砂土地基中桩顶竖向-水平加载路径下柔性单桩水平承载力分析

砂土地基中桩顶竖向-水平加载路径下单桩水平承载理论研究较少,且鲜有考虑预先施加的竖向荷载对土抗力p与桩身水平位移y曲线的影响。鉴于此,考虑桩顶预先施加的竖向力对桩周土体产生挤密作用,从而对双曲线型p-y曲线的极限土抗力进行修正。采用余弦函数表征被动侧径向土压力分布,构建了被动侧最大径向土压力与总土抗力的关系式,推导了被动侧的侧阻抗力矩解析表达式。考虑被动侧摩阻力与竖直方向存在夹角β对由摩阻力引起的桩身轴力变化量进行修正,给出了修正计算公式。建立了同时考虑修正的p-y曲线、桩身自重和被动侧摩阻力引起的轴力变化量、二阶效应（即P-Δ效应）以及侧阻抗力矩的桩身挠曲微分方程,通过MATLAB编程求得其数值解。将计算结果与已有模拟和试验结果进行比较,验证了该方法的正确性。在此基础上,探讨了预先施加的竖向力大小对单桩水平承载性能的影响。计算结果表明：推导的桩身轴力变化量计算公式能更准确地表征被动侧摩阻力对桩身轴力的影响,且可用于大变形条件;预先施加的竖向力可以增大柔性单桩的水平承载力,随着预先施加的竖向力的增大,增强效果逐渐减弱。     

砂土中单桩抗拔极限承载力的计算

桩侧极限摩阻力是砂土中单桩抗拔极限承载力的主要组成部分,作为计算桩侧极限摩阻力的关键参数--土侧压力系数K的取值合理与否直接影响到单桩抗拔极限承载力计算的准确度。首先,基于密砂和松砂中的桩在上拔破坏时桩侧土压力分别呈被动和主动状态,同时考虑桩侧摩阻力和桩身表面粗糙度的影响,分别推导了不同相对密实度砂土中的土侧压力系数。然后,利用所得到的土侧压力系数并考虑桩侧单位摩阻力发挥的临界深度,按沿桩-土界面发生圆柱状剪切破坏模式建立了砂土中单桩抗拔极限承载力的计算方法。最后,利用该方法对已有的抗拔桩试验结果进行分析和比较,结果表明计算值与实测值吻合较好。     

砂土地层中桩基受力特征试验分析

我国长江中下游沿岸地基中分布有较厚的砂土层,砂土层是桩基的良好持力层。该地区砂性土埋藏浅,厚度大,往往夹杂粉土或粉质黏土,一般随深度增大,砂土变密实。已有研究成果中,针对桩身穿过多层砂土条件下桩基承载力的研究较少。砂土地基中打入桩试验结果表明,砂性土的状态对打入式预制桩的施工产生很大的影响,在松散或稍密的砂性土中沉桩一般比较容易,而在中密或密实的砂性土中则较为困难。本文通过某电厂工程灌注桩现场静载试验,研究了砂土地基中桩身沉降随荷载变化规律,分析了桩身轴力随地层深度变化特征及不同土层的桩侧摩阻力。设计钻孔灌注桩桩径为800mm,桩长为47.2m,桩身混凝土强度等级为C35,桩身穿过9层土层,由现场3根桩静载试桩结果可知,荷载与沉降关系呈非线性,Q-s曲线分为弹性阶段、弹塑性阶段和整体破坏3个阶段, 15m深度以下的粉细砂层侧摩阻力对桩身轴力影响较大, 15m以上粉质黏土和淤泥质土对桩轴力影响较小。根据Q-s曲线确定单桩极限载荷约为4800～5400kN,平均值为5201kN,可满足设计要求,地基中下部砂土层承载力较大,砂土侧摩阻力大于黏性土的侧摩阻力,最大可达到70kPa。所得结论可为该类地基进一步的理论研究及工程设计提供有益的参考。     

砂土中抗拔桩与抗压桩模型试验研究

为研究单桩在抗拔与抗压条件下承载能力、桩身轴力以及侧摩阻力分布规律的不同,进行了砂土中长径比大于40的抗拔桩与抗压桩室内模型试验,通过桩身内设置电阻应变片,测得各级荷载下桩身不同深度的应变。分析表明,抗拔桩不论是位移还是位移增长速率,都远远超过抗压桩。因此,抗拔桩设计时应综合考虑桩顶上拔量来确定抗拔承载力。抗拔桩与抗压桩的桩身轴力分布具有相似的特性,试验所得抗拔总侧摩阻力折减系数?=0.56。抗拔桩与抗压桩侧摩阻力都是从上部开始发挥并向下传递,随着荷载的增加,上部侧摩阻力变化很小,桩身中下部侧摩阻力迅速增长。抗拔桩桩端部侧摩阻力表现出弱化效应,抗压桩则表现出强化效应。     

基于支持向量机的缩径桩承载力可靠度分析

针对常用的一次可靠度方法（FORM）计算基桩承载力可靠度指标的精度不高,将支持向量机（SVM）与FORM相结合计算缺陷桩承载力可靠度指标.以缩径缺陷桩为例,开展了1根完整桩及5根缩径桩的竖向加载试验.采用随机加权法对缺陷桩承载力折减系数的均值进行估计.算例表明缩径处被土体填充,致使此处桩的侧摩阻力转化为土体界面摩擦力,削弱了桩的承载能力.缩径长度越大,缩径处被土体填充的面积就越大,桩承载力折减系数和可靠度指标越小.缩径位置距离桩顶越近,缩径限制侧摩阻力发挥的程度越大.桩端阻力弥补了部分损失的侧摩阻力,使得缩径位于桩身浅部和中部时,桩承载力折减系数及可靠度指标大致相同;位于深部时,承载力损失最小,可靠度指标最大.     

红黏土地层静压闭口管桩残余应力模型试验分析

在典型的上硬、下软红黏土地层中静压管桩滞留的残余应力对基桩承载特性有较大影响。通过自行设计模型试验设备进行红黏土地层单、群桩静压闭口管桩室内试验,分析3种桩径下静压单、群桩残余应力的变化规律及时间效应。结果表明,静压管桩桩身残余应力沿桩身从上到下先增大后变小,呈折线型分布;对于典型的红黏土上硬、下软地层,桩端持力层位于硬塑层和可塑层时,桩身和桩端残余应力均较小;当管桩压入到基岩持力层后桩端受约束增强,桩身和桩端残余应力明显增大;静压单桩完成后静置初期桩身残余应力时间效应比较明显,减小幅度较大,复压后而后随着休止时间的延长,桩身残余应力呈指数型衰减至一较低稳定值;静载试验时忽略残余应力就将认为整个桩身所受压力偏小,偏大计算中性面以上侧摩阻力7.97%,偏小计算中性面以下侧摩阻力8.33%和桩端阻力2.29%。     

基于光纤光栅传感技术的静压沉桩贯入特性及影响因素研究

针对黏性土中静压沉桩贯入特性方面的研究相对较少的状况,基于光纤光栅(fiber bragg grating,简称FBG)传感技术,考虑开口、闭口不同桩端形式和不同桩径,研究了静压沉桩过程中沉桩阻力、桩身轴力以及桩身单位侧摩阻力的变化规律。通过静压沉桩模型试验,分析了桩端形式、桩径、沉桩深度等因素对沉桩阻力、桩身轴力及桩身单位侧摩阻力的影响规律。研究结果表明:FBG传感技术对黏性土中静压沉桩阻力的测试性能优越,能够准确体现静压管桩的贯入特性。沉桩结束时开口和闭口试桩的桩端阻力分别约占沉桩阻力的66.7%、59.5%。沉桩过程不可忽略开口土塞效应和桩径对沉桩阻力的影响。桩身轴力的分布形式不会因桩端形式而发生改变。桩径140 mm试桩的桩身轴力传递性能优于桩径100 mm试桩,两试桩桩身轴力递减率分别为40.8%、34.2%。开口试桩内管和外管桩身单位侧摩阻力最大值分别为1.67、4.83 kPa,均小于闭口试桩。贯入深度为90 cm时桩身单位侧摩阻力最大值随着桩径增加而增大,同一深度桩径越大桩身单位侧摩阻力"侧阻退化"越明显。入土深度为30 cm时两不同桩径桩身单位侧摩阻力减幅相差0.93 kPa。确定静压贯入沉桩阻力时考虑基于黏性土的侧阻退化后实际值更为合理。     

砂土地基中受水流影响的竖向力-水平力联合受荷桩承载特性模型试验研究

海上风机大直径单桩基础除承受竖向荷载V与水平荷载H外,同时还受水流冲刷、扰动。基于Swipe加载法,在室内水槽模型中设计完成了砂土中的V-H联合受荷桩测试,获得了静、动水流状态及不同竖向力大小条件下的荷载-位移曲线及桩身弯矩分布;经无量纲化处理与拟合,得到了考虑水流影响的V-H联合受荷桩承载力包络线及其简化计算公式。结果表明:水流冲刷降低了总的桩侧摩阻力,导致竖向荷载-位移曲线初始刚度降低;桩身水平位移和弯矩在仅受水流作用时较小,但同时受水流、水平荷载作用相比于单一水平受力时则明显增大;增加桩顶竖向荷载在水平位移较小时有助于提高桩身水平承载力,但随水平位移增大且竖向荷载接近竖向极限承载力V_u时,可能会因重力二阶(P-Δ)效应而削弱桩身水平承载力;桩身最大弯矩位置不会随水流状态与竖向荷载大小的改变而明显变化,基本保持在泥面以下2～3倍桩径处。     

双层高岭黏土中沉桩特性模型试验

为了揭示黏土中静压沉桩的宏观力学特性,采用西澳大学的梁式离心机压桩系统,通过在双层高岭黏土中进行一系列1g重力场情况下的T-bar触探测试试验、静压沉桩试验、桩拉伸试验和压缩试验,对比分析了T-bar分别在均质软质黏土和双层黏土中随贯入深度变化测得的不排水剪切强度的特性;研究了桩体在贯入过程中沉桩阻力、桩端阻力以及桩侧摩阻力的发展规律;并对桩身径向总应力在沉桩过程中的变化规律进行了探讨;此外,还揭示了不同桩型沉桩终压力与桩承载力之间的关系。结果表明：在黏土中沉桩时,桩侧摩阻力在整个沉桩阻力中发挥主要的作用;对于同一土层而言,当桩超过土层分界面以下2D（D为桩径）范围后,桩端阻力并不受相邻土层性质的影响;随着压桩后时间的推移,桩侧摩阻力对承载力的时效影响较桩端阻力大。     

砂土中不同管桩桩型承载性能的对比试验研究

通过室内模型试验研究砂土地层中不同成桩工艺管桩基础的竖向承载性能,对比分析随钻跟管桩与传统锤击法管桩、中掘法管桩在受力行为与荷载传递机理上的差异,并探讨管桩填芯对随钻跟管桩承载性能的影响。试验结果表明,在砂土地层中,随钻跟管桩的单桩极限承载力较中掘法管桩提高19%以上,由于文中模型试验锤击法管桩的挤土效应较小,故其承载力最低;桩侧注浆提高侧摩阻力的效果要好于挤土效应,中掘法管桩存在的桩端水泥土扩大头对侧摩阻力的发挥有增强作用;相同桩侧注浆条件下桩芯填芯有助于提高随钻跟管桩的极限承载力和侧摩阻力;3种管桩桩型均为端承摩擦桩,极限状态下中掘法管桩和随钻跟管桩的端阻力比约为29%,随钻跟管桩的端阻力比与现场足尺桩（桩径为1 m,桩长15 m）的高应变动力测试结果较为接近。     

基于改进滤失试验的重金属污染膨润土渗透特性试验研究

通过改进滤失试验研究典型钠化改性钙基和天然钠基膨润土在重金属铅-镉以及铬作用下渗透系数的变化规律。研究发现,膨润土试样渗透系数在重金属铅-镉浓度小于6mmol/L时增幅较小,为2~3倍;当浓度超过10mmol/L时呈急剧增大的趋势。铬酸钾溶液作用下,钠化改性钙基膨润土的渗透系数低于未污染试样;天然钠基膨润土的渗透系数则增大2~8倍。两者差异归因于土-液相互作用下铬在不同pH-Eh环境中化学形态的不同。研究中钠化改性钙基膨润土浆液中铬以阴离子络合的六价铬形态存在,使得膨润土颗粒表面负电荷密度趋于增加,因而保持和促进膨润土的分散状态。天然钠基膨润土浆液中铬则出现以阳离子形态存在的三价铬,显著挤压膨润土颗粒双电层,导致膨润土颗粒团聚。综合国内外研究总结无机盐溶液作用下膨润土化学相容性随污染程度变化规律,发现渗透系数比与离子强度关系存在一临界值,当离子强度达到该临界值则渗透系数将呈数量级增大。     

玄武岩纤维复合材料土层锚杆抗拔性能现场试验研究

玄武岩纤维复合材料(BFRP)锚杆与传统钢锚杆相比具有比强度高、耐腐蚀性强、与围岩协调变形性好等优点,是一种新型高性能纤维锚杆,在边坡加固领域的应用才刚刚起步。通过BFRP锚杆加固黄土边坡的现场拉拔试验,较系统地研究了BFRP锚固体系在不同锚杆直径、锚固长度下的工作性能,并通过现场开挖式剖析,分析了BFRP锚固体系的破坏模式。试验结果表明,破坏模式受控于锚固系统诸界面的相对强度,φ12mm和φ16mm锚杆体系为锚杆与灌浆体界面(第1界面)剪切破坏,φ25 mm锚杆体系为灌浆体与土层界面(第2界面)滑移破坏;一定锚固条件下,增大锚杆直径可显著提高锚固体系的极限抗拔力;随着锚固长度的增加,极限抗拔力并非始终线性增大,而是增幅逐渐减弱,存在临界锚固长度;第1界面和第2界面平均黏结强度均随锚固长度的增大而减小,并给出了诸界面平均黏结强度的建议值,可供实际工程设计使用;杆体轴力沿锚固深度逐渐衰减,分布形态与受拉荷载大小、锚杆直径和锚固长度等有关;锚杆界面摩阻力分布服从随锚固深度先增大后减小的单峰形态,峰值多出现在锚固前端0.5 m范围内,同样受锚固长度和直径影响。建议今后进一步改善BFRP材料的抗剪性能以及BFRP锚杆表面形态设计和制作工艺。     

基于广义Hoek-Brown强度准则的岩质边坡稳定性分析

为了对带有垂直裂隙的岩质边坡进行稳定性分析,基于极限分析上限法,引入广义Hoek-brown准则对最危险滑移面上的旋转破坏机制和稳定性进行分析,利用拟静力法等手段计算地震力、水压力和均布荷载等不同条件下岩质边坡稳定性的变化,并将外荷载与在滑动面上耗散的能量的比值作为稳定系数,推导出了带有垂直裂隙的岩质边坡的稳定性分析上限解。案例的计算结果表明:基于广义Hoek-Brown强度准则的上限法计算出的结果较极限分析上限法保守,安全系数差距在10%左右;本方法对于有多条裂隙影响的边坡可以分别分析不同裂隙的前部所形成的潜在滑坡体的稳定性并进行对比以选取最危险的滑动块体进行分析。     

波浪荷载下饱和粉土不排水动力特性试验研究

确保海床场地的动力稳定性是近海工程安全运行的前提。目前针对复杂应力路径对海域环境饱和粉土动力学行为特性的影响研究尚属少见。利用GDS空心圆柱扭剪仪,开展了轴向-扭转耦合循环加载的重塑饱和粉土不排水试验,模拟波浪的波幅大小和海床深度变化,以广义剪应变γg=5%为液化标准,研究了均等固结条件下循环应力路径(循环应力比CSR和循环加载幅值比δ)对饱和粉土不排水动力特性的影响。结果表明:CSR与δ值的大小对饱和粉土的超静孔压与变形发展特性影响显著,圆形应力路径(δ=1)循环加载时饱和粉土最易液化;当CSR≤0.050时,饱和粉土不会发生液化;当CSR≥0.065且δ=1时,饱和粉土会发生液化;CSR> 0.150时,粉土易发生液化。γg与孔压比ru的相关性受CSR与δ值大小的影响较小,且γg可表示以r_u为变量的正切函数。以等效循环应力比ESR作为表征复杂应力路径下动应力大小的指标,饱和粉土达到γg=5%所需的液化振次NL与施加的ESR值具有事实上的唯一性关系,ESR随NL的增大而减小。     

丽江市黑龙潭地区水文地质条件分析

以丽江市玉龙县境内的黑龙潭地区为主要研究对象,总结了已有的水文地质资料,分析了九子海-黑龙潭地区的岩性、构造等特征。通过对研究区内及周边泉的调查研究,认为北衙组中段、上段的灰岩、白云质灰岩是研究区的主要含水层,地形切割上述含水层使得地下水出露成泉。对水样进行了水化学聚类分析和氢氧同位素分析,发现含水层主要接受大气降水的渗透补给。按照水力联系对泉点进行了划分。根据研究区内及周边地区的泉点分布分析了地下空间的特点和地下水的联系。研究结果对泉群的利用、保护具有参考价值。     

老挝万象盆地萨塔尼钾盐矿的构造变形与深部矿预测

老挝万象盆地蕴藏有丰富钾盐矿,钾盐成矿后受到了后期构造运动的强烈改造。后期构造运动对万象盆地的钾盐矿产生了怎样的改变?一直缺乏深入研究。本次研究表明,在挤压走滑背景下,后期的构造运动对钾盐进行改造,并使得钾盐矿体发生了塑性柔流和脆性滑移。万象盆地萨塔尼钾盐矿区的三维地震勘探结果表明,无论水平切片还是垂直剖面上,都清晰地显示了构造运动对钾盐矿和地层的后期改造。钻探岩心也显示与构造运动有关的柔流变形。通过钻孔测井资料对三维地震勘探进行标定,可以准确外推钾盐矿体的横向变化并预测定位钾盐矿的空间位置。最终在老挝万象盆地萨塔尼一个很小的矿区详勘发现了一个超大型钾盐矿床,因此三维地震在万象盆地钾盐矿后期改造和勘探方面发挥显著作用。     

倾倒变形岸坡在蓄水作用下变形破坏研究

以澜沧江上游苗尾水电站某倾倒变形岸坡为例,对研究区工程地质概况、库区岸坡结构特征以及水库蓄水影响特征进行详细分析,发现库区边坡的稳定性在水库蓄水和运营过程中受到水位变化的影响较大。借助UDEC离散元软件对该倾倒变形体进行数值模拟分析,认为在水库蓄水后,岩体强度明显降低,破坏模式由滑动破坏变为崩塌破坏,但边坡应力场变化不大。最后以二维极限平衡计算的边坡稳定性结果作参考,与有限元计算结果相符。     

基于ACO-SVM的岩质高边坡锚杆轴力预测

合理利用锚杆轴力监测数据对评价边坡稳定性极为重要,本文引入蚁群算法构建支持向量机锚杆轴力预测模型,结合连云港某边坡锚杆轴力实测数据对该模型的可靠性及工程应用的可行性加以验证。研究表明,ACO-SVM预测模型在充分考虑温度、时间等影响因素的同时能快速求解;输出的锚杆轴力预测值与实测值误差控制在8%以内,具有很好的可靠性;相较于位移监测预警滞后的特点,ACO-SVM轴力预测模型可及时探明边坡欠稳定体的发展趋势,对此类人工锚固岩质高边坡稳定性的分析具有一定的工程应用价值。     

地震作用下滑坡动力响应及稳定性模拟分析

我国中西部是斜坡失稳破坏高密度存在区域,其中滑坡是一种常见的破坏方式,滑坡会给工程建设和人民生活造成巨大的损失,在地震作用下滑坡发生的几率明显增加。以白龙江郭家滑坡为例,在分析工程地质条件的基础上,利用FLAC3D数值分析软件建立数值计算模型,利用模型分析滑坡地震作用下的动力响应,进而分析地震动力作用下滑坡的稳定性,并与基于极限平衡法的静力分析结果进行对比分析,为滑坡的地震灾害预测提供依据,也为今后地震作用下滑坡的稳定性动力分析计算提供借鉴。     

大洋与大陆板内典型EM1型玄武岩的成因联系和区别

前人基于大洋玄武岩的放射成因同位素组成定义了DMM、HIMU、EM1和EM2等地幔端元组分。然而,自"EM1"这一概念被提出以来,有关其成因的激烈争论持续不断,EM1因此被认为是最"神秘莫测"的地幔组分。对比研究大洋和大陆板内的EM1型玄武岩可为探讨EM1组分的属性和成因提供新的制约。本文总结了笔者最近针对典型EM1型玄武岩的研究进展,比较了南太平洋EM1型洋岛玄武岩(Pitcairn)和中国东北EM1型钾质玄武岩的元素和Mg-Sr-Nd-Pb-Hf同位素地球化学特征,阐述了这两类EM1型玄武岩在成因上的联系和区别。