包裹碎石桩在粉质黏土地基中的承载特性研究

为了探究包裹碎石桩对粉质黏土地基的加固效果,基于模型试验和数值模拟方法,对包裹碎石桩与传统碎石桩复合地基承载力特性进行了研究,并分析了碎石模量、碎石内摩擦角和土工格栅刚度等参数对包裹碎石桩复合地基承载及变形的影响。结果表明:传统碎石桩复合地基在荷载小于20 kPa时,沉降增大不明显。当荷载大于30 kPa时,沉降迅速增大,复合地基失稳破坏;在一定的粒径范围内,相同级配下,碎石粒径越大,碎石桩整体变形越小,承载能力越高;包裹碎石桩的碎石模量在高应力状况下,对复合地基沉降的影响效果较为明显。当桩土模量比大于30时,其对复合地基的沉降影响逐渐减弱;增大碎石内摩擦角能有效增大桩土应力比,并提高桩身应力传递效率。随着内摩擦角的增大,复合地基的沉降逐渐减小,在高荷载水平下,其影响效果更加明显;土工格栅的包裹能减少复合地基沉降,但影响程度有限,当包裹刚度J>1000 kN/m时,对沉降的影响逐渐减弱。

电渗-包裹碎石桩布置形式对软土加固效果影响的模型试验研究

为了提高包裹碎石桩复合地基承载力,提出利用电动土工织物作为碎石桩包裹套筒与电渗法联合处理的方法。同时为了探究电渗-包裹碎石桩处理软土工艺参数的影响,进行了两类电极布置形式(一字型、三角型)下的室内电渗模型试验,一字型布置设置3种电势梯度(0.2 V/cm,0.4 V/cm,0.6 V/cm),三角形布置分别设置阴阳极数目为1∶2、2∶1,获取电渗排水、通电电流、电渗结束后土体抗剪强度等试验结果。通过分析能耗系数变化规律和土体加固机理,研究电势梯度及包裹碎石桩布置形式对电渗-包裹碎石桩联合方法在软土地基加固中的影响。结果表明,能耗系数随电势梯度的增加而增大,电势梯度为0.2 V/cm时总体能耗系数较低且最终排水量大,工程中不宜选用过高电势梯度。联合方法对于桩周土处理效果较好,阳极区域附近土体抗剪强度提高主要由电渗作用引起,且沿深度方向衰减;阴极区域附近土体抗剪强度主要由排水体作用引起,距排水口越近加固效果越好。

土工织物包裹碎石桩复合地基承载特性模型试验

本文通过模型试验对比分析土工织物包裹碎石桩、传统碎石桩复合地基和未加固地基的受力和变形特性,研究包裹碎石桩对软土地基的加固效果。结果表明:包裹碎石桩复合地基的极限承载力较未加固地基和传统碎石桩复合地基提高945.45%和360.00%;桩顶以下3倍桩径深度范围内,包裹碎石桩的径向变形和桩周水平向土压力均显著小于传统碎石桩;土工织物能有效提高包裹碎石桩的整体性和刚度。

软土地基中包裹碎石桩地震动力响应数值模拟研究

包裹碎石桩是将碎石桩包裹在土工合成材料中,通过土工合成材料的径向约束作用,减少碎石桩的变形,提高其在软土地基中的稳定性。使用有限差分程序FLAC3D进行模拟,研究地震荷载作用下软土地基中包裹碎石桩的动力响应。数值模型采用考虑滞回特性的非线性弹塑性模型模拟碎石桩和软土,使用线弹性土工格栅单元模拟土工合成材料。利用振动台试验结果验证三维动力数值模型,然后开展参数分析,研究筋材刚度、软土剪切模量、路堤荷载等参数对软土地基中包裹碎石桩地震动力响应的影响规律。数值模拟结果表明:随着筋材刚度的增加、软土剪切模量的增加、竖向荷载的减小,碎石桩的沉降及筋材应变和土体的剪应变也显著减小,土工合成材料包裹筋材可以有效提高碎石桩的抗震性能。

包裹碎石桩承载特性试验研究

为了研究包裹碎石桩的承载机制,开展了室内模型试验,对不同套筒长度和刚度的包裹碎石桩承载力、端阻力、变形和破坏情况等进行了分析。试验中利用自制的桩体径向变形测量仪监测了桩体的径向变形情况。试验结果表明:当桩体支承在坚硬土层时,全长包裹碎石桩有效提高碎石桩的承载力和刚度,且采用弹性模量较大的土工材料套筒,包裹碎石桩的极限承载力和刚度也较大,部分包裹碎石桩(包裹长度为0.6倍桩长)相对于碎石桩优势不明显。这是因为部分包裹碎石桩和全长包裹的承载特性、变形特点和破坏模式均存在差异。全长包裹碎石桩传递至桩底端的荷载大于部分包裹碎石桩和碎石桩的。与部分包裹碎石桩和碎石桩比较,全长包裹碎石桩桩身变形分布较为均匀,同一应力作用下,桩身最大径向变形量较小。此外,全长包裹碎石桩刺入顶部褥垫层发生破坏,而部分包裹碎石桩发生鼓胀破坏。

包裹碎石桩和碎石桩复合地基抗震性能对比试验研究

包裹碎石桩是在碎石桩外包裹一层土工材料制成的一种新型桩体,由于包裹作用,碎石桩的刚度和抗剪强度得到了明显提高。然而,目前有关包裹碎石桩的研究较少,特别是其抗震性能方面。鉴于此,通过开展包裹碎石桩复合地基和碎石桩复合地基振动台模型试验,在考虑不同类型、幅值的地震波作用下,研究两种复合地基的加速度、桩土应力、破坏现象和位移,进而对比分析这两种复合地基的动力响应规律和抗震性能。试验表明:包裹碎石桩桩顶和桩间土水平方向加速度放大系数均约为碎石桩的2倍;相同地震波条件下,包裹碎石桩复合地基的峰值桩-土应力比约为碎石桩复合地基的3倍;与碎石桩复合地基相比,0.9g人工波加载后包裹碎石桩复合地基在较大区域内产生较窄裂缝;包裹碎石桩复合地基产生的总沉降较碎石桩复合地基减小了51%。因此,包裹碎石桩复合地基的抗震性能优于碎石桩复合地基。

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%。

包裹碎石桩影响范围的模型试验分析

为了研究包裹碎石桩受力时的影响范围,进行了三组不同直径的包裹碎石桩和一组未加固地基的模型试验。通过在承压板之上及其周围土体表面布设百分表,得到了承压板及其周围土体表面的位移;在桩体和桩周围土体内不同深度布置土压力盒,监测了桩体和土体内的应力分布。试验分析结果表明:包裹碎石桩改善了土体的承载力性能,减小了土体表面的位移量,包裹碎石单桩复合地基相比于未加固地基(河沙)的极限承载力约提高了32%;在距离包裹碎石桩中心两倍承压板直径范围之外,基本上没有变形和应力的分布,即包裹碎石桩影响范围的宽度约为四倍承压板直径;包裹碎石桩受力主要影响深度在三倍桩径范围内。

土工材料包裹碎石桩复合地基试验研究

为了系统地探讨不同刚度土工材料包裹碎石桩复合地基的承载变形性能,开展了不包裹、包裹碎石桩复合地基现场对比试验以及不包裹、低和高刚度土工材料包裹碎石桩复合地基离心模型试验,分析了复合地基承载变形表征参数、稳定性在试验过程中的变化规律。结果表明:随着土工材料刚度的增加,桩顶、桩间土和路堤顶面的沉降显著减小,桩顶应力、桩土应力比显著增加;土工材料竖向包裹能够提高地基的整体稳定性、增加地基的承载能力、有效约束碎石桩侧向鼓胀变形。

包裹碎石桩复合地基固结排水性能模型试验研究

包裹碎石桩可加速地基的固结排水,然而,目前缺乏相关试验研究,限制了包裹碎石桩的应用和发展。为此,文章通过室内模型试验研究软黏土地基中包裹碎石桩复合地基不同位置含水率的变化,探讨其固结排水性能。试验加载后,包裹碎石桩复合地基顶部褥垫层充满了积水,桩体内也充满了水。试验结果表明,桩顶部所在深度范围内固结排水效果较好,桩中部深度土体的含水率变化相比未加固软土地基更大,靠近承压板中心线(或者桩中心线)处土体的排水效果相比承压板外更优。由此可知,包裹碎石桩是良好的排水通道,可有效缩短排水路径。

包裹碎石桩承载力分析

包裹碎石桩是在碎石桩外包裹一层土工材料制成的一种桩体。为了更好地研究这种桩体的承载力情况,进行室内模型试验。由所加荷载和承压板沉降值得到了承载力-沉降曲线,在桩体内布置土压力盒,实测桩身轴力,研究了包裹碎石桩的荷载传递情况、端阻力和侧摩阻力。通过试验发现包裹碎石桩有效地提高了未加固地基的承载力。包裹碎石桩承受竖向荷载时,主要在桩身0.7 l(5.6 d)(l、d分别为桩长和桩径)深度范围内存在力的作用;在3 d深度的应力约为桩顶应力的40%,5.6 d深度的应力约为桩顶应力的20%,当外部压力大于85k Pa时,8 d深度(桩底端)存在应力。

包裹碎石桩加固的砂土液化机理试验研究

通过分别开展包裹碎石桩加固、碎石桩加固以及未加固的饱和砂土液化振动台试验,对比分析不同加固类型下的抗液化性能,重点剖析包裹碎石桩加固的砂土液化机理。试验表明:振动加载过程中,包裹碎石桩始终保持桩体的完整性与良好的排水性能且其加固模型地基的总沉降量相较于未加固模型地基减少了50%,相较于碎石桩加固模型地基减少了31.8%。包裹碎石桩加固模型排出水量较未加固模型地基提高了33.3%,较碎石桩加固模型地基提高了16.6%;包裹碎石桩加固模型地基的超静孔压值下降显著且地基下层砂土出现未液化的现象;并进一步发现包裹碎石桩的排水加固作用沿土层竖向深度呈递增趋势。因此,可以发现包裹碎石桩加固砂土液化的抗震性能优于碎石桩。

单桩包裹碎石桩加固饱和砂土液化的试验研究

包裹碎石桩是在碎石桩外围裹土工合成材料而成。这一新型桩体在处理软土地基中应用广泛。而目前对其加固饱和砂土液化的试验研究较少。因此开展单桩碎石桩与单桩包裹碎石桩加固饱和砂土液化的振动台试验,研究单桩包裹碎桩的抗震性能。

包裹碎石群桩模型试验分析

为了研究包裹碎石桩群桩的承载性能,开展了具有不同面积置换率的包裹碎石群桩模型试验.采用百分表和土压力盒监测包裹碎石桩复合地基的应力和位移关系、端阻力以及桩侧应力分布等,并根据试验中包裹碎石桩承载特性推导其承载力计算公式.试验结果表明,包裹碎石桩能明显提高软弱土的承载力,在承压板顶面产生相同位移时,面积置换率为14%的包裹碎石桩复合地基承受的应力相比未加固地基提高约3.5倍,且置换率较大者应力提高的倍数也较大.桩体底端与顶端应力之比随承压板顶面位移的增大而减小,直至承压板顶面产生的位移大于7%,应力比基本稳定在17%左右.包裹碎石桩侧向应力影响深度较碎石桩大,其分布与面积置换率有关.

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。

碎石桩与包裹碎石桩复合地基现场静载试验对比研究

针对包裹碎石桩与传统碎石桩复合地基承载性能缺乏实际工程数据支持的问题,开展了碎石桩与包裹碎石桩复合地基现场静载试验对比研究。采用土压力计、位移传感器及静载测试读数仪分别对桩体轴力、顶端位移及承载力进行监测,由此得到桩体的轴应力传递规律图和荷载~沉降曲线图。结果表明:(1)土工布袋的约束作用能减小碎石桩鼓胀变形,从而增大复合地基的承载力;(2)采用土工布包裹碎石桩能有效提升桩身轴应力的传递效果;(3)包裹碎石桩复合地基在各加载阶段的桩身轴应力传递系数随荷载增加呈U型变化,在加载值较小的阶段其传递系数已经达到较高值。该试验为粉质黏土地区的包裹碎石桩加固地基的理论分析和数值模拟研究提供了可靠的现场实测数据。

包裹碎石群桩动应力响应振动台模型试验研究

开展了包裹碎石群桩复合地基振动台模型试验,分析了包裹碎石桩轴向动应力及桩土之间水平剪切应力的响应特性。结果表明:地震波作用下,包裹碎石桩轴向动应力沿桩身向下迅速衰减。在地震作用过程中,包裹碎石桩上部承受的水平应力较大。某一地震作用下,取包裹碎石桩桩顶水平应力时程曲线的最大值,发现该值随输入地震加速度波峰值(0.1g~0.4g)的增大先增大,之后随输入加速度波峰值(0.6g、0.9g)的增大而减小,这表明桩顶的剪切强度降低了。

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。

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。