旋转剪切式青花椒采摘装置设计与试验

针对基于“下桩”采摘方法的青花椒采摘设备存在喂入困难、易堵塞而造成采摘效率低的问题,该研究设计了一种旋转剪切式青花椒采摘装置。首先基于花椒枝物理、力学特性确定旋转剪切式青花椒采摘过程包括花椒枝旋转驱动、花椒枝导向喂入和剪切采摘,剪切采摘功能由往复式切割器实现。并设计双动刀往复式切割器及其传动机构,确定了剪切采摘装置的结构和运动参数。进一步地,运用ANSYS/LS-DYNA构建花椒枝剪切仿真模型,确定最优齿形参数为:刀齿切割角20°,刀齿刃角50°,刀齿厚度2.5 mm,该条件下峰值切割力为3.739 N。最后通过单因素试验确定了花椒枝喂入角度、花椒枝喂入速度、花椒枝旋转速度的取值范围分别为40°~60°、20~40 mm/s、20~40 r/min;并采用BoxBehnken设计法制定三因素二次回归正交组合试验方案,运用Design-Expert 12对试验结果进行方差分析和响应面分析,得到旋转剪切式青花椒采摘装置的最优工作参数为:花椒枝喂入角度55°,花椒枝喂入速度33.21 mm/s,花椒枝旋转速度30 r/min;通过试验验证得出在最优工作参数下,单人单枝喂入时青花椒平均采摘效率为10.95 kg/h,平均采净率为95.57%,平均伤果率为12.87%。研究结果可为青花椒采摘机的研发提供技术参考。

基于桩-土界面剪切特性的单桩沉降和承载问题研究

近年来,西北地区出现了许多高填方场地,为减小建筑物基础的不均匀沉降,基础类型广泛使用桩基础。与一般场地不同,黄土填方场地中的单桩桩周土受力后仍会产生较大的变形,该类场地单桩沉降机制复杂。桩顶总沉降计算是桩基设计的重要依据,为此,建立了高填方黄土场地单桩桩顶总沉降计算模型。基于传统的荷载传递法和剪切位移法,分别考虑桩-土界面的桩-土相互作用和桩-土界面外剪切带土体的剪切变形。依据桩端边界,将单桩类型分为摩擦桩和端承摩擦桩,分别建立桩周土弹性阶段和塑性阶段的桩身位移控制微分方程,结合边界条件进行求解,得到桩身位移、轴力、侧摩阻力,并通过弹塑性理论求解了桩周土剪切带土体剪切变形,进而通过叠加原理求得桩顶总沉降。用桩长与桩周土塑性发展深度的比值,定义了桩基承载力安全系数K。通过算例分析与现场试验数据对比分析,研究结果表明:使用新的模型计算得到的桩顶总沉降与现场试验结果相近;当桩顶荷载较小、桩周土处于弹性阶段时,桩端边界对桩身轴力、位移和侧摩阻力影响很小,但桩周土进入塑性滑移阶段后,桩端边界的影响开始变大,考虑桩端土的承载能力会极大提高单桩极限承载力;建立了将荷载传递法和剪切位移法综合起来的计算模型,不仅可以考虑桩-土界面的相对滑移,还可以计算桩-土界面外土体剪切带的剪切变形,使得桩顶总沉降计算更加精确,可为类似场地中单桩沉降的分析与控制提供一定的参考。

大型梁式承台模型试验及跨中挠度简化计算方法研究

为了解大型梁式承台的力学性能,以某快速化改造工程的大型梁式承台为背景,按照缩尺比1∶10制作梁式承台模型进行力学性能试验,结合有限元计算,分析梁式承台结构受力、破坏模式、开裂情况等,并研究不同跨高比条件下梁式承台的受力特性。结果表明:在跨中荷载作用下,梁式承台受力大致可以分为线弹性阶段、裂缝发展阶段和屈服阶段3个阶段;线弹性阶段截面应力分布已不满足平截面假定,剪切效应对结构变形的影响不可忽略;模型最终破坏模式为弯曲破坏;裂缝主要表现为跨中弯曲裂缝和斜裂缝;跨高比越小,梁式承台剪切刚度越大。为考虑剪切效应对梁式承台变形的影响,拟合得出梁式承台跨中挠度的简化计算方法,将该方法计算值及规范计算值与试验值进行对比,可得在裂缝发展阶段,规范计算值与试验值偏差较大,所提方法计算值与试验值偏差较小,该方法可用于线弹性阶段及裂缝发展阶段梁式承台跨中挠度的初步估算。

基于Spencer法的抗滑桩加固边坡地震稳定性分析

针对抗滑桩加固边坡地震稳定性分析问题,根据拟静力分析和极限平衡理论,提出抗滑桩加固边坡地震稳定性分析的扩展Spencer法,得到桩身剪力与边坡稳定系数之间的关系曲线,进而确定满足指定稳定性设计安全系数要求的滑面处桩身剪力。通过实例分析表明:桩身剪力随水平和竖向地震影响系数的增大而增大,水平地震影响系数比竖向地震影响系数对桩身剪力影响显著,桩身剪力随桩位靠近坡顶呈非线性减小趋势。

软基处理对桩基水平承载力提高的影响研究

工程实践证明软土地基加固处理后桩基水平承载力提高显著,但如何在工程前期合理预估其提高值仍需深入研究;基于此,文中参考港口工程桩基规范建立了简化p-y法模型,推导了桩侧土极限水平土抗力P_(u)=m(x+x_(0))^(n)幂函数关系曲线,建立了桩身平衡微分方程,并利用常微分方程的级数解理论建立了水平受荷桩解析解,解决了港口工程桩基规范中p-y法计算困难的问题,且便于工程师实际应用。最后通过依托工程现场试桩试验,利用新推求的桩基水平承载力计算公式,分别对软土地基真空预压处理前、后的桩基水平承载力对比分析,认为软土地基真空预压处理后桩基水平承载力由51.6 kN提高至121 kN,并通过现场桩基检测成果对比验证其合理性,为类似工程提供技术参考。

基于剪切位移折减法的深厚软土基坑支护桩墙沉降研究

以香港科技大学(广州)基坑支护工程为背景,考虑桩侧泥皮和桩底沉渣的影响,初步建立了剪切位移折减法的沉降估算模型。同时,详细分析了在小荷载作用下,深厚软土基坑中的支护桩墙的竖向受力变形特征。采用了剪切位移折减法,对未固结、欠固结及高灵敏度软土的工程实例和正常固结及微超固结软土的工程实例进行支护桩墙沉降估算,结果表明:剪切位移折减法较为简单实用,该法对未固结、欠固结和高灵敏度软土较为合适;对正常固结与微超固结软土,仅可作研究估算和定性判断使用。

多年冻土地基单桩冻拔效应的计算方法与分析

为研究多年冻土地基冻结过程中桩基础的冻拔效应,基于桩周土的冻胀变形及桩土之间的变形协调关系,结合剪切位移法构建了一种考虑桩土界面相对滑移效应的单桩冻拔荷载传递的理论模型.采用有限差分法,通过MATLAB编程对桩基受力微分方程求解,获得了冻拔力的发展规律,并采用现场试验与有限元数值模拟验证了模型的合理性.接着分析了冻胀率、桩土界面本构参数及桩长对桩基冻拔响应的影响.研究表明:冻结过程桩身轴力逐渐增大,冻深附近出现轴力峰值,部分桩土界面会产生滑移;冻至最大冻深2.3 m时桩身轴力达到最大值690.3 kN,滑移段长度约为0.65倍冻深;冻拔力随土体冻胀率的增大并非呈线性增大,主要受桩土界面峰值剪切强度与残余强度的影响;桩长越长,抗冻拔效果越好.

不同注浆材料作用下后压浆桩桩-土界面力学特性分析

为了研究不同注浆材料对后压浆桩桩-土界面的加固效果,开展了大型界面剪切实验.针对后压浆桩在各类土层中的应用,设置了砂土、风化岩、黏土3种不同土样,以研究不同土层环境下压浆对界面剪切性状的影响.采用双曲线模型及考虑剪切应力软化的剪切力学模型对剪切数据进行拟合,通过荷载传递法对压浆桩和未压浆桩的承载特性进行计算分析.研究结果表明,不同注浆材料作用下桩-土界面力学特性均有所改善.在砂土和风化岩中桩-土界面剪切应力与剪切位移之间的相互关系未受压浆影响;在黏土中,压浆改变了桩-土界面的力学特性,呈现出与未注浆接触面不同的软化现象.算例中桩基压浆前极限承载力为7.936 MN,粉煤灰基地聚合物、粉煤灰-水泥以及纯水泥浆液压浆后的极限承载力分别为13.492、13.647、13.926 MN.

土体湿化膨胀与桩基相互作用的试验与理论研究

为研究同一湿度场环境下土体湿化膨胀与桩基相互作用的机理,设计了室内物理模拟试验,对土体湿化膨胀与桩基相互作用进行了分析。通过人工降雨入渗的方式模拟变化的湿度场环境,实时监测模型箱中不同入土深度的桩基抬升量以及膨胀土地基的变形和应力数据,研究桩基入土深度与抬升情况的关系,基于非饱和土力学理论、桩–土相互作用剪切位移理论,提出考虑土体刚度和隆起量变化的侧摩阻力计算方法,并将桩侧摩阻力理论计算结果与模型试验结果进行对比分析。结果表明:在土体吸水膨胀过程中,桩体的向上抬升会引起桩底端部的卸载作用;地层隆起量随着深度的增加呈线性递减,随着桩尖入土深度的增加,桩顶隆起量呈对数趋势减小,增加桩长可以在一定程度上抑制桩基抬升;同时,基于剪切位移理论得出的桩侧摩阻力与基于非饱和膨胀土理论得出的桩的侧摩阻力及试验测试数据分布基本一致,表明本文所提出侧摩阻力计算公式是可靠的。

深厚软土基坑软土锚固旋喷锚索计算初探

基于香港科技大学(广州)深厚淤泥基坑工程实践,对深厚软土基坑的桩锚支护结构建立了分析模型。采用剪切位移法计算全长位于软土的旋喷锚索的位移和刚度,并求解出对应桩锚节点处的位移。对多个软土基坑工程,采用剪切位移法计算软土锚固旋喷锚索的轴力与位移,并将计算值与实测值进行比对,两者总体吻合良好,表明剪切位移法可较好地揭示深厚软土基坑中全长位于软土的旋喷锚索的受力、变形机理。

深厚软土基坑中入硬土锚固锚索计算初探

基于香港科技大学(广州)深厚淤泥基坑工程实践与研究,对深厚软土基坑的桩锚支护结构,建立了分析模型。详细分析了锚索软土锚固段与硬土锚固段的不同受力、变形特征。采用弹性法计算软土段锚索受拉变形,采用剪切位移法计算硬土锚固段土体剪切位移,通过叠加软土段、硬土锚固段位移,可求得穿透软土锚固入硬土锚索的总位移,并求解出对应桩锚节点的位移。对多个软土基坑工程,采用该法计算穿透软土进入深部硬土层锚固的锚索总位移及其位移分量,并将计算结果与监测数据进行比对,两者总体吻合良好。

楔形桩与圆柱形桩复合地基承载性状对比研究

基于剪切位移法,引入Mylonakis&Gazetas桩-土相互作用及Winkler地基模型,导出了复合地基中桩-桩、桩-土及土-土相互作用柔度系数;在此基础上,提出了一种综合考虑桩-土-垫层共同作用的复合地基分析方法,并利用Matlab软件编制了相应的计算程序。为了验证该方法的可行性,对楔形桩和圆柱形桩复合地基进行了模型对比试验,并利用该方法对两个模型试验进行了计算分析,试验及理论结果均表明,桩顶平面处的桩间土反力保持着类似天然地基的马鞍形分布,圆柱形桩复合地基的承载力明显低于楔形桩复合地基的承载力,同时,圆柱形桩复合地基的桩土平均应力比明显高于楔形桩复合地基的桩土平均应力比,楔形桩对缓解复合地基中桩顶应力集中,充分利用天然地基的承载能力具有良好的调节作用。

夯实水泥土楔形桩复合地基中桩的合理楔角范围研究

基于剪切位移法,引入Mylonakis & Gazetas桩-土相互作用及E.Winkler地基模型,导出复合地基中桩-桩、桩-土及土-土相互作用柔度系数;在此基础上,考虑垫层的影响,提出一种综合考虑桩-土-垫层共同作用的复合地基分析方法,并利用Matlab软件编制相应的计算程序。为了验证该方法的可行性,对夯实水泥土楔形桩和圆柱形桩复合地基进行模型对比试验,并利用该方法对模型试验进行计算分析,试验及理论结果均表明,对于夯实水泥土楔形桩复合地基,在置换率相同的条件下,夯实水泥土楔形桩复合地基的承载力随楔角的增大而增大,但从平均直径与圆柱形桩直径相等的夯实水泥土楔形桩复合地基的承载力同夯实水泥土圆柱形桩复合地基的承载力相比提高的幅度来看,存在一个合理的楔角,合理的楔角范围约1°～3.5°。

层状地基群桩沉降计算的剪切位移解析算法

考虑群桩的"束缚作用",基于剪切位移法的理论,提出了竖向荷载作用下用于层状地基大规模群桩沉降分析的简捷实用的解析算法。以单桩位移积分方程为基础,导出了桩顶位移与轴力和桩底位移与轴力之间的关系,考虑桩-桩相互作用,得出了计算群桩沉降的柔度矩阵方程。推导过程中,桩被分成任意n段,因此该方法可以用于地基土任意分层的群桩沉降计算。算例分析表明,该方法与边混合法和界元法有较好的一致性。

桩-土间剪切应力的传递探讨

对不同情况下桩-土间剪切应力进行了初步的理论分析,并基于ADINA有限元程序,对不同情况下的桩-土间剪切应力进行了计算对比分析。结果表明,同种土体和桩体条件下,各种模式达到极限状态时桩-土间剪切应力不同,堆载作用下负摩擦力值最大,抗拔桩负摩阻力值最小,桩顶受压桩、托桩的摩阻力值介于其间;桩材泊松比在0.15～0.35范围内时,桩侧摩阻力随泊松比的增大而增大。所得结论有助于进一步认识桩-土相互作用规律以及桩-土荷载传递机制。

长短桩复合地基沉降计算方法研究

目的研究长短桩复合地基的一种新型的地基处理技术,解决沉降计算方法问题.方法从长短桩复合地基的作用机理入手,针对长短桩复合地基中桩、土、垫层相互作用特点,在剪切位移法的基础上,引入Mylonakis&Gazetas的桩与桩、桩与土相互作用模型,同时考虑垫层作用影响,导出了长短桩复合地基计算时的桩-桩、桩-土以及土-土相互作用柔度系数.结果通过桩-土-垫层体系共同作用的长短桩复合地基沉降计算的新方法及编制相应的计算程序对某工程实例进行分析的结果表明,沉降计算值与实测值吻合较好.结论新的长短桩复合地基沉降计算方法表明此方法计算长短桩复合地基的沉降是可行的,深入探讨长短桩复合地基的沉降计算对于开发和推广其工程应用具有理论和工程意义.

基于剪切位移法的长短桩复合地基沉降计算

在深入探讨长短桩复合地基作用机理基础上,针对长短桩复合地基的桩–土–承台整体相互作用特点,通过一定的简化假定,建立出长短桩复合地基的沉降计算模型;然后以剪切位移法为基础,引入Mylonakis&Gazetas桩—桩、桩—土相互作用模型,导出长短桩复合地基计算时的桩—桩、桩—土以及土—土相互作用柔度系数;在此基础上,考虑垫层作用的影响,提出一种综合考虑桩—土—垫层体系共同作用的长短桩复合地基沉降计算方法,并编制出相应的计算程序。最后利用该法对某工程实例进行了计算分析,结果表明,基于本文方法获得的沉降预测值与实测值吻合较好。

刚-柔性桩复合地基复合模量的一种解析解

基于剪切位移法理论,在一定假设条件下推导刚–柔性桩复合地基复合模量的解析解。该解析解考虑刚性桩及柔性桩桩长、刚性桩及柔性桩模量、土模量以及置换率对刚–柔性桩复合地基复合模量的影响,并定量分析以上参数变化对复合模量的影响程度。工程实例表明,这种方法比传统方法相对要精确,与实际吻合较好,可以在实践中应用。

超深群桩对邻近已有隧道的影响研究

针对邻近高层建筑桩基础对地铁隧道的影响问题,分析超深群桩在工作荷载下对邻近土体应力状态和已有隧道沉降的影响。以改进后的剪切位移法为基础,考虑桩间加筋和遮拦效应的影响,得到刚性承台下群桩的荷载分布特性;结合Mindlin解和引入空隙参数的土体位移场公式,求解隧道剖面的平面应变解答。编制Matlab程序进行计算,对群桩与隧道的相对距离、布桩方式、荷载水平和群桩规模等因素进行分析,得出了一些有益的结论。

单桩轴向荷载沉降曲线广义剪切位移解析算法

用线性弹性和塑性线性强化模型模拟桩周土的剪应力与剪应变非线性关系,将弹性阶段的剪切位移法推广到塑性阶段,得到了广义剪切位移理论,建立了桩土间耦合力学模型;利用此理论,分别对桩周土处于弹性、半塑性和全塑性3个不同阶段进行分析,推导出了不同边界条件下桩的荷载 沉降曲线的解析表达式以及统一解析式,对实际桩基进行了计算。研究结果表明:该方法能模拟工程中的复杂情况,从而能够解决复杂桩周边界条件下的桩基承载力与沉降问题,计算结果与实测结果最大误差为7.8%,平均误差为 6%;由于考虑了桩土之间的连续性,利用该单桩承载力 沉降解析表达式能够求解桩土共同作用地基桩的承载力与沉降位移。