考虑温度和冻融循环的基桩水平承载特性研究

温度和冻融循环作用对冻土基桩水平承载机理的影响尚未明确,其受力与变形计算方法有待深入研究。基于已有试验研究,建立了考虑温度变化和冻融循环作用的基桩p-y曲线模型,推导了水平荷载作用下基桩桩身内力与位移计算的有限差分解答,并将其与试验结果进行对比,验证了理论模型及求解方法的可行性。通过影响因素分析发现:考虑温度变化和冻融循环作用的p-y曲线,更能反映基桩的实际受力与变形性状。冻结温度T越低,桩身水平位移及弯矩越小,当T>-5℃时,桩身内力与位移受冻结温度的影响较大;当冻结温度T≤-5℃时,基桩桩身内力与位移受冻结温度的影响越来越小。当冻融循环次数小于7时,基桩水平位移和桩身弯矩均随冻融循环次数增加呈非线性关系增大;当桩周土体经历7次冻融循环后,桩顶水平位移和桩身最大弯矩分别增加51.7%和16.1%;当冻融循环次数大于7时,桩身水平位移与弯矩受冻融循环次数的影响已不明显。

镍铁渣-黏土-水泥改性土力学特性试验及修正的邓肯-张模型

为研究镍铁渣-黏土-水泥(FNSCC)改性土的力学特性,开展不同镍铁渣掺入比、含水率及养护时间下,FNSCC改性土不固结不排水三轴压缩试验,获得了不同工况下FNSCC改性土试样的应力-应变关系曲线及割线弹性模量,分析了其力学特性影响机理及破坏模式;基于试验结果,建立了适用于FNSCC改性土的修正邓肯-张本构模型。结果表明:FNSCC改性土的应力-应变曲线具有明显的应变软化特征;其峰值强度随含水率的增加先增大后减小,含水率约为15%的试样,鼓胀破坏特别明显;镍铁渣掺入比减小,FNSCC改性土峰值强度增大,随镍铁渣掺入比的增大,试样的破坏模式由鼓胀破坏向剪切破坏转变;随着养护时间增长,改性土试样破坏模式由鼓胀变形等塑性破坏向局部张裂等脆性破坏转变。FNSCC改性土的割线弹性模量随轴向应变增加而减小,轴向应变小于2%时,镍铁渣掺入比、含水率及养护时间对割线弹性模量的影响较大;当轴向应变大于2%,各因素对割线弹性模量的影响很小。修正的邓肯-张模型能较好地反映FNSCC改性土的应变软化现象;该模型中,参数m、n及Ɩ与围压近似呈线性关系,模型参数m受FNSCC改性土配比的影响最大,养护时间次之,含水率最小;由修正邓肯-张模型计算得到的曲线与实测曲线吻合较好,验证了该模型拟合参数的合理性。

斜坡段桥梁基桩受力与变形分析的传递矩阵法

根据斜坡段桥梁基桩的水平承载特性,建立了考虑斜坡效应的桩-土相互作用模型及挠曲微分方程;基于m法和传递矩阵法,推导了桩身内力与位移分析的传递矩阵解答;通过模型试验,测得了黏土和砂土斜坡地基比例系数,拟合得到了斜坡地基比例系数与坡度间的关系式,验证了理论解答的合理性;以某工程实例为基础,分析了斜坡坡度和桩顶水平荷载对斜坡基桩受力与变形的影响.研究表明:斜坡地基比例系数随桩土交界面处桩身水平位移增大而呈非线性关系减小;黏土和砂土斜坡地基比例系数均随斜坡坡度增加而减小;基桩桩顶水平位移和桩身最大弯矩均随斜坡坡度和桩顶水平荷载增加而增大;当斜坡坡度由0°增加至60°时,桩顶水平位移约增大86.4%,桩身最大弯矩约增大4.6%,桩身最大弯矩位置约下移2.0 m;桩顶水平荷载每增加50 kN,桩顶水平位移平均增大48.5%,桩身最大弯矩平均增大41.6%.

吹填人工岛软基处理及围堰变形监测分析

深中通道伶仃洋大桥西锚碇人工岛采用柔性土工管袋围堰,用作临时工程的筑岛施工,这在离岸填海筑岛工程中较为罕见,亟待开展现场监测试验以分析其稳定性。该人工岛采用水上水泥搅拌桩+土工管袋修筑围堰,并通过堆载预压+塑料排水板的方法进行地基处理,岛体基础采用水上水泥搅拌桩进行软基处理。西锚碇人工岛塑料排水板地基处理区域沉降量以及围堰深层水平位移现场监测结果表明:采用塑料排水板地基处理后,该区域沉降量和沉降速率显著增加,监测时间共计265 d,期间地基最大沉降量为2194 mm;水上水泥搅拌桩处理区域,其沉降速率均明显小于塑料排水板处理区,该区域地基最大沉降量约为195 mm;围堰深层水平位移和前端原泥面累计水平位移量均变化稳定,各方向围堰整体向外侧偏移,累计水平位移最大330 mm;施工过程中西锚碇人工岛岛体基本处于稳定状态,说明采用柔性土工管袋围堰,可有效进行离岸人工岛填筑,且稳定性得到保证。

深中通道人工岛复合地基沉降可靠性分析的随机响应面法

海上人工岛复合地基在我国工程领域应用广泛,其整体稳定可靠是安全施工的关键。为探讨土性参数对人工岛地基沉降可靠性分析的影响,本文结合深中通道工程案例,将地表沉降的监测值与理论值进行对比,并分析了土性参数的变异性对复合地基沉降可靠性的影响。研究表明:本文计算值与现场监测的差值始终小于18%;在地基沉降失效模式中,当压缩模量的变异系数由0.2增至1.0时,水泥土搅拌桩和砂桩复合地基的可靠度指标分别降低了29.2%和32.3%。

循环荷载下镍铁渣-黏土的动力特性及本构模型

镍铁渣为一般的工业固体废弃物,经改良后可直接用作道路路基填料,但其动力特性尚值得深入研究。首先,通过筛分试验分析了纯镍铁渣的级配特征,提出了掺加黏土的改良方法,确定了黏土掺量和最优含水量;其次,开展了镍铁渣-黏土动三轴试验,获得了不同黏土掺量、压实度和围压下的动骨干曲线、动弹性模量。然后,通过镍铁渣路基原位试验及理论计算,得到了下路堤在运营期的沉降值。结果表明:纯镍铁渣为级配不良的砾砂,黏土掺量和含水率分别为35%和9%,试样的最大干密度最大;随着黏土掺量增加,镍铁渣-黏土颗粒之间的孔隙随之减小,对应的动强度和动弹性模量则均随之先增大后减小,黏土掺量为35%时,动强度和动弹性模量均最大;围压和压实度越大,镍铁渣-黏土之间作用力越强,动强度和动弹性模量也越大。基于Hardin-Drnevich模型和负幂律函数,建立了镍铁渣-黏土动应力-动应变拟合关系式及动弹性模量衰减模型,回归得到了拟合参数与黏土掺量、压实度及围压之间的关系式,并通过试验数据验证了其合理性。运营期镍铁渣-黏土路堤的沉降较小,满足路基设计要求。

考虑斜坡效应的地基水平抗力比例系数确定方法

水平地基抗力比例系数对桩基设计至关重要,基于平坦场地比例系数设计的斜坡基桩,常因忽视斜坡效应的影响而带来安全隐患。为研究斜坡效应对斜坡地基比例系数的影响,设计并完成了4组黏性土坡基桩水平静载模型试验,获得了0°、15°、30°及45°坡度下地基等效比例系数与地面处桩身水平位移曲线及桩顶荷载-位移梯度曲线等;建立了地基比例系数与坡度间的拟合关系式;对比分析了斜坡地基比例系数取值对基桩水平承载特性的影响。研究结果表明:黏性土坡地基比例系数随桩身水平位移增大而呈非线性关系减小,当地面处桩身水平位移小于6 mm时,地基比例系数急剧减小,而后减幅较小;基桩临界荷载和极限荷载均随斜坡坡度增加而减小,与平地相比,斜坡坡度每增加15°,基桩临界荷载和极限荷载约分别减小17%和16%;结合现有试验表明,斜坡坡度越大,地基比例系数越小;坡度每增加15°,对应的碎石土、砂土及黏性土坡地基比例系数m约分别减小38%、32%和31%;根据现有试验以及试验结果,建立了不同类型斜坡地基比例系数取值标准与斜坡坡度之间的经验关系,可为斜坡桩基设计提供参考依据。