均质黏性土中静压沉桩桩土界面孔压增量及有效土压室内试验研究

研究饱和黏性土中静压沉桩引起的桩土界面孔压增量及有效径向应力的变化规律对工程实践具有重要意义。利用自制的大比例模型试验系统,通过双壁开口和闭口管桩,实现了开口和闭口桩桩身表面嵌入式安装微型测试元件,得到了考虑孔压增量的桩土界面有效径向应力的变化规律。研究结果表明:入土深度越大,桩土界面孔压增量及有效径向应力越大,闭口桩桩土界面超孔压大于开口桩;桩身上部桩土界面超孔压和有效径向应力小于桩身下部;同一入土深度,随着桩身h/L的增加,桩土界面土压力存在侧压力“退化”的现象;特定试验条件下,闭口和开口桩桩土界面超孔压与上覆有效土体自重比值最大值分别是61.2%和52.1%,桩土界面有效径向应力是超孔压的3.76~5.46倍。桩土界面超孔压和有效径向应力与桩身h/L位置有关。

开敞系统中冻土-混凝土界面抗拉强度试验研究

在寒区桩基工程中,冻土-混凝土界面强度对于桩基础的受力状态有着重要的影响。在开敞系统条件下进行了冻土-混凝土界面区的抗拉强度正交试验,利用极差方差分析法,厘清了界面粗糙度、土样含水率、试验温度及干密度4种试验因素对界面冻结抗拉强度影响的主次顺序。分析试验结果表明,土样含水率的增大、试验温度的降低及接触面粗糙度的提升均可使界面冻结抗拉强度不断提高;存在临界土样含水率,当含水率位于临界含水率两侧时,接触面粗糙度因水分迁移所形成冰膜改变的程度不同,导致接触面粗糙度的增加对界面冻结抗拉强度增幅的影响程度具有不同的规律。

卵石层地基上开口PHC管桩的应用分析

陕西石川河Ⅰ级阶地,地表以下约15 m深存在厚度10~13 m、工程力学性质较好的卵石层,如何有效利用该层良好的承载潜力是设计面临的问题。在某项目的地基设计中,参考已有的试验研究成果及工程经验,分析开口PHC管桩在卵石层中的端阻力承载性状,通过原位静载试验验证,在相应的沉桩条件下,中短开口管桩沉入卵石层中可形成土塞效应,当桩端沉降量达到桩径的4.9%~6.9%时,卵石层的实际极限端阻力较规范值提高1.49~1.93倍,管桩的竖向抗压承载力提高27%~46%。建筑物封顶后的沉降观测结果验证管桩方案可行,避免了素土桩作业造成的环境污染,节省了造价和工期,具有良好的社会效益和经济效益。

露天矿山生态修复中的土壤重构试验

针对甘肃临洮县张家沟石灰岩矿Ⅳ矿区的地质环境破坏问题,采用喷播复绿工艺对试验矿区进行了生态恢复治理。结合在露天矿试验区和实验室同时选择6种不同配比生态土(客土+有机营养土+土壤改良材料复合肥及其他)进行了种植,分析了在不同湿度下4种草本植物和2种灌木不同混合比例的生长特征。试验结果表明:不同配比的生态土影响植物生长过程,其中在6种不同配比生态土中,生态土配比为客土(40%)+有机营养土(36%)+土壤改良材料(20%)+复合肥及其他(4%)+草籽(草本、灌木)的环境状态下的植被生长更趋于稳定;在湿度为17%~30%的环境条件下,草本植物与灌木比例为40∶1的植被生长更趋于稳定,而在湿度为30%~44%的环境条件下,草本植物与灌木比例为20∶1的植被生长更趋于稳定。研究结果揭示了在不同生态土配比下植被的生长规律特征,可为露天矿山的生态修复治理提供参考。

软土地基复合沉井基础抗拔承载特性现场试验研究

本文以软土地基中的复合沉井基础为研究对象,开展了2种不同埋深的真型基础现场抗拔承载性能试验,对比分析了试验基础的荷载—位移曲线、抗拔承载力和地基破坏模式。研究结果表明:沉井深度的增加,导致基础荷载—位移曲线由“陡降型”转变为“缓变型”,变形特征由“弹脆性”转变为“弹塑性”,抵抗大变形的能力提高;沉井深度增加1倍,其抗拔承载力及极限位移分别提高21%和1.1倍;上拔荷载作用下的复合沉井基础,其周围土体经历了“土体受拉破坏—局部剪切破坏—整体剪切破坏”的变化过程,其影响范围主要受上部承台结构尺寸及地基土性质的影响。

滨海相软土地基沉井承载性能试验研究

以连云港地区滨海相软土地基中的复合沉井基础为研究对象,分别开展了上拔、下压、水平3种荷载工况下的真型基础现场承载性能试验,对比分析了不同荷载工况下复合式沉井基础的荷载位移曲线、极限承载力及影响因素、地基破坏模式.结果表明:3种荷载工况下复合式沉井基础的荷载位移曲线整体呈“直线-曲线-直线”的缓变型特征,由于沉井侧面及基底以下原状土体固结作用的影响,水平、下压荷载工况下试验基础的弹塑性变形性状较上拔荷载工况更为明显;3种荷载工况下复合式沉井基础的极限承载力由大到小依次为下压、上拔、水平;由于下部沉井的影响,复合式沉井基础柱侧及基底处的土体压力进行了重新分配,更加符合水平荷载作用下刚性短桩的受力模式;上拔荷载作用下的复合式沉井基础,其周围土体经历了“土体受拉破坏-局部剪切破坏-整体剪切破坏”的破坏过程,破坏面形状可等效为自底板上表面起裂,以57°的上拔角一直延伸至地表面的倒锥体.

圆盘开沟器减粘降阻的试验研究

依据土壤工作部件减粘降阻的基本原理，设计了表面仿生改形和表面喷涂搪瓷材料的两种圆盘开沟器，采用正交试验，研究了圆盘偏置参数、工作参数对工作阻力的影响。分析了两种单圆盘开沟器的减粘降阻效果。

免耕播种机土壤工作部件测试装置设计与试验

随着保护性耕作技术的发展,要求配套机具的性能越来越完善,但是目前适合于东北垄作的玉米垄作免耕播种机的工作质量还无法满足免耕播种技术要求,存在机具质量过重、作业时破坏垄型、破茬率低、清茬效果不显著等不足。为了优化免耕播种机的关键部件,研制了一种免耕播种机土壤工作部件测试装置,可用来对土壤工作部件进行测试。根据测试可以确定土壤工作部件的工作阻力(大小、方向、着力点)、工作深度和机具配重等参数。通过对阿基米德螺线型破茬盘工作性能测试,得出破切开玉米根茬根上节的工作阻力为1 868.38 N,受力方向角度为67.66°,破茬深度为7.52 cm,其着力点的作用线与被测土壤工作部件的中心距离为4.59 cm,装置及配重总质量应大于175.79 kg。研究成果为优化改进适于东北地区玉米垄作免耕播种机的关键部件,以及旱地合理耕层构建土壤工作部件的优化设计提供理论参考。

基于透明土的管桩贯入特性模型试验研究

由于受土塞效应等因素影响,开口管桩和闭口管桩在贯入过程中的挤土效应存在明显的差异;然而针对该两者贯入特性的研究相对较少。基于透明土和PIV(Particle Image Velocimetry)技术,开发了相应的桩基贯入模型试验系统,用于桩基贯入过程中桩周土体变形的非插入式测量。试验选用的透明土由玻璃砂和具有相同折射率的孔隙液体制成。该试验系统主要包括:线性激光光源、CCD(Charge-Coupled Device)相机、自动沉桩加载仪和计算机控制系统等。激光射入透明土,和透明土之间的相互作用产生了独特的散斑场,通过CCD相机摄取贯入过程中各个时刻散斑场变形的图片,然后通过PIV技术对这些变形前后的图片进行处理,即可得到整个土体位移场。分别进行了开口管桩和闭口管桩的桩基贯入试验,得到了对应的土体位移场,并对桩基贯入引起的桩周土体径向位移试验结果与圆孔扩张法、应变路径法等理论计算结果进行对比分析;研究结果表明,对于闭口管桩,由于竖向位移的影响,试验值比圆孔扩张法结果小,其与应变路径法更为接近;对于开口管桩,由于沉桩过程中土塞作用,试验值比圆孔扩张法大,其影响不可忽略。

土工织物反滤系统土体结构稳定性模拟试验研究

通过土颗粒成拱结构的模拟试验和细粒土结构稳定性反滤试验,对土颗粒成拱结构的稳定情况及满足保土条件下滤层孔径的上限进行分析,对反滤系统的极限保土状态进行了研究。玻璃球和不同级配砾石在不同开孔形状、大小及开孔数量的滤层上进行的系列模拟试验以及粉土的反滤试验研究表明,由于被保护颗粒成拱作用,在相对较大孔径滤层上的土体也能保持较好的结构稳定性。研究结果可为反滤设计中使用较大孔径的土工织物滤层以减少淤堵提供参考依据。

深施肥条件下双圆盘播种开沟器性能优化

针对东北地区深施肥播种作业中播种开沟器回土性能差导致播种深度过深或烧种等问题,分析双圆盘播种开沟器回土性能。建立双圆盘开沟器与土壤运动模型,分析空间土壤颗粒位移影响因素。分析双圆盘开沟器作业后土壤回流状态,利用沟形轮廓仪绘制沟形轮廓曲线,采用分段曲线拟合方式结合数学积分法得出播种开沟器回土面积。以牵引阻力和回土面积为评价指标,土壤含水率、双圆盘开沟器直径、夹角、倾角为变量,在土槽中作正交试验。采用极差法分析试验结果,得到影响双圆盘开沟器牵引阻力和回土面积主次因素及双圆盘开沟器最优组合:在土壤含水率为12%±1%情况下,开沟器圆盘直径320 mm、圆盘夹角12°、圆盘倾角6°。选用最优参数组合双圆盘开沟器与传统双圆盘作土槽和田间对比试验,结果表明,最优参数组合双圆盘开沟器作业性能优良,可为双圆盘播种开沟器优化设计提供借鉴。

静压开口管桩沉桩过程模型试验及数值模拟

利用侧面透明的模型箱和铝管半模桩模拟开口管桩在砂土中的沉桩过程。利用高分辨率数码摄录设备观察土塞形成的3个阶段,分析土塞形成的力学机制。在模型试验基础上,通过二次开发颗粒流程序PFC2D对沉桩全过程进行离散元数值模拟。结果表明,PFC2D能够模拟开口管桩从开始刺入砂土到形成土塞并最终呈现闭口管桩性态的整个过程;通过定性研究开口管桩在沉桩过程中土塞的形成演化规律、桩土接触面、土颗粒细观组构变化以及砂土颗粒运动规律等,从细观尺度出发探讨开口管桩沉桩过程中砂土的变形机制和土塞的形成机制。

圆盘扎辊式残膜回收机碎土性能分析及试验

为解决残膜回收时板结土壤与边膜粘结导致边膜回收率低的问题,根据圆盘开沟器的结构设计了一种圆盘扎辊式残膜回收机,通过分析碎土圆盘的工作原理和受力情况,建立了圆盘碎土时的力学模型。利用ANSYS Workbench软件对圆盘碎土过程进行有限元仿真分析,仿真分析表明:碎土过程中土壤的最大应力发生在土壤与圆盘的接触处;土壤所受的最大挤压应力随着圆盘倾角增大而增大,当圆盘碎土倾角为30°时,土壤所受最大挤压应力为817.56Pa。选取机具行进速度、圆盘半径和圆盘工作倾角为主要因素,对圆盘扎辊式残膜回收机碎土率及拾膜率进行田间正交试验,试验结果表明:圆盘工作倾角对拾膜率和碎土率影响显著;机具行进速度对拾膜率影响较显著;圆盘半径对拾膜率和碎土率影响不显著。

基于不规则颗粒离散元的土石混合体三维随机模型及其数值试验

为了更加真实地模拟土石混合体的物理力学特性,提出了一种基于不规则块石球度和凹凸度的随机几何模型生成技术,并建立了相应的块石三维离散元模型。然后采用无底圆筒堆积试验对球度和凹凸度这2个块石几何模型控制参数进行了数值验证。最后建立了符合宏观统计规律的土石混合体三维离散元随机模型,对土石混合体大三轴试验进行颗粒流模拟,并与室内试验结果进行对比分析。结果表明:所提出的不规则块石几何模型随机生成方法简单实用,几何模型控制参数合理有效;通过选取合适的颗粒细观参数,建立基于随机不规则块石体的土石混合体数值模型,能很好地模拟土石混合体的物理力学性质,包括颗粒之间的细观接触特征、土石混合体的应力-应变关系特征等,为进一步研究土石混合体的变形破坏机理提供了一条有效的途径。

静压桩贯入及加载过程桩土界面受力特性研究

通过在桩身表面安装微型硅压阻式压力传感器测得桩土界面孔压增量和径向应力,研究静压桩桩土界面的受力特性。针对双壁开口和闭口模型管桩,采用桩身开孔嵌入套筒式安装方法,通过全方面监测静压沉桩、超孔压消散及加载阶段受力特性,进行了开口和闭口静压桩贯入及加载全过程的受力特性室内模型对比试验。试验结果表明:同一入土深度处,开口和闭口静压桩桩土界面总径向应力均随着h/L(h为传感器距离桩端的高度;L为桩长)的增加而越小;不同桩端形式下超孔压消散期在不同h/L位置处沉桩阶段与沉桩结束后的有效径向应力之比均在0.60.1;桩土界面总径向应力的变化值在桩端位移达到1.0 mm左右时发生突变,加载结束后,同一深度处桩土界面总径向应力变化值随着h/L的增加而减小。该研究结果对于静压桩施工和设计具有工程参考价值。

明洞填土压力计算模式不定性的现场测试研究

文章依托石门山明洞、稠下一号线明洞、大横明洞填土压力计算测试工程实例,通过考虑路堑偏压式与半路堑单压式两种结构形式,进行了现场测试与理论公式计算,获取了一定数量的双线铁路明洞隧道典型截面位置计算模式不定性随机变量ζ的样本值。采用A-D法检验随机变量ζ的分布概型,获取了ζ的统计特征,再通过统计不定性计算对其进行了修正,得到了土压力计算模式不定性ζ的统计特征。结果表明,ζ的均值为1.065,变异系数为0.127,服从正态分布。该研究结果将明洞土压力计算模式不定性的适应性由单线隧道推广到双线隧道,对基于可靠度的隧道结构设计规范修订有重要意义。

沉井基础基底接触应力分布规律分析

基底接触应力分析是研究沉井基础承载能力的基础。为确定沉井基础基底接触应力在不同荷载下的分布规律,制作5组不同宽度和埋深的基础模型进行静载试验,研究沉井基础在加载过程中基底接触应力的分布及变化规律,并基于极限平衡理论提出不同荷载阶段下基底接触应力的简化计算公式,将计算结果与试验结果及数值模拟结果进行对比。结果表明:基础边缘土体尚未屈服时,基底接触应力沿基础中心线对称呈均匀分布或抛物线形分布,基础边缘应力大于基础中心应力;基础边缘土体屈服后,基底接触应力峰值逐渐向基础中心移动,整体分布呈马鞍形;提出的基底接触应力计算方法结果与模型试验和数值模拟的结果大致相同。

明洞顶回填水泥改良黄土力学特性研究

山区高速公路建设中,明洞顶回填应用广泛。通过大量的室内土工试验和理论分析,对水泥改良黄土的物理性质、应力—应变关系、强度特性、压缩特性及影响水泥改良黄土的力学特性的主要因素进行了研究。实验结果表明:水泥改良黄土的应力—应变关系曲线存在明显的应力峰值点,水泥改良土表现出明显的脆性破坏;最大干密度随水泥掺合比的增加变化不明显;压实度、掺合比以及龄期对水泥改良黄土的粘聚力均有影响;压缩模量与掺合比成正比,压缩系数随水泥掺合比的增加而降低。

对开口型土力学理论与试验教学方法的再认识

土力学是解决土工问题的基础理论,但是其理论大多来自试验和对工程问题的高度抽象,因此其应用条件的限制较为严格,在解决实际工程问题时,土力学理论往往存在缺陷,这就是土力学理论的开口性。对开口型的土力学理论,除了课堂教学以外,一定要注重试验教学和工程案例教学。通过课程教学经验的总结,结合当前人才培养的需求,对实验室改革、探索性试验组织的方法和工程案例教学的有效途径进行了探讨。

基于桩土界面应力测试的开闭口桩静力沉桩室内试验对比研究

为了探究黏性土中静力沉桩力学机制,开展饱和黏性土中开口桩和闭口桩静力沉桩大型室内模型试验,获得开口桩和闭口桩静力沉桩引起的桩土界面超孔压和土压力的变化规律。同时,根据有效应力原理计算桩土界面有效土压力,将有效土压力与水平自重应力之比视为桩土之间的贴紧系数,建立静力沉桩过程中桩土之间贴紧程度的判定方法。研究结果表明:闭口桩桩土界面超孔压和土压力比开口桩的大,随着桩身贯入深度的增加,开口桩和闭口桩桩土界面超孔压和土压力逐渐增大,且距离桩端越近,桩土界面超孔压与土压力越大;在相同深度处,开口桩和闭口桩桩土界面土压力和有效土压力均存在"侧压力退化"的现象;入土深度越大,桩土之间的贴紧系数越大,桩土之间的贴紧程度越高。桩土之间贴紧程度的判定与沉桩引起的超孔压和土压力相关,判定结果较好地反映了饱和黏性土中静力沉桩的力学机制。