XCC桩复合地基固结特性分析

本文基于太沙基三维固结理论,通过考虑土体的压缩性和渗透性是否非线性变化,利用格林公式考虑XCC桩异形边界,推导了XCC桩复合地基的线性固结和非线性固结的控制方程,采用COMSOL软件获得固结方程的数值解,通过与现有解析解对比验证了数值解的可靠性。随后,开展了系列参数分析,结果表明:针对线性固结情况,XCC桩复合地基的固结速率随着加载级数和加载时间的增加而增加。针对非线性固结情况,在瞬时荷载作用下,XCC桩复合地基的固结速率在贯入比较大时会随着置换率的增大而加快,反之,则会随着置换率的增大先加快后减小;桩土初始模量比的增大会加快XCC桩复合地基的固结速率;而土体压缩指数与渗透指数比的增大,会减慢复合地基的固结速率;初始应力比对固结性状的影响受到土体压缩指数与渗透指数比的影响。

基于透明土的XCC桩沉桩挤土效应模型试验及其理论研究

现浇X形桩(以下简称XCC桩)是近几年提出的一种新型异形截面桩,其沉桩挤土效应不同于传统圆形截面桩。针对目前的理论模型和试验技术对于研究异形截面桩沉桩挤土效应的不适用性,提出一种新的异形截面桩沉桩模型试验技术。基于透明土变形可视化技术,分别研究了圆形桩和XCC桩沉桩挤土的位移场变化规律。通过将圆形桩透明土沉桩挤土位移场的结果跟传统的理论模型(圆孔扩张法和应变路径法)进行对比,验证了透明土沉桩模型试验技术的可靠性。随后,开展XCC桩的沉桩挤土试验。进一步地,基于模型试验结果提出一种简单的修正扩孔理论用于计算XCC桩异形桩的沉桩挤土径向位移的分布规律,并将理论计算位移与模型试验测量值进行对比验证修正扩孔理论的合理性。提出的异形桩透明土沉桩模型试验技术以及修正扩孔理论可以作为研究其他如矩形桩、Y形桩、H形桩等异形截面桩的沉桩挤土效应问题的一个基础。

XCC桩单桩荷载传递特性的离心机模型试验研究

XCC桩是根据等截面异形周边扩大原理改造而来的异形截面桩,通过改变截面形状来改变桩土荷载传递机理。为了得到真实应力状态下XCC桩-土荷载传递机理,开展了单一均质Toyoura干砂中XCC单桩与等截面面积的圆形单桩的离心机对比模型试验,得到了真实应力状态下XCC异形桩的极限承载力、轴力和侧摩阻力分布特性。结果表明,以10%桩径沉降作为承载力判别标准时,XCC单桩极限承载力较圆形单桩提高了约30%,其主要来源于桩侧摩阻力的提高; XCC桩侧摩擦力稍大于圆形桩,其总侧摩阻力至少是等截面面积圆形桩的1.65倍,侧摩阻力的提高部分来源于截面周长的增大,其余来源于XCC单桩的"异形效应"。

基于模型试验及耦合数值分析的XCC桩挤土效应研究

针对当前数值模拟方法、理论解答等对异形桩沉桩挤土效应研究的不适应性,通过室内模型试验结合FLAC-PFC耦合数值模拟方法对XCC桩与圆形桩的挤土效应进行比较分析,获取了XCC桩沉桩后桩周土体位移变化模式及XCC桩与圆形桩沉桩挤土效应的异同性。此外,基于修正的圆孔扩张理论,提出了XCC异形桩的沉桩挤土径向位移公式,并结合室内模型试验,证明了修正扩孔理论的准确性和可行性。研究结果表明:(1)XCC桩的沉桩挤土径向位移场可以分为r<1.25 D范围内的十字形扩张过渡区、1.25D≤r<2.5D范围内的方形扩张区和r≥2.5D范围内的圆形均匀扩张区;(2)XCC桩的挤土效应大于等截面圆形桩挤土效应,其径向挤土位移约为圆形桩的1.0~1.4倍;(3)XCC异形桩的沉桩挤土径向位移公式为:u_(Xr)=r_(X)(θ)[r_(X)(θ)/(kr)]^(n(θ)),r≤1.6D;u_(Xr)=u_(Xr)=1.6D(1.6D/r)^(n),r>1.6D。

基于CEL法的砂土中相邻XCC桩贯入对既有XCC单桩影响的研究

目前现浇X形桩(XCC桩)的研究主要集中于黏土地基,而对于砂土中XCC桩的相关研究却很少;此外,在研究XCC桩贯入问题时,主要分析的是沉桩挤土效应,而忽略了实际工程施工中挤土位移荷载会对邻近既有桩产生附加桩身响应这一关键问题。为此,利用耦合的欧拉-拉格朗日(CEL)大变形数值技术,建立了相邻贯入XCC桩-砂土-既有XCC桩的整体CEL有限元数值模型,并且将数值结果与室内模型试验测量数据进行比较,验证了CEL数值技术在分析相邻XCC桩-土体-既有XCC桩相互作用的可行性和有效性。然后,开展了一系列参数研究,探讨了贯入深度、相邻桩与既有桩的间距、既有桩桩头边界条件等因素对既有桩侧向响应的影响。最后,基于参数分析的结果,编制了一套可用于岩土工程师在设计初期阶段评估相邻XCC桩贯入引起的既有XCC桩最大侧向响应的设计图,以减轻桩基施工带来的相关风险。

XCC群桩限制液化侧向扩展的振动台试验研究

地震作用下,缓倾砂土地基会发生液化引发侧向扩展,对构筑物造成严重破坏,而可液化场地中的群桩可控制液化侧向变形的发展。现浇X形混凝土桩（XCC桩）较传统混凝土桩可以节省材料用量,其异形截面对于液化土体的流动变形的控制作用较圆形截面更具优势。开展了倾斜可液化地基中XCC群桩的振动台试验研究,对比了XCC群桩和圆桩群桩对液化侧向扩展变形的影响,同时考虑了群桩布置形式、XCC桩的截面朝向和截面异形效应对于处理效果的影响。结果表明：XCC桩可以较好的限制液化侧向扩展,与未处理场地相比,XCC桩处理场地的侧向位移减少约38%,流动面积减小约50%;在同等材料用量下,XCC桩处理效果优于传统圆桩,其流动面积较圆桩处理场地减少20%;梅花形群桩布置形式限制液化侧向扩展的效果明显好于正方形群桩布置形式;不同XCC桩的截面朝向的处理效果取决于其垂直于液化砂土流动方向的截面宽度,有效截面宽度越大则处理效果越好;XCC桩的截面异形效应能够提高限制液化侧向扩展效果约5%~18%左右。

X形桩桩土相互作用对截面形状的力学响应

现浇X形混凝土桩(简称XCC桩)是一种新型的异形截面桩,其桩土相互作用明显受截面形状的影响。前期已通过平衡分析法推导得到了考虑XCC桩截面形状的单桩荷载传递计算方法,但控制桩土相互作用的一个重要参数即桩土剪切作用系数对截面几何形状的力学响应尚未得到系统的研究。文中分析了桩土剪切作用系数对不同荷载形式下XCC桩3个截面控制参数(外包圆半径R、开弧间距2a、开弧角θX)的影响,并与等截面面积的圆形桩进行了对比。分析结果表明,截面参数变化时,桩土相互作用也随之变化,在截面面积、周长和桩土剪切作用的共同作用下桩身轴力随外包圆半径和开弧角度的增大而减小,随开弧间距的增大而增大,且始终小于等截面面积的圆形桩。

均质土中竖向受荷X形混凝土桩的三维弹性变分解

现浇X形混凝土桩(简称XCC桩)是一种典型的横截面异形桩,其受力特性不同于常规圆形桩,即存在所谓的"异形效应",目前仍缺乏考虑XCC桩-土相互作用更严格的理论分析方法。为研究均质土中竖向受荷XCC单桩异形效应对桩基沉降的影响,基于变分原理导出考虑土体竖向和水平位移的桩-土体系控制方程,并对复杂边界平面内的控制方程进行了保角变换,借助Matlab编写差分程序,获得桩身位移函数、土体竖向和水平位移函数的半解析解。以桩身位移函数为例对差分程序的进行了收敛性验证,将所求桩位移函数与现有理论解对比,结果吻合较好;与ABAQUS有限元结果比较,也具有合理的一致性。最后,对影响桩沉降的主要因素进行了参数分析,同时将XCC桩与等截面圆桩以及等周长圆桩对比,探讨了其异形效应对无量纲化桩体刚度的影响,而后,给出了XCC桩相对于等横截面圆桩无量纲化桩顶刚度增加百分比的拟合公式。