基于修正剑桥模型的挤密桩挤土效应分析

将挤密桩挤土过程视作沿桩长不变的一系列点位形成的球形孔扩张过程,把扩张过程中的桩周土体分为3个区域：流动破坏区、塑性变形区、弹性变形区。应用圆孔扩张理论,结合修正剑桥模型推导出了球孔扩张引起的土体应力、位移分布解析解。结果表明,挤密桩塑性区半径为桩半径的2.92倍,与试验结果基本吻合,验证了该分析方法的可行性。其结果可为挤密桩挤土效应的研究提供一种新的思路。     

饱和土中劈裂灌浆压力研究

在塑性力学和大变形理论的基础上,分析土体在劈裂灌浆初始阶段的力学机理。将劈裂灌浆的初始阶段视为无限土体中的圆孔扩张问题,并将圆孔周围土体中的应力分布分为两个区域。在弹性区中土体服从小变形假设,在塑性区中服从大变形假设。利用水力压裂理论和圆孔扩张理论,假设孔隙水压力大于或等于初始应力与扩张应力增量之和时,土体将出现拉应力,若拉应力超过土的抗拉强度,土体将产生开裂,此时的灌浆压力就为初始劈裂灌浆压力。当土体在灌浆压力作用下,大小主应力正好换位时,则出现劈裂时的灌浆压力就为二次劈裂灌浆压力值,推导出饱和土体劈裂灌浆压力的理论公式。该理论的计算结果与工程实测结果比较接近,初步证实了该理论的可靠性。     

考虑中主应力时土体劈裂灌浆力学机制的大变形分析

在塑性力学和大变形理论的基础上分析土体在劈裂灌浆初始阶段的力学机制,将劈裂灌浆的初始阶段视为无限土体中的圆孔扩张问题,并将圆孔周围土体中的应力分布分为两个区域。在弹性区中土体服从小变形假设,在塑性区中服从大变形假设。假设初始劈裂灌浆压力是圆孔扩张到极限时极限扩孔压力;当土体在灌浆压力作用下,大小主应力正好换位时,则出现劈裂时的灌浆压力就为二次劈裂灌浆压力值,推导出塑性区半径、劈裂灌浆的竖向劈裂灌浆和水平向劈裂灌浆压力的理论解答,同时也获得了弹塑性区中的应力场分布规律。该理论的计算结果与工程实测结果比较接近,初步证实了该理论的可靠性。     

混凝土芯砂石桩的单桩承载力时间效应分析

在饱和软黏土地基沉桩过程中,挤土桩桩周土体将遭受相当大的挤压应力并引起很高的超静孔隙水压力,桩周土体超静孔隙水压力的消散,使桩周土体有效应力相应地增长,单桩承载力在间歇期内也会随着时间而逐渐增加。基于挤土桩沉桩过程所产生的挤土效应,运用圆孔扩张理论和固结理论分析了新型软基处理技术-混凝土芯砂石桩的挤土性状,并与软基处理中常用的CFG桩作了比较,从单桩侧摩阻力的时间效应方面分析了混凝土芯砂石桩的优越性。     

基于二次抛物线型强度包络线的管桩挤土效应分析

假定管桩在沉桩时的挤土过程是一个圆柱形孔扩张过程。基于具有抛物线型强度包络线和圆孔扩张理论对管桩的挤土效应进行分析研究。分析了桩周土体周围土体的弹塑性力学行为,得到应力场和位移场等的表达式,并求得其塑性区半径、孔内最终压力。其结果可以为管桩工程问题提供理论依据。      

筋箍碎石桩复合地基极限承载力计算

基于弹性力学与弹塑性土力学理论,本文分析了受荷时碎石桩桩体的空间应力应变分布,在Brauns法基础上综合考虑筋材及桩侧土体围限力,桩土自重及桩土接触面剪切力对桩体承载力影响,根据极限平衡理论,推导出筋箍碎石桩极限承载力计算公式。引入现场试验与某工程实例,将本文计算与其他方法计算结果进行对比,对于普通碎石的计算结果两者较为接近,对于筋箍碎石桩,本文方法所得计算结果较实测值更为接近,这表明本文方法可为工程实践提供参考,最后在算例基础上,分别讨论了桩土接触面的剪切力、桩径、筋材强度对筋箍碎石桩极限承载力的影响。     

筋箍碎石桩复合地基极限承载力计算

基于弹性力学与弹塑性土力学理论,本文分析了受荷时碎石桩桩体的空间应力应变分布,在Brauns法基础上综合考虑筋材及桩侧土体围限力,桩土自重及桩土接触面剪切力对桩体承载力影响,根据极限平衡理论,推导出筋箍碎石桩极限承载力计算公式。引入现场试验与某工程实例,将本文计算与其他方法计算结果进行对比,对于普通碎石的计算结果两者较为接近,对于筋箍碎石桩,本文方法所得计算结果较实测值更为接近,这表明本文方法可为工程实践提供参考,最后在算例基础上,分别讨论了桩土接触面的剪切力、桩径、筋材强度对筋箍碎石桩极限承载力的影响。     

浆固碎石桩成桩注浆影响范围现场试验研究

浆固碎石桩作为一种新型桩基技术,不仅具有一般刚性桩的桩体置换作用,而且能改善桩周土的力学性质,从而可有效地提高复合地基的承载力及减小沉降变形。通过现场进行成桩前后的桩周土性质研究,验证了注浆对桩周土性质的改善作用,得出成桩时注浆影响范围及分布规律。针对黏性土中浆固碎石桩浆液挤密作用,按平面轴对称问题分析了塑性区边界条件及内部单元体的平衡条件,提出浆固碎石桩浆液影响范围的计算公式。理论公式计算结果与原位测试结果较为符合,从而验证了计算方法的合理性,这对浆固碎石桩的注浆加固具有一定的指导意义。     

压力控制的圆孔扩张数值模拟分析

受沉积历史的影响,实际工程中土体的初始应力往往呈各向异性,此时传统圆孔扩张理论的假定条件不再成立,故其适用性也受到限制。借助于FLAC有限差分数值软件,建立了以压力为圆孔扩张边界的二维圆孔扩张模型,从圆孔的变形、孔周土屈服范围、圆孔扩张产生的超静孔水压力分布等方面进行分析,获得在初始应力各向异性的条件下压力控制圆孔扩张过程土体响应规律。计算分析结果表明,初始应力各向异性时,压力控制的圆孔扩张孔口径向位移、塑性区分布、超静孔隙水压力影响范围各个方向不相等;塑性区的分布具有明显的方向性,塑性区最大半径位于孔周土体初始大主应力方向上,并且其值比在相同的扩张压力作用下各向同性初始应力条件下的塑性区半径大,因此传统的初始等应力条件下位移控制的圆孔扩张理论用于分析各向异性初始应力的工程是偏于不安全的。     

考虑弹塑性卸荷的柱孔和球孔反向扩张解

为研究卸荷对灌注桩、隧道等复杂受力岩土结构的影响,建立了考虑弹塑性卸荷的圆孔反向扩张简化解模型。该模型在应力计算中采用了叠加法的思想,在反向塑性区采用了非关联的Mohr-Coulomb准则、塑性区大应变假设和忽略塑性区弹性应变的假设。研究表明,圆孔反向扩张过程可划分为弹性阶段和两个弹塑性阶段。当孔压重新加至初始值时,不论柱孔还是球孔其半径均未能恢复到初始值,且在孔周存在一定范围的应力薄弱区。与经典原位扩张解相比,当圆孔压力增至一定值后圆孔反向扩张的屈服面发展、圆孔应力变化及孔周应力场将与之趋于一致。忽略塑性区的弹性应变假设会使简化解的土体位移偏小,极限扩张压力偏大,但对应力相关量的计算没有影响。与Tresca解相比,所提模型考虑了内摩擦角的影响,更接近于土体实际。通过数值模拟建立了圆孔反向扩张的平面应变模型,其应力分析结果与理论模型基本一致。     

不同厚度溶洞顶板与基桩作用机理室内模型试验研究

根据相似理论,设计了3组不同厚度条件下溶洞顶板破坏模式的大比例模型试验,得到了顶板和基桩的荷载-位移曲线、顶板底部的极限应变曲线和不同厚度条件下溶洞顶板的破坏特性。试验结果表明:当溶洞顶板厚度为1d,2d时,发生冲切破坏,冲切体为圆台;当溶洞顶板厚度为3d时,顶板则以弯拉破坏为主,无冲切体产生。在荷载-位移曲线中,线性阶段转变为非线性阶段的临界点约为极限承载力的一半。最后通过理论计算的方法,获得溶洞顶板最小安全厚度计算公式,分析结果与试验结果吻合较好,能满足工程计算精度要求。本文试验成果是基于工程最不利情况得出的,可供岩溶区基桩初步设计参考。     

抗拔桩极限平衡方程及其应用

将抗拔桩侧阻力分解为与桩侧正压力不相关的桩-土黏结强度 、与桩侧有效正压力成正比的摩擦力 两部分,采用摩擦定律计算摩擦力 。基于轴对称条件,假定土体为半无限弹性体,以Mindlin公式积分计算分析极限平衡状态下桩-土共同作用,依据平面应变条件下柱状孔扩张的弹性力学解建立桩-土界面位移协调方程,推导出抗拔桩极限平衡方程,给出了求解方法及计算参数确定方法。该方程能反映桩与土的材料特性、桩体尺寸、桩顶埋深、群桩效应、卸荷效应等多因素对抗拔桩极限承载力的影响。结合海上风电大直径超长抗拔钢管桩足尺试验进行验证。对比分析结果表明,该方法计算的抗拔极限承载力与实测值接近,计算精度远高于现行规范推荐方法,其结果可为工程应用及抗拔桩承载力机制研究提供参考。     

饱和土体小孔扩张问题的弹塑性解析解

将土体在圆孔扩张过程中的应力分布分为三个区域，基于修正剑桥模型，推导了圆孔扩张过程中土体在三个区域的超孔隙水压力的解析表达式，对比分析了固结比对土体中应力分布的影响。分析推导可为沉桩、旁压试验、静力触探等岩土工程问题提供理论依据。     

饱和软土中沉桩引起的孔隙水压力估算

饱和软土中挤土桩的承载力随时间的增长与沉桩引起的超孔隙水压力大小及其消散有密切关系。分析了小孔扩张理论的不足，提出用土压力理论来估算沉桩引起的超孔隙水压力。分别讨论了单桩和群桩两种情况下超孔隙水压力的计算，并与实测资料进行了对比。     

End Bearing Capacity of Drilled Shafts in Sand: A Numerical Approach

In this paper, a modeling procedure is carried out to numerically analyze the end bearing capacity of drilled shafts in sand. The Mohr–Coulomb elastic plastic constitutive law with stress dependent elastic parameters is used for all numerical analyses performed in this study. The numerical results are compared with the available experimental equations. It is seen that numerical results are in good agreement with experimental equations. The variation of the end bearing capacity of drilled shafts versus embedment depth is also studied. Numerical results show that with increase in pile embedment depth, the end bearing capacity increases. However, the rate of increase becomes smaller as the pile embedment depth increases. Also, numerical analyses show that, for equal settlement, the end bearing decreases with increase in the pile diameter. Finally, a sensitivity analysis is performed to obtain the separate effect of each sand parameter on the end bearing capacity of drilled shafts, and the parameters that are most influential are identified.     

静压桩承载力时间效应的研究进展

由于静压桩沉桩后桩周土重塑,静压桩承载力表现出随着休止期的延长而增长的特性。本文从静压桩沉桩后桩周土体内孔隙水消散固结的角度出发,对静压桩承载力时间效应的理论和试验分别进行归纳,结合孔隙水消散路径及固结模型,对桩周土体初始超静孔隙水压力大小及其分布特征进行总结,分析承载力各种测试方法的优缺点,对静压桩承载力的时效性进行深化研究,并探讨了不同地质条件、不同桩的类型对休止期内静压桩承载力的影响,进一步对基于实测数据得出的经验公式进行总结。讨论了基于不同本构关系模型的应力场及位移场解答和沉桩后孔隙水压力消散解答,在此基础上总结了桩基极限承载力理论公式;探讨了黏性土、砂土条件下,考虑超固结比、不排水抗剪强度和塑性指数比对桩基极限承载力系数A的影响,在此基础上归纳了桩基极限承载力经验公式。建议在经验公式基础上设置多重参数,以提升经验公式的精确度,并完善对不同桩、土类型的参数解答;利用BP神经网络,导入静压桩承载力相关参数,以得到针对不同地质条件、桩型、休止期的承载力最优解。     

挤密砂桩加固水下软土大型原位载荷试验研究

港珠澳大桥岛隧工程水下深厚软土采用挤密砂桩进行加固,设计了一套大型原位载荷试验系统对水下挤密砂桩 （sand compaction pile,SCP）复合地基的力学和变形特性进行研究,通过在水下设置高精度静力水准系统获得了良好的沉降观测结果。试验结果表明,水下挤密砂桩复合地基在同一置换率下的应力分担比与载荷水平以及时间效应密切相关;应力分担比比值随荷载级别的升高表现出先减小后增大的趋势,在同一荷载级别下比值随着时间逐步衰减,并最终趋于某一定值。对比分析了几种散体材料桩复合地基承载力理论的计算结果,表明按被动土压力法得到的复合地基承载力与载荷试验结果较为接近。对于高置换率的挤密砂桩复合地基,采用建筑地基处理技术规范提出的沉降折减系数计算得到的复合地基沉降与实测值最为接近,采用日本经验公式计算得到的沉降量偏大。研究结果对于水下挤密砂桩复合地基的设计计算和深水原位测试具有一定的参考意义。     

高喷插芯组合桩承载力计算及影响因素分析

高喷插芯组合桩（简称JPP桩）是一种新的组合桩型,该技术具有穿透力强、施工速度快以及经济效益好等优点。提出了承载力的一种简化计算公式,并结合工程实例验证了公式的合理性。结合静载荷试验,通过数值模拟分析了不同水泥土弹性模量、不同水泥土厚度和不同组合形式对JPP桩承载力的影响。模拟结果表明：水泥土无侧限抗压强度不宜小于1.5 MPa;水泥土厚度不宜小于100 mm,但也不宜大于芯桩的半径;固底组合可以有效提高承载力。这些分析结果对指导工程实践有一定的现实意义。     

Bearing Capacity of the New Composite Foundation with Discrete Material-Concrete Compound Piles

In order to solve the bulging deformation and fracture at the top of widely used gravel piles in treating ground consolidation, a new, optimized composite foundation form was proposed. The composite foundation was constructed using discrete materials and concrete piles. Additionally, various parameters of this new composite foundation were analyzed, including foundation forms, construction technologies, bearing mechanism and failure mode. By applying cavity expansion theory, the Vesic cavity spreading pressure of the discrete material-concrete pile is solved as a polar axis symmetric problem on the basis of Mohr–Coulomb yield criterion. Then the computing formula for the ultimate bearing capacity of the discrete materials-concrete pile is elicited when the internal friction angle of soil in the piles is φ = 0 and φ ≠ 0. Finally, the ultimate bearing capacity value of the composite foundation is acquired through analytic calculation and numerical simulation. Finally, it is found that the calculation result is 14.4% lower than that of the simulated result, which is within the acceptable accuracy range and therefore proves the accuracy of the analytic calculation method for bearing capacity of the new composite foundation.