加筋包裹碎石桩受力特性及参数影响分析

为了研究加筋包裹碎石桩的承载性能及影响因素,运用有限元方法对加筋包裹碎石桩(GESC)和传统碎石桩(OSC)室内试验进行数值仿真分析,采用Python语言编制反演程序确定材料参数;进一步分析GESC和OSC的承载性能及破坏模式,并探讨桩周土的弹性模量、内摩擦角、粘聚力和桩体碎石的弹性模量、内摩擦角以及筋材的弹性模量等参数对GESC承载特性的影响。研究结果表明:桩周土的内摩擦角和黏聚力会影响加筋包裹碎石桩的承载力,但是对桩体刚度影响不大,桩体刚度主要受桩周土弹性模量的影响。增加碎石的内摩擦角及与筋材的弹性模量,加筋包裹碎石桩的承载力和桩土应力比都有所提高,筋材弹性模量提高62.5%,GESC在50 mm沉降时承载力会增加11.51%。

基于筋材包裹长度及模量变化的加筋包裹碎石桩破坏机理分析

采用有限元方法对加筋包裹碎石桩进行数值模拟,并验证了数值模型的正确性,建立10个不同参数的加筋包裹碎石桩数值模型,分析了筋材的弹性模量、长度和筋材包裹的位置对加筋包裹碎石桩承载性能的影响,研究了不同加筋包裹碎石桩模型的承载特性及破坏机理.研究结果表明:增大筋材的弹性模量和筋材包裹长度,会提高加筋包裹碎石桩的承载性能,其桩土应力比明显增大,桩体侧向变形更小更均匀,且筋材的弹性模量比包裹长度对加筋包裹碎石桩承载性能的影响大;对于部分包裹的加筋包裹碎石桩,筋材的长度越长,其承载性能越好,桩顶沉降50mm时,筋材包裹在桩体中部的桩顶应力比包裹在桩体上部和下部提高了7.4%;加筋包裹碎石桩会因筋材断裂或者桩体变形过大而发生破坏.

桩端持力层变化的加筋包裹碎石桩承载破坏分析

为研究不同桩端持力层和筋材包裹长度、筋材布设位置对加筋包裹碎石桩承载性能的影响,在室内试验结果基础上,利用三维有限元方法建立不同参数的数值模型,分析桩体承载应力、桩土应力比、桩体侧向变形及塑性应变等参数变化规律.研究结果表明:桩端持力层承载力越高,筋材的包裹约束作用越大,持力层弹性模量从0.6 MPa增加到6.0 MPa,加筋包裹碎石桩复合地基承载力提高了22%;加筋包裹碎石桩的筋材包裹长度越长、桩端持力层承载力越大,相应的桩土应力比越大,越有利于发挥加筋包裹碎石桩的承载性能.

海相淤泥质土地基加筋滤网碎石桩竖向承载性能试验研究

为研究加筋滤网碎石桩竖向承载性能,对现场海相淤泥质软土地基,采用预成孔加筋滤网碎石桩处理。通过超重型动力触探、平板载荷试验对处理效果进行评价,分析加筋滤网碎石桩单桩竖向承载性能。通过建立加筋滤网碎石桩单桩有限元模型,分析加筋滤网包裹长度对碎石桩单桩承载性能的影响规律。结果表明:加筋滤网碎石桩单桩竖向承载力特征值约是普通碎石桩的2.4倍;加筋滤网对碎石桩的侧向约束作用、承载力贡献均存在尺寸效应,对HP470型加筋滤网,当桩体直径大于1200mm时,加筋滤网对桩身的侧向约束作用减弱,对承载力的提高作用减小,碎石桩体发挥主要作用;加筋滤网碎石桩(2~3)d(d为桩径)深度范围内桩体碎石密实度对单桩竖向承载力有显著影响,对由桩顶至3d深度范围内的碎石经3000kN m能级强夯加固,单桩竖向承载力特征值较夯前提高约4.1倍;当竖向荷载P=200~250kPa时,对于HP470型加筋滤网,在满足承载力和变形的要求下,可选择包裹长度6d为最小包裹长度。研究成果可为加筋滤网碎石桩优化设计提供依据。

双层加筋长度对GESC承载性能影响的研究

为研究双层加筋包裹长度对土工格栅加筋包裹碎石桩(geosynthetic-encased stone column,GESC)承载性能的影响,基于已建立的离散-连续耦合数值模型进行了多组不同加筋包裹长度的GESC静载数值试验,对不同加筋包裹长度下桩体荷载-沉降规律、应力传递规律、孔隙率变化和接触力分布的差异进行分析。试验结果表明:相较于单层加筋包裹,双层加筋包裹不影响桩体极限承载力,但桩顶最终沉降明显减小,加筋长度取1.0D(D为桩径)时单位加筋长度减少的沉降为单层加筋时的19.38%,此时可以兼顾加筋效果、承载性能和经济效益;桩体轴向应力传递规律不受加筋长度的影响,但加筋长度的增加增强了筋土作用,使得桩体上部轴向应力快速衰减;在细观方面,随着双层加筋长度的增加,桩体孔隙率降低了5.19%,强接触力分布峰度增加了117.22%,这表明加筋长度的增加提升了桩周约束条件,使得桩体内部受力结构更加密实。

碎石粒径对GESC承载性能影响的数值耦合分析

为研究碎石粒径对加筋包裹碎石桩(GESC)承载性能的影响,基于室内试验结果建立离散-连续耦合模型并进行了8组不同粒径组成的单桩静载数值试验,分析了不同粒径条件下加筋包裹碎石桩宏细观参数变化规律。研究结果表明:GESC承载性能随碎石平均粒径d_(50)的增加先提高后降低,桩顶极限承载力在d_(50)=40.84 mm时达到峰值726.00 kPa,与d_(50)=15.26 mm时相比增幅达66.35%;d_(50)的变化是以优化桩体传力结构、降低径向应力比的方式使得桩端持力层承担更多外荷载,从而提高GESC的承载性能。在试验中,径向应力比最多降低了66.33%,到达桩端持力层的外荷载最大提升了166.67%;桩体传力结构优化的细观指标是桩体内强接触力沿埋深分布的标准差系数,该系数随碎石平均粒径先降后升,在d_(50)=40.84 mm时达到最低值0.497,表明此时桩体内强接触力沿埋深分布最为均匀。

土工格栅包裹碎石桩力学特性数值模拟分析

为了研究加筋包裹碎石桩中土工格栅和碎石的力学参数对桩体承载性能的影响程度,基于室内试验建立ABAQUS三维有限元计算模型,分析碎石内摩擦角、碎石弹性模量和土工格栅弹性模量对桩体承载力、桩身侧向变形和桩土应力比的影响,探讨分析了3个参数提高桩体承载性能的作用机理。结果表明:碎石内摩擦角对加筋包裹碎石桩的桩体承载力的敏感度最高,碎石弹性模量对桩土应力比的敏感度最高,土工格栅弹性模量对桩身最大侧向变形的敏感度最高;碎石内摩擦角、土工格栅弹性模量、碎石弹性模量对于桩体承载性能的影响分别主要表现为提高桩体承载力、减小桩身侧向变形,以及提高桩土应力比、增强桩身荷载传递性能。