考虑膜态水渗流的非饱和土渗透系数计算方法研究

当前采用土-水特征曲线计算非饱和土渗透系数的方法主要分为经验模型和统计模型两大类。经验模型的计算结果取决于模型中的经验系数,统计模型基于毛细模型采用统计学相关理论推导得出,因此统计模型计算结果相对可靠。研究发现,统计模型主要研究毛细水迁移规律,并未考虑土体中的结合水。因物理化学作用,部分土颗粒表面会吸附水膜,该水膜可作为液态水分的传输媒介。水膜厚度主要取决于土颗粒表面与土中水的相互作用,水膜厚度决定了土颗粒表面膜态水的迁移速率。首先计算单个颗粒表层吸附水膜的厚度、膜态水迁移速率;其次考虑土体中不同粒径颗粒的随机接触,利用级配曲线计算不同粒径颗粒的连接概率;最终依据单颗粒膜态水的迁移速率并结合颗粒间的随机接触概率,提出非饱和土膜态水的渗透系数预测模型。为验证模型的可靠性,选取其他文献中的试验数据对比模型预测结果,对比结果表明本文预测结果与文献试验结果吻合度较好,比传统统计模型表现出一定的优越性。

弱胶结砂岩地基承载力深度修正系数k2试验研究

为探究弱胶结砂岩深度修正合理性及修正系数取值,依托南京龙潭长江大桥北锚碇大型块体基础,对25 m埋深的弱胶结砂岩持力层分别开展基岩深层和浅层平板载荷试验,得到持力层深度修正前后的地基承载力特征值,研究深度修正规律,研究结论:修正浅层载荷试验地基承载力的修正系数k2t取3.3、修正规范法地基承载力的修正系数k2c取8.0,保守考虑时可不区分未修正的承载力特征值获得途径,k2统一取3.3;深度修正后地基承载力有较大提升,说明本工程中对弱胶结砂岩承载力进行深度修正是很有必要的;对比现有规范中土质地基k2的取值规律,弱胶结砂岩的k_(2t)和k_(2c)取值较为保守,该值可为类似地质条件下的工程提供参考。

碎石土地基中矩形桩水平承载特性及m值分析

为探究碎石土地基中桩身抗弯刚度对桩基水平承载特性及地基水平抗力系数的比例系数m值的影响,以桩身等截面积为基准,展开不同抗弯刚度矩形桩水平荷载作用下承载特性研究,并采用m法对其进行计算分析.试验结果表明:桩身位移衰减特征表现为刚性桩时,荷载传递深度是受载边长的8.3倍,表现为柔性桩时,荷载传递深度是受载边长的1.5倍;碎石土地基的m值可在32.9~58.7 MN/m^(4)范围内取值.桩身位移及弯矩的衰减规律表明,桩身抗弯刚度影响桩土荷载传递机理,刚性桩的荷载传递深度较柔性桩大,空间受力更为显著;通过m法计算得到的位移与实测位移吻合,表明m法可作为矩形桩位移计算的预测方法.

江苏地区西瓜嫁接砧木品种筛选试验

为提升江苏地区西瓜嫁接栽培水平,解决西瓜重茬障碍的问题,以‘早佳8424’自根苗为阴性对照,以‘京欣砧2号’嫁接苗为阳性对照,以‘京欣砧9号’‘、京欣砧冠’‘、京欣砧王’‘、京欣砧强’‘、京欣砧优’、‘合力7号’、‘ZM9002’、‘强根’、‘SYN650’、‘SYN004’、‘日本雪松’嫁接苗为处理组,调查不同嫁接砧木对西瓜嫁接亲和力、植株长势、抗病性、产量和果实性状的影响。11个砧木嫁接成活率良好,嫁接苗对‘早佳8424’植株长势、抗病性、产量、果实可溶性糖含量都有提升,而对果肉质地、果实风味有不同程度的影响。‘京欣砧强’‘、SYN004’综合表现最好,嫁接亲和力好,对植株生长和产量提升明显,对果实品质无不良影响,推荐作为江苏地区‘早佳8424’西瓜嫁接专用砧木进行推广。

软土区某地铁深基坑施工过程数值模拟及现场监测

为研究软土区地铁深基坑围护结构变形及周边土体位移特性,运用ABAQUS软件对软土区某地铁深基坑施工过程进行建模分析和安全监测,并将计算结果与实测数据进行对比分析.结果表明:采用摩尔库伦模型模拟基坑施工过程得到的地连墙水平位移结果准确,墙体最大水平位移的平均计算误差为实测值的15%,周边土体沉降计算值与实测值相比偏小;开挖最后一层土体且开挖面附近无支撑作用时,墙体水平变形明显增大,长边中点断面及端部断面变形增量分别为9.1和10.5 mm,安全监测应以开挖面附近地连墙水平位移变化速率为控制指标;狭长型深基坑长边中点断面及端部断面地连墙变形差异较大,应针对不同位置分别制定变形监测预警值;支撑轴力在开挖下一层土体时会出现较大突变,设计应充分考虑该突变对支撑安全储备的影响,监测应重点关注突变前后支撑轴力的变化.

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.

基于Meyerhof机构的吸力式沉箱基础抗拔承载力极限分析上限解

为了研究吸力式沉箱基础上抗拔荷载作用下的极限承载力上限解,构建出反向Meyerhof破坏模式.根据极限分析上限定理,引入反向地基承载力,基于Meyerhof破坏模式,将原基础下的主动区变为被动区,对数螺旋线方向相反且延伸至沉箱侧壁,建立了相应的机动许可速度场,推导出理论上更为合理的吸力式沉箱基础极限抗拔承载力上限解.分析了上限解与黏聚力、内摩擦角、摩擦系数以及基础下地基反向承载力之间的关系.采用Matlab软件编程计算出上限解,并与文献中的试验数据进行对比分析.结果表明,上限解与试验值的误差最大值为28%,最小值为9%,从而证明了破坏模式的合理性及所提方法的适用性.

海域人工岛填筑及地下互通隧道施工对邻近桥梁桩基影响研究

针对深中通道东人工岛下穿广深沿江高速桥梁工程建设过程出现堆载开挖问题,为了保障临近桥梁安全运营,考虑土体硬化特性,重点研究了海域分层填筑及桥桩保护措施,以及人工岛隧道基坑下穿及并行既有桥梁桩基两类典型不利工况,分析了依托工程筑岛后互通隧道施工过程与桥梁结构之间的相互影响,提出了分层分块填土、钢板桩加固、旋喷桩加固等措施要点,以及隧道下穿和并行时基坑设计关键技术。结果表明:横桥向两侧分层交替填筑有利于降低对桥梁桩基的影响;钢板桩内先填土方案可降低桩身弯矩50%左右;支护桩从嵌入强风化岩至嵌入中风化岩过程,临近桩基变形可降低30%左右;采取针对性的桥桩保护措施可控制各种不利工况下桩身变形及裂缝在设计规范要求范围内,并保障邻近广深沿江高速桥梁正常运营安全。研究成果可为类似海域明筑地下互通设计与施工安全提供有益的参考。

饱和土中后注浆灌注桩的注浆压力回归分析及优化

为解决现有规范中注浆压力计算公式在黄河流域下游地区适用性差的问题,采用数理统计方法建立了适用于该地区的注浆压力计算公式.基于莫尔-库伦强度理论及土体极限平衡条件,对现行规范中注浆压力计算公式进行优化.采用回归分析方法,得到注浆阻力经验系数和黏聚力修正系数的取值范围.通过现场试验对所提公式和现行规范公式进行对比分析.结果表明,相较于采用现行规范公式进行后注浆作业的试桩,采用所提公式进行后注浆作业的试桩承载力响应速度更快,桩顶沉降控制能力更好.在黄河流域下游地区使用所提公式进行后注浆可以有效改善灌注桩的承载特性.

锚碇深基坑施工过程数值模拟及安全监测研究

以非洲马普托大桥南侧锚碇深基坑项目为依托,运用FLAC^(3D)对深基坑开挖全过程进行了前期分析,预测了基坑围护结构及周边土体的变形规律。根据数值模拟结果,对监测方案进行优化并开展基坑施工阶段安全监测,得到基坑围护结构变形、周边建筑物沉降、周边土体位移等实测数据。将数值计算结果与现场实测数据进行对比和分析,结果表明:FLAC^(3D)计算所得墙体最大变形位置及最大位移值与后期现场实测数据吻合良好,对周边土体沉降最大位置的预测是准确的,表明建模及土体参数取值基本合理,对围护结构整体变形规律及周边土体的位移场规律预分析模拟精度较高。

反复一维冲击下钙质砂动力特性SHPB试验研究

南海岛礁建设桩基工程面临钙质砂地层问题,利用改进的分离式霍普金森压杆(split Hopkinson pressure bar,SHPB)试验装置研究钙质砂在反复冲击荷载作用下的动力特性。共进行28次反复一维冲击试验,得到钙质砂和石英砂的应力-应变、一维压缩特性以及吸能效率曲线,以探讨反复一维冲击荷载作用下冲击次数、含水率和相对密实度等因素对两种砂样动态力学响应的影响。结果表明:钙质砂由于颗粒形状和矿物组成的不同,其动态表观模量(动刚度)在首次冲击以及反复冲击多次后都约为石英砂的10%;随着反复冲击的进行,两种砂样不断密实,表现为刚度增大、可压缩性减弱;首次冲击下钙质砂和石英砂的屈服应力分别约为3.20 MPa和9.33 MPa,此后颗粒开始大量破碎,压缩指数分别约为0.87和0.41,反复冲击后两种砂样的屈服应力分别增加到6.14 MPa和12.54 MPa;钙质砂的吸能效率高于石英砂,不同含水率和不同相对密实度钙质砂样吸能效率在多次冲击后趋于接近。

基于Prandtl破坏模式的吸力式沉箱基础抗拔承载力极限分析上限解

为了研究吸力式沉箱基础竖向抗拔荷载作用下极限承载力上限解,引入"反向地基承载力",基于Prandtl破坏机构,选择合适的地基破坏模式及机动位移速度场,使原Prandtl机构中主动区变为被动区,对数螺旋线反向,并考虑土体自重、黏聚力及土压力因素,推导吸力式沉箱基础抗拔荷载作用下极限承载力上限解。分析上限解与黏聚力、内摩擦角、土压力以及摩擦因数关系,采用Matlab软件编程计算出上限解,并与有关试验值和上限解进行对比分析。研究结果表明:反向Prandtl破坏机构符合实际受力情况。文中上限解与试验值相对误差基本上控制在40%以下,最大相对误差为44%,最小相对误差为3%,接近试验值,证明其破坏模式的合理性及方法的适用性。

FRP管混凝土桩与钢管混凝土桩黏结性能对比分析

为对比研究FRP管混凝土桩和钢管混凝土桩的黏结性能,进行了4组推出试验,分析了黏结方式、混凝土种类、试件长细比、外管壁厚等对黏结性能的影响.结果表明:相同试验条件下,钢管混凝土试件的黏结强度明显大于FRP管混凝土试件;使用膨胀混凝土、增大试件长径比及增大外管壁厚均可提高试件的黏结强度,但使用膨胀混凝土的提高效果最明显,可使其增大近10倍;不同的黏结方式下,应变随滑移量及截面高度的变化关系不同,对于直接黏结型试件,靠近荷载施加部位的应力首先发挥,而螺纹型试件的应变沿整个试件高度同时发挥.

旧城改造中老桩基再利用研究

针对旧城改造中老桩基再利用难的问题,从老桩基耐久性和承载性能分析入手,提出其耐久性综合评价法,明确了其再利用的前提;并详细分析了传统老桩基再利用存在的问题,提出了具体解决方案,进而形成老桩基再利用的新思路及其实现途径。

砂土中水平循环荷载下单桩式海上风电体系自振频率偏移规律

提出循环荷载下单桩式风机体系自振频率偏移的理论评估方法。首先,考虑沉陷坑与致密域土体质量守恒原则,量化由循环荷载引起的土体参数变化;然后,基于刚性桩极限平衡理论,建立考虑桩端阻力的桩头三弹簧刚度矩阵;最后,在考虑桩头三弹簧自振频率评估框架的基础上,对循环荷载引起的自振频率偏移规律进行研究。研究结果表明:土体越疏松、桩基长细比越小,循环荷载对结构体系自振频率的影响越显著;而随着循环沉陷、致密的进程,自振频率的偏移率会有所降低。体系自振频率的偏移量和偏移方向与桩土相对刚度有关,在循环荷载作用下,完全刚性桩的自振频率表现出增大趋势,增幅可达3倍以上,设计时需慎重考虑;而半刚性桩体系在循环荷载作用下自振频率有所减小,减小量在5%以内。

水平循环荷载引起的砂土沉陷-致密作用对刚性桩承载力的影响分析

为研究砂土中刚性桩基础在循环荷载作用下的承载力演化规律,提出了一种循环后单桩承载力的评估方法.首先,基于沉陷坑与致密区域土体的质量守恒原理,量化了由沉陷引起的土体参数变化;然后,根据API规范中的砂土水平土抗力位移模型计算循环前后的单桩承载力;最后,提出了循环后单桩承载力的评估模型,并对沉陷坑尺寸、土体初始相对密实度和致密区域模式等因素进行对比分析.结果表明:单桩承载力随沉陷坑的发展不断增大;对于松砂、中密砂和密砂,循环后的单桩承载力可分别提高约3.0、1.5、1.2倍,提高幅值随相对密实度的增大而降低;2种土体变形模式中,单锥模式相比于双锥模式更符合真实的致密区域形态.

后置导叶对大型贯流泵水力特性影响研究

以南水北调东线工程淮安三站(泵站)大型贯流泵装置为研究背景,建立了大型贯流泵后置导叶模型,通过数值模拟计算,对比分析了在不加装后置导叶和加装后置导叶两种工况下,贯流泵装置的水力特性,在此基础上,进一步研究了后置导叶叶片的数目以及后置导叶安装位置对贯流泵装置水力特性产生的影响。研究结果表明:在设计工况下,添加后置导叶减少了水流速度环量,回收了环量动能,改善了灯泡体段和出水流道的流态,且对其中小流量的改善尤为明显,使泵的装置效率提高了约5%;针对具有3个转轮的大型贯流泵装置,导叶叶片数为5个时水力损失最小;另外,导叶安装在扩散段时水力性能较好。总之,后置导叶优化后,使泵装置在设计工况时的效率提高了约0.5%。

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.

基础工程技术创新与发展

伴随我国经济、社会持续快速发展及城市化进程加快,给基础工程技术发展带来了新机遇和新需求,同时也带来了新挑战和新问题。建筑物对资源的消耗越来越大,资源的不可再生,与可持续发展和建设节约型社会的矛盾日益突出;老旧城市密集区既有建筑基础加固改造不断提出新任务;传统的地基基础施工工艺对环境的污染,以及施工对周边环境造成的损害,与建设环境友好型社会的矛盾日益凸显。要满足城市发展需求,解决上述这些问题都需要地基基础持续技术创新。文章从基础工程理论与试验研究、设计与工程实践、施工技术与装备、检测技术、纠倾与改造等方面综述基础工程技术创新与发展情况。

海上风电大直径开口钢管桩竖向承载力CPT/CPTU计算方法

为了评估已有基于静力触探试验(CPT)或孔压静力触探试验(CPTU)的桩基竖向承载力计算方法对海上风电大直径开口钢管桩的适用性,基于现场CPTU实测数据,采用文献中5种CPT和5种CPTU桩基竖向承载力计算方法,得到了江苏某海上风电场2根Φ2.0 m大直径开口钢管桩的竖向承载力,并从桩端、桩侧和总承载力3个方面与现场静载试验结果进行了对比分析.结果表明:Nottingham和Schmertmann方法、Unicone、UWA三种方法总承载力计算结果与试验结果相比误差均在20%以内,整体预测效果较可靠,其中Nottingham和Schmertmann方法在桩端、桩侧、总承载力方面与试验结果相差均不超过10%,准确性最高;而Penpile方法显著低估了桩基承载力,总承载力计算结果仅为试验结果的50%左右.该研究可为该地区及相似地质条件下大直径开口钢管桩的竖向承载力计算提供参考.