值的推荐取值范围为3.1~3.7MN/m^(4);与环向点式后压浆相比,分布式后压浆可以更有效地增强上部桩周土体强度,改善桩身荷载传递规律及弯矩分布特征,且对控制桩身侧向位移与提高桩侧土抗力更为显著。此外,通过开挖试验与水平承载机制分析得出浆液在黏性土中主要以劈裂方式扩散,而分布式后压浆桩注入的浆液沿着桩身更为均匀地覆盖外侧表面,使其形成了更为稳定的桩-土相互作用体系,进而提高了桩基水平承载能力。

大直径后压浆灌注桩承载力和沉降的实用计算方法研究

基于收集的139个工程中的716根试桩静载试验数据,对大直径后压浆桩承载力和沉降的实用计算方法进行研究,在统计分析的基础上给出了以土层为分类的侧摩阻力及端阻力增强系数,建立了适用于不同压浆类型的大直径后压浆桩承载力实用计算方法,并且通过大量的实测数据验证了该方法的可靠性。为了考虑后压浆对大直径桩基础沉降控制的影响,在未经压浆的大直径桩基础沉降计算方法的基础上引入了后压浆沉降影响系数,基于统计分析给出了后压浆沉降影响系数的建议取值范围,提出了一种适用于不同土层的大直径后压浆桩沉降计算经验预估方法,最后通过工程实例验证了该方法的适用性。该研究成果纳入了中华人民共和国行业标准《公路桥涵地基与基础设计规范》(JTJ3363-2019)及工程建设行业标准《公路桥梁灌注桩后压浆技术规程》(T/CECS G:D67-01-2018),可为后压浆技术的广泛应用起到推动作用。

不同成桩工艺对后压浆灌注桩承载特性影响的试验研究

为研究不同成桩工艺对后压浆灌注桩承载特性的影响,基于石首长江公路大桥工程开展了1根回旋钻孔灌注桩和1根旋挖钻孔灌注桩的压浆前、后静载试验,对比分析了未压浆灌注桩与后压浆灌注桩的承载变形性能,探讨了后压浆对不同成桩工艺的灌注桩侧摩阻力和端阻力增强作用效果的影响,进而揭示了不同荷载水平下不同成桩工艺的后压浆灌注桩受力性状的差异.结果表明,组合后压浆能显著提升不同成桩工艺的灌注桩承载变形性能,且后压浆回旋钻孔灌注桩表现出的承载特性要优于后压浆旋挖钻孔灌注桩;不同成桩工艺不仅会影响后压浆灌注桩侧摩阻力与端阻力发挥特性,还会对灌注桩压浆过程中的浆液压力和压浆水泥用量造成影响,致使后压浆的加固作用效果不同,不同成桩工艺的后压浆灌注桩表现出不同的承载特性.

光纤光栅传感技术在大直径灌注桩承载力自平衡法测试中的应用

基于自平衡试验方法和FBG传感器测试基本原理,分别采用FBG传感器和传统钢筋计对桩基承载力进行现场测试,分析了桩身轴力和桩侧摩阻力传递规律的差异性.结合实际工程案例,分析了大直径灌注桩桩身轴力和桩侧摩阻力的传递规律,并采用规范简化转换法、Kwon法和Kim法3种等效转换方法确定桩基承载力.结果表明:与传统钢筋计相比,FBG传感器可剔除温度变化和混凝土膨胀产生的预应力;由2种传感器得到的桩身应变和桩侧阻力变化规律相一致,其中荷载箱附近误差均在10%以内;由FBG传感器实测值得到的桩身轴力和桩侧摩阻力,能够满足自平衡测试规律性和精度的要求,为工程应用推广提供参考依据;对比了自平衡测试结果的3种等效转换方法,验证了规范简化转换法所确定的桩基承载力偏安全,满足设计要求.

钙质砂后压浆桩水平承载性状模型试验研究

后压浆技术已应用于珊瑚岛礁基础设施建设中,但有关钙质砂后压浆桩水平承载性状的研究较少。针对钙质砂地基中后压浆桩的水平承载问题,通过室内模型试验手段对钙质砂未压浆桩与后压浆桩的水平承载规律进行了研究,探究了后压浆对钙质砂桩基水平承载性状的影响,并通过开挖后压浆单桩,分析了注入的水泥浆液在钙质砂中的渗扩情况。结果表明,钙质砂后压浆桩的水平临界荷载和水平极限荷载较同条件下未压浆桩均有显著的提高,且变形控制能力优于同条件下未压浆桩;未压浆桩与后压浆桩的桩侧地基土水平抗力系数的比例系数m值随桩顶侧向位移的增加逐渐趋于一致,且桩身弯矩和桩侧土压力都主要集中在上部桩身和土层中;桩基水平承载力受上部土体的影响较大,桩侧压浆通过改善上部土层的物理力学性质能有效提高桩基抵抗水平荷载的能力。此外,通过开挖分析得出桩侧注入的水泥浆液沿着桩身上返、下渗并横向扩散与钙质砂颗粒形成了水泥土加固体的稳定结构,进而提升了钙质砂桩基水平承载性能。

海水侵蚀环境对钙质砂水泥土强度影响及微观结构研究

针对海洋环境下钙质砂水泥土复合地基的耐久性和长期安全稳定性问题,利用海水作为侵蚀性介质对钙质砂水泥土进行室内浸泡试验,通过对海水环境下水泥土试样开展微型贯入试验、电镜扫描、能谱测试以及X射线衍射试验,分析了不同养护时间与不同水泥掺量对海水环境下钙质砂水泥土强度的影响规律以及微观结构特征。结果表明:钙质砂水泥土侵蚀破坏深度随养护时间的增长逐渐增大,随水泥掺量的增加逐渐减小,且水泥掺量的增加能有效地抑制海水侵蚀性离子引起水泥土侵蚀破坏深度的发展;与未侵蚀层相比,侵蚀层的孔隙增加,Ca含量降低,且Ca的含量与水泥土的强度变化呈现出相似规律。在海水环境中,水泥土的强度变化是增长和侵蚀破坏两种作用的共同结果,在此过程中水泥土易发生Ca的溶出现象,最终导致水泥土的强度降低。

山区公路桥梁基桩嵌岩深度计算方法研究

嵌岩桩在山区高速公路建设中应用广泛,具有稳定性高、承载力大等特点,嵌岩深度对嵌岩桩的承载特性起到至关重要的作用。考虑嵌岩段顶部受剪力和弯矩组合作用下,引入Hoek-Brown准则,建立静力平衡方程,得到最小嵌岩深度的计算模型。结合实际工程案例,对比其他计算方法,论证了方法的可行性,对嵌岩桩设计具有一定的参考价值;同时,验证了采用四次多项式拟合岩石破坏面上切应力和法向应力之间的关系式满足精度和误差的要求。

海水环境下钙质砂水泥土加固体的微观侵蚀机制试验研究

针对海洋环境下钙质砂中的后压浆桩耐久性问题,通过微型贯入、扫描电镜、能谱、X射线衍射及无侧限抗压强度等多种试验手段,研究了养护时间与水泥掺量对海水环境下钙质砂水泥土加固体的强度变化规律,建立了钙质砂水泥土加固体的无侧限抗压强度与贯入阻力的关系,并与硅质砂水泥土加固体的试验结果进行了对比,揭示了钙质砂水泥土加固体的微观侵蚀机制。结果表明,根据贯入阻力的分布特征,可将海水环境中水泥土加固体分为侵蚀层与未侵蚀层,侵蚀深度随养护时间的增长和水泥掺量的减少而增加;与未侵蚀层相比,随着养护时间的增长,侵蚀层的孔隙增加,水化产物减少,且Ca的含量明显降低。根据水泥土加固体的强度时空变化、微观结构及物相成分的分布规律发现,海水侵蚀环境下水泥土加固体的强度变化是水化反应对水泥土加固体强度的增强作用和侵蚀反应对水泥土加固体强度的削弱作用的共同结果。研究成果可为评价钙质砂中的后压浆桩耐久性与长期安全稳定性提供参考依据。

基于ABAQUS软件的单桩静载试验数值模拟

为了分析桩基极限承载力分布传递规律以及研究提高承载力的影响因素,利用ABAUQS有限元分析软件并结合实际工程勘察资料,选择合适的桩土力学参数,对单桩静载试验进行数值模拟。其模拟结果表明:通过合理的选择桩土力学参数,模拟得到的Q^S曲线与现场实测值基本吻合,说明利用ABAQUS有限元分析软件模拟单桩静载试验是可行的。同时分析桩土之间不同摩擦系数μ对承载力的影响情况,摩擦系数μ值对提高单桩极限承载能力是有利的。因此,摩擦型桩基极限承载力主要靠桩侧摩阻力从桩顶传递到桩端;轴向力传递自上而下逐渐减少;桩土相互作用变化也是提高桩极限承载力的手段。

波流作用近海风机单桩基础局部冲刷深度预测

在波浪和潮流的联合作用下,海上风电单桩基础的局部冲刷机理相对复杂,导致现有局部冲刷深度计算方法存在差异.基于量纲分析原理,考虑波流作用下单桩局部冲刷的主要影响因素,结合已有试验资料,提出适用于波流作用下的单桩基础局部冲刷深度预测公式.结合江苏如东海上风电场的冲刷监测数据,应用4种统计学评价指标,对比国内规范公式、DNV规范公式、HEC-18公式、Rudolph公式、Raaijmakers公式和所提出公式的预测值.结果表明,所提出公式的预测值与现场监测数据吻合较好,其相对误差、平均相对误差(20.10%)、方差(3.90%)和归一化方差(3.93%)均小于其他预测公式,从而验证了所提出的局部冲刷深度预测公式的适用性和有效性.该研究为海上风电局部冲刷设计提供了理论参考.

近海风力机水平受荷单桩简化p-y曲线研究

开展近海风力机水平受荷单桩的现场试验,实测得到桩顶荷载-位移关系、桩身变形和弯矩,揭示水平荷载作用下桩-土相互作用规律。考虑地基土埋深效应来修正初始地基反力模量,提出适用于砂土和黏土中水平受荷桩承载特性的简化p-y曲线模型,并与实测值和API规范计算值进行对比,最后对极限抗力系数和形状参数进行敏感性分析。结果表明:简化方法计算的桩顶位移和桩身最大弯矩与实测值相对误差分别为15.6%和3.2%,提出的简化方法能提高计算精度;极限抗力系数和形状参数对水平受荷桩内力和变形均较为敏感,以变形控制为设计原则的单桩基础建议取较大值。

考虑初始缺陷影响的混凝土受压特性试验研究

在WAW-E2000电液伺服万能试验机上,对掺入4种不同含量引气剂的混凝土试件进行单轴压缩试验,分析了混凝土试件的抗压强度、弹性模量、极限抗压应变和损伤特性的变化规律。结果表明:随着掺入引气剂含量的增加,混凝土的抗压强度、弹性模量和极限抗压应变均逐渐减小,而初始损伤的程度随之增加。

基于分数形导数的海陆相交互沉积土蠕变特性研究

海陆相交互沉积土是在复杂沉积环境下形成的,其蠕变性质不同于其他沉积土。基于分数形导数理论,利用分数形黏壶替代经典Newton黏壶,建立了一种描述海陆相交互沉积土蠕变特性的分数形蠕变模型;开展宁波海陆相交互沉积土三轴固结排水蠕变试验,分析沉积土的蠕变变形和应力-应变关系,并利用宁波和大连沉积土蠕变试验结果,对比分数形蠕变模型和经典元件模型。计算结果表明:宁波沉积土蠕变变形具有明显的非线性特征;相比经典元件模型,分数形蠕变模型更适用于描述海陆相交互沉积土的蠕变变形,具有精度高、参数少的特点,且该模型可有效表征沉积土加速蠕变变形阶段。研究成果可为分析海陆相交互沉积土的蠕变特性提供理论参考。

Conversion factor analysis of self-balanced loading test of cast-in-situ piles based on analogue test method

Based on the characteristics of pile-soil interaction and the Mohr-Coulomb strength theory,a new method of determining the side friction at a pile-soil interaction is proposed.Combined with the actual engineering cases,the effectiveness of the analogue test method is verified by comparing it with the traditional anchor pile method and self-balanced method.Taking the self-balanced test of the bridge pile foundation in the Songhua River as an example,the conversion factor of sandy soil and weathered mudstone are confirmed by the analogue test method.The results show that the conversion factor of sandy soil and weathered mudstone in the Songhua River area should consider the geological conditions and the construction technology,etc.The standard values are relatively conservative.It is suggested that the engineering application should be properly revised.The recommended range of the conversion factor of sandy soil in this area is 0.65 to 0.85,and that of weathered mudstone is 1.0.

水泥土复合单桩水平承载性能模型试验研究

为研究水泥土复合桩水平承载性能,开展水泥土复合桩水平承载性能模型试验,对比分析水泥土加固前后单桩极限承载力、桩身弯矩和桩周土抗力变化规律;考虑桩周土径向非均质性来修正初始地基反力模量和极限土抗力,提出一种适用于水泥土复合单桩水平承载性能的简化p-y曲线模型,并与试验结果进行对比,验证该简化p-y曲线模型的合理性。结果表明:相比未加固桩,加固桩极限承载力得到明显提高,2种加固宽度下单桩极限承载力分别提高5.34倍和2.68倍;无论加固桩或未加固桩,桩身弯矩随荷载和深度变化趋势大致相同,最大弯矩点位置不同,加固桩最大弯矩点位于泥面附近;水泥土加固有效提高桩身土抗力,进而提高桩基水平承载性能;对比试验结果发现,该文计算值与实测值均吻合较好,验证了该简化计算方法的合理性。

桩侧注浆嵌岩抗拔桩承载性状原位试验研究

为了研究桩侧注浆抗拔桩的承载性能,基于桩侧注浆嵌岩抗拔桩的现场足尺载试验,对比分析桩侧注浆和未加固浆荷载-位移变化规律,分析桩身轴力传递规律与桩侧阻力发挥性状,并采用双曲线、指数函数和幂函数分别对试桩荷载-位移曲线进行拟合分析。试验结果表明,桩侧注浆可显著提高嵌岩抗拔桩的极限承载力,采用指数函数对桩侧注浆嵌岩抗拔桩的荷载位移曲线拟合吻合较好;注浆与未注浆嵌岩抗拔桩的桩身轴力均随深度逐渐减少,桩端处轴力始终为0;桩侧阻力的发挥是一个异步过程,而桩侧注浆能够有效改善桩侧土层摩阻力,增强了桩周土体侧阻力发挥效应。

宁波软黏土流变特性试验及蠕变模型研究

针对现场原状软黏土采用分别加载方法,开展三轴固结排水蠕变试验,研究原状土样的蠕变曲线和应力-应变等时曲线的变化规律;基于Caputo分数阶微分算子理论和Mittag-Leffler函数理论,引入Koeller弹性黏壶元件,建立了修正的Mer-at蠕变本构模型,并对试验数据进行拟合分析,结果表明:宁波地区软黏土在达到蠕变强度前,可近似看作非线性黏弹性体;相比传统Mer-at模型,修正Mer-at模型拟合精度高、误差性小,更适合表征宁波软土的蠕变特性.

桩端后压浆灌注桩长期承载性能试验研究

为研究后压浆灌注桩的长期工作性能,以银川北京路延伸及滨河黄河大桥为工程背景开展试桩静载试验,通过对比不同时间后压浆桩承载力的实测结果,并结合数值模拟结果进行对比分析,研究了后压浆灌注桩的长期承载性能及桩基阻力随时间的变化规律。结果表明:桩端后压浆形成的水泥土加固体,其强度随时间的推移而增长,使桩端阻力进一步增强,桩端后压浆存在时间效应;桩端后压浆导致浆液上返而在靠近桩端的桩侧处形成浆土混合物,使桩侧摩阻力随时间推移不断增强,占极限承载力的比例逐渐增大;与未压浆桩相比,在相同荷载作用下,桩端后压浆桩基的沉降随时间增长而减小并趋于稳定。