粉细砂中敞口PHC管桩群桩锤击施工效应

管桩的施工效应对其可打性和承载性能有着重要的影响,然而,管桩群桩施工效应的工程实录却并不多见。为此,结合某电厂粉细砂地基中敞口预应力高强混凝土(PHC)管桩群桩基础工程,通过土体水平位移、孔隙水压力和土塞长度的现场测试,开展了锤击施工挤土效应和土塞效应研究。考虑了群桩施工引起土体水平位移的不定向性,采用由摆式测斜仪工作原理建立的数据处理方法,分析了土体合成水平位移和运动方位角的变化规律。同时,考虑了锤击过程中孔隙水压力动态变化的实时性,采用采样时间间隔为28 s的自动化监测系统,对全过程孔隙水压力的变化进行了测试和分析。结果表明:在松散逐渐过渡到密实的粉细砂地基中,管桩的挤土效应和土塞的闭塞效应随入土深度的增加逐渐减弱;管桩群桩的挤土效应受到前期管桩施工引起土体的挤密作用而减弱,群桩内部的挤土效应比群桩外部的挤土效应更显著;管桩施工只引起桩头贯入位置附近土体孔压的短暂上升,而群桩的施工并不引起孔压的积聚。

壁板桩的研究现状回顾

壁板桩(barrette) 是用来承受建筑物上部结构荷载的单段矩形截面地下连续墙。由于其比表面积和抗弯刚度比传统的圆形截面桩大, 有利于充分发挥桩侧摩阻力和水平抗力, 提高竖直和水平承载力。近年来, 这种桩型在国内外已经越来越广泛地应用到高层建筑、高架路和立交桥以及重型和大型(比如输电线塔) 基础工程中。本文回顾了壁板桩的应用与研究现状, 内容涉及壁板桩的施工效应、承载性能、桩身摩阻力的发挥特性以及施工效应对承载特性的影响等。

成层软土地基上土堤填筑稳定性的塑性极限分析

针对成层软土地基上土堤填筑的稳定性分析问题,考虑地基土体的不排水抗剪强度既随土层变化又随深度任意线性变化,根据工程实践中揭示的堤基深层破坏模式,基于塑性极限分析的上限理论,构建满足运动许可的对数螺旋线与圆弧组合的转动破坏机制,建立了便于快速评估成层软土地基上土堤填筑稳定性的临界高度、无量纲化的稳定数、稳定图、最小安全系数和临界滑动面的分析计算方法,并将计算结果与2个土堤失稳现场试验工程案例的实测结果进行了对比。结果表明,采用本文方法计算得到的土堤最小安全系数接近于土堤失稳时的最小安全系数的理论值1.0,计算确定的临界滑动面也与实测的临界滑动面比较接近,从而验证了本文方法的适用性。

任意附加应力下竖井径竖向耦合固结等应变解

竖向排水体包括砂井和塑料排水板已广泛应用于加速软黏土地基的固结。不同形式的轴对称条件下含竖向排水体均质各向同性地基的固结解析解答也相继被提出,而各种解答均假定地基中附加应力在竖向排水体的深度范围内是均匀分布的。显然,当竖向排水体深度与地面堆载区宽度的比值相对较高,或竖向排水体的影响区域靠近地面堆载区的边缘时,这个假定并不适用。为此,在现有径竖向耦合固结等应变解的基础上,提出任意分布的地基附加应力条件下的解答,并分析附加应力分布形式和线性加载速率对地基固结的影响。结果表明,均匀分布的附加应力条件下的解答低估了地基的固结速率,而瞬时加载条件下的解答则高估了地基的固结速率。

壁板桩承载特性的近似三维分析

为考虑壁板桩矩形横截面的非轴对称性,将桩体沿深度和横截面方向进行三维离散,利用Mindlin方程和静力平衡条件分别建立桩周土体和桩体的位移方程,并由此推导了联立求解壁板桩荷载位移关系的支配方程,分析了壁板桩的承载特性。结果表明,在桩土接触面滑移破坏之前,壁板桩的侧壁摩阻力在横截面上的分布并不是均匀的。壁板桩的长宽比对壁板桩的承载特性也有明显的影响。

泥浆护壁开挖稳定性的影响因素及失稳机理综述

为提高泥浆护壁条件下开挖稳定性的认识,在收集和整理现有研究成果的基础上,分析了泥浆护壁开挖稳定性的影响因素,包括泥浆性质、地基土质条件、开挖槽段的形状以及施工机械和工艺等。同时,根据现场试验和理论研究成果,从土拱效应、时间效应、整体稳定性和局部稳定性等方面分析了泥浆护壁开挖的失稳机理。结果表明,浅层槽壁失稳是泥浆护壁开挖的主要失稳型式,开挖槽段的长度和泥浆液面与地下水位面的高差是控制泥浆护壁开挖稳定性的关键参数。

土工织物双向可拉伸多功能渗透试验装置

为揭示土工织物工程应用时处于拉伸状态下的渗透和反滤特性,自主研制了一套多功能渗透试验装置。采用两套独立的、稳定可靠的砝码和杠杆加载机构,可以实现土工织物在单向和双向不同拉伸应力作用情况下的渗透试验。设计开发了一种多功能渗透仪,可以开展纯土工织物以及覆土土工织物在垂向无压和有压情况下的常水头和变水头渗透试验。初步应用结果表明,该试验装置在土工织物无拉伸和无垂向压力情况下的渗透试验结果与满足国标和国际标准要求的渗透仪的试验结果基本一致,且能够实现试验装置设计的所有功能,为后续开展土工织物拉伸条件下渗透和反滤特性的试验研究奠定了基础。

瑞典条分法剖析引发的有效应力和渗流力概念问题

瑞典条分法在土力学教学和边坡工程设计中有着广泛的影响。针对其两种有效应力分析表达式,通过剖析土条底面法向有效应力的推求过程及对比分析计算结果发现:在理论上,两种表达式都不适用于一般渗流条件下的边坡稳定分析;实用上,也存在明显离散的计算误差。其原因分别在于:以土体为研究对象时,忽略了土条侧面的水压力;以土骨架为研究对象时,忽略了渗流力的作用。进一步分析微单元体平衡微分方程的结果表明,Taylor提出的分析渗流对土骨架有效应力影响的两种等效处理方式,即以土体为研究对象,考虑饱和重力与周界上水压力的方式;或以土骨架为研究对象,考虑有效重力与渗流力的方式,可以在刚体极限平衡分析方法中运用,例如条分法。但是,在涉及渗流-变形耦合分析的诸如边坡渗流稳定和固结问题的解析和数值方法中,只能以土体为研究对象,而不能以土骨架为研究对象、运用渗流力的概念进行分析。究其原因在于:在渗流条件下,物理上,有效应力不是应力变量;有效应力和确定渗流力的孔隙水压力分别是决定土骨架的变形和强度以及流场的相互依赖的、非独立的应力状态变量。

锤击打入桩与土的共同作用分析

用有限元法对单桩的锤击贯入过程进行了数值模拟，得到沉桩引起的土体动应力反应峰值，并以此作为土的前期固结应力，进行使用期桩土共同作用分析，得到桩基的承载特性．初步实现了在桩土共同作用分析中对沉桩影响的真正考虑．

矩形壁板桩群桩竖直承载特性的理论分析

矩形壁板桩不具有圆形桩的轴对称性,因此壁板桩群桩的承载特性及群桩效应不仅受桩间距的影响,而且受桩身截面形状以及群桩布置方式的影响。为分析这些因素,利用Mindlin方程和静力平衡条件建立了求解有无刚性承台时壁板桩群桩的荷载沉降计算方法。分析结果表明,在设计群桩时壁板桩应尽可能沿其纵向布置(即沿壁板桩的长边方向布置);对于具有常规截面尺寸的壁板桩,桩的对边距应超过2m,以减小群桩效应。

有效应力决定饱和岩土材料抗剪强度的摩擦学解释

有效应力决定了岩土材料的变形和强度,有效应力概念虽然已在岩土工程中广泛应用,但是,对于决定饱和岩土材料抗剪强度的有效应力,其理论解释至今却并不充分且受到质疑。为此,通过文献分析,确定了宏观抗剪强度与粒间摩擦强度之间的正相关关系,并运用摩擦学中的黏着摩擦理论,推导了排水和不排水条件下,粒间接触面黏着结点的生长公式和抗剪强度公式。通过对比分析这两种条件下的应力状态对抗剪强度的作用影响,得到了与Terzaghi一致的有效应力表达式,并在此基础上,探讨了有效应力和有效应力原理的基本概念和定义。

堆载预压径竖向固结等体积应变解答

现有的含竖向排水体地基固结问题的解析解答大都是在传统的等竖向应变假设基础上建立的,而且在考虑涂抹区土体的渗流和压缩作用方面,还没有真实地体现出涂抹区土体的竖向渗透系数和体积压缩系数,其对地基固结的影响也尚不明确。为此,针对含竖向排水体地基径竖向同时固结的轴对称问题,采用等体积应变假设,考虑井阻作用、涂抹作用、随时间线性堆载预压以及地基附加球应力任意分布,推导了完整的径竖向固结微分方程的解答,给出了超静孔隙水压力和固结度的显式表达式,分析了侧向变形即泊松比效应以及涂抹区土体的竖向渗透系数和三维体积压缩系数对地基整体平均固结度的影响。结果表明,泊松比效应较为明显,基于传统的等竖向应变假设的解答高估了地基的固结速率;不考虑涂抹区土体体积压缩的解答虽然也高估了地基的固结速率,但影响有限;而涂抹区土体的竖向渗透系数对于地基固结的影响则几乎可忽略不计。

敞开型测压管水位监测的滞后时间问题研究

分析了敞开型测压管在水位监测时产生滞后现象的机理,提出了一种简单新方法估算滞后时间,并与Hvorslev解答进行了对比。参数分析结果表明,所提出方法估算的滞后时间约为Hvorslev解答的1/5～1/10。当测压管进水段的长度足够时,敞开型测压管可以应用于渗透系数为10-5甚至10-6 cm/s的土体当中,而不会产生显著的滞后现象。通过28根敞开型测压管的现场注水试验,检验了测压管的灵敏度,并验证了分析结果的合理性。

含砂垫层地基二维固结自由应变解

为分析含水平向排水砂垫层地基的固结问题,针对平面应变条件下的二维自由应变固结微分方程,分别考虑待固结土体顶底双面和顶面单面含有砂垫层的工况,采用分离变量法,推求得到了超静孔压和整体平均固结度的显式解析解答,并与有限元法的计算结果对比,验证了其正确性。同时,分析了待固结土体不同渗透系数、土层宽度和厚度条件下,砂垫层渗透系数和厚度对其固结的影响。结果表明：砂垫层渗透系数与待固结土层渗透系数的比值是砂垫层设计中的关键参数。要使砂垫层接近或达到完全透水边界条件,该比值应介于104~105之间,待固结土层越宽、渗透系数越小,所要求的比值越大。

半无限平面问题的相对位移

通过Flamant和Melan的解析解答、Mindlin解答的积分蜕化公式以及有限元数值分析计算结果,展示了在半无限平面问题中线荷载作用方向位移解答的不确定性。线荷载作用方向没有绝对位移,只有相对位移,但相对位移会随着与位移约束参考点距离的增大而增大,或随着线荷载在垂直于半平面方向分布长度的增大而增大,不具收敛性。这意味着,在解析和数值分析中,纯粹的半平面问题的位移解答具有多值性,因此,将岩土工程问题作为半空间问题进行分析是必要的。

饱和软黏土固结过程中的不排水抗剪强度特性

集成大直径固结仪和微型十字板剪切仪的功能,开发和研制了饱和软黏土固结过程中可以随时开展剪切试验的系统装置,考虑超孔压随时间和空间变化的不均匀性,在微型十字板剪切仪板头处的空心轴杆底端配置微型孔压计,并在大直径固结仪中配置微型土压力计,使其具备自动实时监测在十字板剪切试验测点处有效应力变化的功能。利用该系统装置,开展了饱和软黏土在不同固结压力作用下,固结过程中不同时点的十字板剪切试验,实时监测了固结过程中的变形和孔压变化过程,得到了十字板剪切试验测点处的有效应力和不排水抗剪强度,分析了固结过程中不排水抗剪强度和有效应力之间的相关关系。结果表明,在不同固结压力作用下,固结完成后的不排水抗剪强度与有效应力呈现出传统的线性关系,但是,在某一固结压力作用下,固结过程中的不排水抗剪强度却随有效应力的增长呈非线性增长,而且,在不同固结压力作用下,固结压力越大,固结过程中达到相同的有效应力时所对应的不排水抗剪强度越大。固结过程中的不排水抗剪强度并不仅仅取决于剪前固结有效应力,还与剪前孔隙比相关,孔压消散速率小于变形速率是导致固结初期、剪前固结有效应力较小时,不排水抗剪强度较快增长的主要原因。

从流动到可塑状态软黏土的一维固结特性试验研究

软土在固结过程中含水率的减小将导致其物理状态从流动态进入可塑态,为研究物理状态变化对软黏土的压缩性和渗透性的作用影响,采用饱和重塑黏土,配制高于液限含水率和接近液限含水率的试样,分别开展不同压力作用下的一维固结试验,依据位移和孔压测试数据,对比分析了固结过程中的位移发展、孔压消散、压缩系数以及渗透系数的变化特性。结果表明：在流动状态下,位移快速发展,而孔压却存在明显的滞消现象;进入可塑状态后,压缩系数和渗透系数的对数随孔隙比的变化关系均发生明显的转折。这意味着,在软土固结问题的理论分析中,应考虑物理状态的变化对土体压缩性和渗透性参数变化规律的影响。

无黏性土剪胀性的细观认识

针对规则的椭圆形颗粒、圆形和履带形颗粒以及不规则形状颗粒组成的土体进行了平面力学分析,推导了应力比和塑性应变增量比表达式,建立了由土体本身内在材料属性,包括颗粒的形状、大小或级配、以及布局方式或组构,所决定的细观剪胀模型。分析结果表明,在建立状态相关的宏观剪胀理论时,状态的概念并不仅仅局限于描述土体颗粒布局方式的孔隙比状态参数,还应包括其它能够反映颗粒形状、大小或级配的宏观状态参数。

水平受荷壁板桩群桩的变分法分析

将壁板桩桩身水平位移用有限级数函数表示,地基土体的荷载位移关系用Mindlin点对点的位移解表示,同时考虑桩前水平土阻抗力和桩侧水平摩阻力沿桩周分布的不均匀性,采用双重高斯数值积分法将基于变分原理建立的壁板桩群桩体系的总势能展开为简单的矩阵形式方程,并根据最小势能原理得到水平受荷壁板桩群桩荷载位移关系的显式解答。与三维有限元方法计算结果的对比验证了所提出解答的合理性。

承压完整井非稳定流抽水试验的观测时间要求

文章针对无界承压含水层中完整井的非稳定流抽水试验,将Theis公式描述的水位降深与时间的变化关系作为观测井外水位变化的理论真值,考虑观测井内外达到水力平衡所引起的滞后时间因素,推导了观测井内水位变化的理论测量值,分析了测量值与真值之间的相对误差以及测量值接近真值所需要的观测时间。