碎石土地基在不同含石量下桩-土水平作用特性及m值的研究

四川输电线路经过的山区场地中,碎石土地基分布普遍,而碎石土是一种介于岩石和土体之间特殊的岩土体,水平受荷碎石土桩基础在不同含石量下水平承载特性具有较大的差异,现行规范给出的地基水平抗力系数的比例系数m值取值范围较为宽泛。研究碎石土地基在不同含石量下桩-土水平作用特性与m值取值是输电线路塔桩基设计中有待解决的问题。通过室内单桩水平静载试验,得到了不同含石量的碎石土地基对桩顶位移、桩身内力、地基水平抗力系数的比例系数m值的影响,以及不同含石量下m值的变化趋势。对比分析得到试验特征规律,研究桩身弯矩、剪力曲线与桩侧土压力曲线,不同含石量条件的m值变化趋势。结果表明:随着碎石土地基含石量提高,桩身最大弯矩值呈非线性增大,且最大弯矩值约在埋深0.3 m截面位置处;碎石土含石量的提高,地基土水平抗力会有所增大,桩侧土压力零点位置也会有所提高;m值随着含石量的提高而增大。含石量每提高10%,m值约增大1.15~1.40倍,该项研究可作为地基水平抗力系数的比例系数m值取值的一个参考。     

钢管抗滑短桩受力特性物理模型试验研究

为研究钢管抗滑短桩加固滑坡体的受力特性,在中国地质调查局地质灾害防治技术中心完成了4组不同桩长的钢管抗滑短桩加固碎石土滑坡的室内物理模型试验。测试堆载施加的滑坡推力作用下桩后、前土压力和桩身应变,观察滑体前缘变形破坏形态,分析滑坡推力、桩前土体抗力和桩身弯矩的分布规律试验。结果表明,滑坡推力的分布和桩前土体抗力和桩身弯矩是“S”型分布,确定了抗滑短桩的危险截面。对比分析桩长变化钢管抗滑短桩的受力特性,初步拟定钢管短桩能发挥抗滑效果的桩长下限值,即钢管抗滑短桩位于滑体中的长度应不小于滑体厚度的2/3。     

碎石土及碎石土-基岩地基斜坡场地m值研究

四川山区输电线路常在陡峻斜坡走线,碎石土、基岩二元结构地层分布普遍。针对此类场地和地基,斜坡桩基水平抗力系数的比例系数m值取值是陡峻边坡输电线路铁塔桩基设计中亟待解决的问题。根据单桩水平静载试验获取m值,采取现场试验、室内模型试验、数值模拟3种方法进行综合分析,研究了陡峻边坡碎石土、碎石土-基岩地基基桩水平作用力参数m值的变化规律、影响因素及取值。得出以下结论：斜坡场地m值随坡度的增大呈线性减小,且碎石土地基减小幅度大于碎石土-基岩地基;对m值影响程度最重要的因素依次为场地坡度、土体密实度、桩长、桩径;提出陡峻边坡碎石土、碎石土-基岩场地考虑以上重要影响因子的m值估算公式,并给出了修正系数。     

悬臂式抗滑桩模型试验研究

作为治理滑坡的重要手段之一的抗滑桩,由于岩土体介质的特殊性,桩后滑坡推力、土体抗力及桩身变形破坏模式与理论计算存在较大差异。通过悬臂式抗滑桩加固滑坡的模型试验,对滑体进行逐级加载,测得桩后滑坡推力、桩前土体抗力和桩体的应变,研究滑坡推力分布、土体抗力的变化情况、桩身变形破坏模式。试验结果表明,对于悬臂式抗滑桩可分为分离段和接触段两部分,滑坡推力逐渐向接触段集中;桩前土体抗力主要在桩前25 cm以上,随着深度增加,抗力逐渐减小;悬臂式抗滑桩为折断破坏形式,破坏点的位置在滑面以下25 cm处。模型破坏主要是由于桩前土体发生屈服,从而使桩顶部位移过大,致使桩身因折断破坏而失效,最终滑坡模型失稳。其结果可为实际工程提供借鉴。     

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。     

成层土中倾斜荷载作用下桩承载力有限元分析

利用有限元方法对现场单桩水平载荷试验进行模拟,在此基础上,分析了成层土中桩在倾斜荷载作用下其竖向分量的有利作用和横向土抗力分布特点。计算结果表明,在地面下一定范围内,倾斜荷载作用下的桩侧摩阻力比水平荷载作用下的桩侧摩阻力大。在土层分界处土抗力分布有明显的跳跃。达到一定深度后,横向土抗力主要是静止土压力,而由荷载引起的横向土抗力很小。承台能有效减小土体及桩的水平位移。模拟的灌注桩和钢管桩桩顶在地面以上的自由长度较小,竖向分量由于桩身挠曲变形而产生的P-Δ效应较小,所以就算例中的灌注桩和钢管桩而言,荷载倾斜度不大时,荷载竖向分量提高了桩的侧阻并由此增大桩侧土竖向应力,对桩水平承载力总体上起到了有利的作用。     

碎石土土体性状对桩基水平承载能力的影响

桩基作为一种广泛使用的基础形式,其在如地震荷载、风荷载下的水平承载力确定十分重要。桩基水平承载能力主要由桩身及土体性质控制,而土体性质中密实度和含石量是影响碎石土场地上桩基水平承载能力的主要因素。为明确碎石土场地土性对桩基水平承载能力的影响,在室内开展5组不同土体密实度和含石量下的水平场地单桩水平静载试验,以此模型试验数据计算所得的临界荷载、极限荷载、水平扩散角、计算宽度和水平抗力系数的比例系数m值等为指标评价土体密实度和含石量对桩基水平承载能力的影响。试验结果表明增大密实度和含石量对各指标均有提升效果,但相比之下,密实度对各项指标的提升效果均明显优于含石量。综合考量下,碎石土密实度和含石量的增大均对桩基水平承载力有提升作用,但土体密实度的提升作用更明显。故对水平承载力要求较高的碎石土上桩基工程的选址中,应优先选择密实度较大的场地。     

碎石土斜坡水平受荷桩承载特性研究

斜坡上的桩基础的承载性能是复杂多变的。对于四川西部山地地形较广泛,且地基覆盖层多为特有的碎石土地层来说,水平受荷桩的相关研究还较少。为了研究碎石土地基斜坡上单桩基础的水平承载特性及桩土间的相互作用,通过现场水平静载荷试验在坡度为0°、15°、30°、45°的条件下,探讨桩身变形、桩身弯矩、土压力的变化。运用FLAC3D有限元分析软件得出水平荷载作用下,碎石土斜坡不同坡度的桩基础与桩周土之间的应力云图、位移云图的变化特点。将数值模拟结果与现场试验结果进行了对比,提出了单桩水平临界荷载和极限荷载在不同坡度区间内取值时的折减系数,为实际工程提供一定的参考。     

大位移条件下水平受荷单桩的简明弹塑性计算方法

软土地层中当桩顶水平荷载较大时,采用传统m法计算容易低估桩身弯矩与挠曲变形,有必要针对该问题提出相关计算方法。将地基土体简化为理想弹塑性体,假定桩身某一深度处存在土体的弹塑性变形临界点,临界点以上的土体进入塑性变形状态,而临界点以下的土体仍处于弹性变形状态,分段建立桩身挠曲微分控制方程,得到水平受荷单桩简明弹塑性计算方法。现场单桩实测和参数敏感性分析结果表明：采用简明弹塑性计算方法得到的桩身最大弯矩较传统m法计算精度提高38.1%;桩身最大水平位移计算精度提高22.3%;桩顶边界条件对桩身水平位移与弯矩沿桩身的分布规律影响显著;桩身最大弯矩和水平位移对土体的极限抗力系数及其形状参数较敏感,设计中宜按下限值选取。     

整体桥高性能混凝土桩−土相互作用试验研究

高性能混凝土（高性能复合水泥基材料engineered cementitious composite,简称ECC与超高性能混凝土ultra-high performance concrete pile,简称UHPC）桩基具有良好的抗开裂性能和较高的承载能力,能较好地满足整体桥纵桥向变形。开展了砂土中高性能混凝土桩低周往复拟静力试验,得到了桩基的破坏特点、抗开裂能力以及极限承载力,分析了其桩身变形、桩侧土抗力以及桩身应变等分布规律,并与钢筋混凝土（RC）桩进行了比较。在此基础上,讨论了几种常用规范的适用性。试验结果表明,ECC、UHPC材料能有效减轻桩基的破坏程度、提高桩基的抗开裂能力以及水平承载力;相比RC桩基,高性能混凝土桩基的破坏位置更深,桩基的有效桩长更大,抗震性能更好;其中,ECC桩基的抗开裂能力最强,开裂荷载可达5.8 kN,开裂位移可达15 mm。试验结果还表明,高性能混凝土桩基的变形沿埋深方向不断的减小,埋深1.5 m以下位置基本为0;桩侧土抗力先增大后减小,桩底土抗力和变形量为0;桩身应变分布较为对称,且呈“橄榄”形,在埋深4D～6D（D为桩径）区间内桩身应变较大。分析计算表明,当桩顶位移在10 mm以内时,“m”法与API新规范法均能较好地计算高性能混凝土桩的桩身变形;当位移超过10 mm后,“m”法与实际数值相差较大。“m”法与API新规范法均不能较好地计算桩身弯矩,适用性不高;桩侧土抗力建议采用API新规范法。     

地基土强度对桩土水平作用特性及m值影响的模型试验研究

地基土强度是影响桩土水平作用的主要因素之一。文章设计并进行物理模型试验,通过改变石膏含量控制地基土强度,模拟碎石土地基上的单桩水平载荷试验,研究地基土强度对桩顶位移、单桩承载力、桩身内力、桩前土抗力、地基抗力系数的比例系数m值的影响。试验研究表明:1石膏能显著提高土体黏聚力,但对土体内摩擦角影响不大;2地基土强度增大将显著提高单桩水平承载力与m值;3土体黏聚力与桩基设计参数m值成线性关系。     

竖向荷载下GRF承载机制数值模拟研究

岩土加固基础（geo-reinforcement foundation,简称GRF）是一种新型岩土增强型桩基础,其承载机制目前尚未明确。通过建立GRF的三维非线性模型,并考虑地基中的桩-土接触、锚杆-土接触效应,利用岩土专业计算软件FLAC3D,分析研究了GRF桩土变形以及土体屈服特性、桩身轴力变化规律、侧阻力和端阻力的变化规律。数值计算结果表明：GRF更能调动桩周土体来承载,其侧阻力、端阻力、极限承载力均大于等直径桩;由于锚杆作用,GRF的桩身轴力在锚杆附近出现“台阶式”突降;锚杆作用的发挥与桩顶位移密切相关,只有在桩顶产生一定位移条件下,锚杆才能发挥其承载作用,且土体在锚杆上部形成松弛区,在锚杆下部形成压密区;锚杆随桩体向下移动,与桩体相互作用,锚杆下部及锚杆附近桩体内会产生拉应力。研究结果为GRF在工程中推广应用奠定了一定的理论基础,对设计GRF有一定的参考价值。     

水平荷载下纵截面异形桩承载特性试验

针对纵截面异形桩（扩底桩和楔形桩）、等混凝土用量常规等直径桩的水平向承载特性进行对比模型试验研究,测得不同水平荷载等级下扩底桩和楔形桩的内力、变形、极限承载力和桩侧土压力分布等变化规律特性;初步探讨3种桩型的水平极限承载特性和桩侧土压力分布规律。考虑纵向截面异形效应,基于水平土抗力与水平位移（p-y）曲线法建立纵截面异形桩水平向承载特性理论计算方法,进一步分析弯矩分布规律,并开展影响因素分析。研究结果表明,在当前试验条件下,等混凝土用量楔形桩的水平向承载力比等直径桩的高,砂性土和黏性土中楔形桩水平向极限承载力约分别为等直径桩的1.25倍和1.33倍。相关研究成果可为今后类似土层下水平受荷纵截面异形桩的设计与计算提供参考依据。     

砂土液化内部应力变化规律与工程液化判别

以往对砂土液化的研究主要侧重于水平场地、自由应力场条件下有关地基液化机理与判别等问题的研究。通常将Δu=σz=ΔUmax作为地基土液化的判据，而对工程结构物和场地条件的影响考虑不足。基于当前砂土液化问题的研究现状及工程特性，提出了将液化分为理论液化和工程液化。前者主要研究地基土液化的一般规律性问题；后者则针对具体工程结构物而言。其液化标准是以地基土在遭受地震液化时是否会导致工程结构物的破坏为依据。通过对砂土在震动液化过程中内部应力变化规律的理论分析，阐明了水平应力σx或σy对斜坡场地地基土发生侧向液化的作用机理，不能将斜坡场地的地基看作半无限空间体处理，提出了液化膨胀侧扩势Ψ的概念与计算式。指出：对斜坡场地，为避免这种侧向液化流动变形破坏，采取加强可液化土体的侧向约束、缩小偏应力差是必要的。根据工程结构物的承载力极限状态和正常使用极限状态，提出工程液化的判别准则：(1)可液化土体的地基强度τ降低到工程结构物所允许的强度值[τ，]；(2)可液化土体的膨胀侧扩势Ψ增加到其侧向约束强度[τh]；(3)可液化土体地基的变形s增大到工程结构物所允许的变形值[s]。     

夯实水泥土桩桩身压缩量对承载特性的影响

针对夯实水泥土桩的施工方法,在桩身埋设特制的应变传感器,测定桩身应变。基于试验测试数据,探讨桩身压缩量的计算方法,分析桩身压缩变形的分布规律及其对桩侧摩阻力的影响,并探讨不同桩长、不同水泥掺入比情况下,夯实水泥土桩桩身压缩量及其对承载特性的影响。研究表明,（1）对夯实水泥土桩,桩身压缩主要集中在桩身上部8 d（d为桩径）范围内,且变形速率变化较大,桩身压缩在桩顶位移中占比达80%以上;（2）桩身轴向荷载传递、桩侧摩阻力分布主要发生在此范围内;（3）桩身侧摩阻力分布非常不均匀,上部发挥较为充分,而下部发挥较少;（4）在工程常用水泥掺入比下,桩长大于12 d后,桩长径比和水泥掺入比的变化对桩承载特性影响不显著。     

考虑水泥土桩增强作用的灌注桩水平承载性能现场试验研究

结合淤泥土地基中的三洋港挡潮闸工程,研究水泥土桩增强灌注桩水平承载特性的效果,在现场进行水平静载荷试验。试验时,为量测钢筋应力,在钻孔形成灌注桩时将钢筋计焊接在钢筋笼的不同高程,测得在施加水平荷载时桩身的应力分布情况,从而得到弯矩的分布;将土压力盒埋入桩侧土体中,测试在水平荷载下桩周土体的土压力分布规律。试验结果表明,打设水泥土桩能够控制灌注桩水平位移的发展,并能提高灌注桩水平承载能力;灌注桩桩身弯矩值和桩周土体的土压力的分布情况都呈现先增加后减小的变化规律,并且都主要集中在上部桩体和土体中,其最大值约为泥面以下3 m左右的位置;水泥土桩的打设能够有效地减小桩身弯矩值,并且可以减弱底部反弯矩的出现;打设有水泥土桩的灌注桩桩周土体能够提供更大的土压力。另外,灌注桩的水平承载力受上部土体的影响较大,即提高上部土体的物理力学性质可以有效增大灌注桩水平承载力。     

基于模型试验的静压群桩引起的土体变形分析

以往对沉桩挤土效应的研究主要集中于单桩或双桩,对群桩挤土效应分析较少。基于室内模型试验,分析了群桩压入软土后土体的变形情况,得到了沉桩过程中及压桩后土体侧向位移、竖向变形和土层表面隆起变化的规律。认识到单桩侧向挤土位移随着距桩边距离的增加而以近似对数规律衰减,群桩压入后土体水平侧移和地表隆起是不断累积的,存在着已压入桩的遮帘作用,而且桩施工顺序对土体位移起到了关键作用,应该在实际工程中得到重视。     

锚杆抗滑桩桩侧地层抗力分布模式的试验研究

介绍了锚杆抗滑桩系统桩侧地层抗力分布规律的室内模型试验成果,试验共分3组,其中2组在坡体后缘加载,第3组采用千斤顶直接在桩后加载,桩身上各贴有一定数量的土压力盒,用以测定作用于桩身上的地层抗力。从3组试验中得出了锚杆抗滑桩桩身的荷载分布图,分析这些荷载分布图可以看出,对于锚杆抗滑桩来说,其滑面以下桩身的地层抗力主要分布在桩前一侧,与普通悬臂式抗滑桩计算模型中采用的地层抗力主要分布在桩背一侧的模式是不同的。根据试验结果给出了锚杆抗滑桩系统桩侧地层抗力的3种分布模式,并给出了桩前滑面以下部分被动抗力值的大致范围。     

基于桩-土界面剪切特性的单桩沉降和承载问题研究

近年来,西北地区出现了许多高填方场地,为减小建筑物基础的不均匀沉降,基础类型广泛使用桩基础。与一般场地不同,黄土填方场地中的单桩桩周土受力后仍会产生较大的变形,该类场地单桩沉降机制复杂。桩顶总沉降计算是桩基设计的重要依据,为此,建立了高填方黄土场地单桩桩顶总沉降计算模型。基于传统的荷载传递法和剪切位移法,分别考虑桩-土界面的桩-土相互作用和桩-土界面外剪切带土体的剪切变形。依据桩端边界,将单桩类型分为摩擦桩和端承摩擦桩,分别建立桩周土弹性阶段和塑性阶段的桩身位移控制微分方程,结合边界条件进行求解,得到桩身位移、轴力、侧摩阻力,并通过弹塑性理论求解了桩周土剪切带土体剪切变形,进而通过叠加原理求得桩顶总沉降。用桩长与桩周土塑性发展深度的比值,定义了桩基承载力安全系数K。通过算例分析与现场试验数据对比分析,研究结果表明：使用新的模型计算得到的桩顶总沉降与现场试验结果相近;当桩顶荷载较小、桩周土处于弹性阶段时,桩端边界对桩身轴力、位移和侧摩阻力影响很小,但桩周土进入塑性滑移阶段后,桩端边界的影响开始变大,考虑桩端土的承载能力会极大提高单桩极限承载力;建立了将荷载传递法和剪切位移法综合起来的计算...     

桩板式抗滑挡墙地震响应的振动台试验研究

汶川地震路基震害调查表明,在顺层或堆积体边坡中的桩板式抗滑挡墙具有良好的抗震性能。为了更好地了解该结构的抗震性能和优化抗震设计方法,以大型振动台模型试验为手段对其进行研究。为明确地震作用下桩板式抗滑挡墙的地震响应特性,试验采用缩尺的卧龙台站实测地震波对模型激励。试验结果揭示了土压力沿桩身分布规律、桩体位移和边坡岩土体加速度的地震响应特征。研究表明,地震土压力沿桩身呈非线性分布,竖向地震荷载对水平加速度有放大效果。所以,双向加载时的地震土压力比水平单向加载时大,但二者差距在地震基本烈度VII、VIII度区域不显著。滑坡推力、滑床对桩的土体抗力和桩身位移均与输入地震动峰值加速度成正比,即随着地震动峰值加速度的增加,加速度放大比增大;滑动面材料剪切强度折减,滑坡推力、土体抗力和抗身位移均增大,且增大速率加快。此外,结合试验成果,建议了桩板式抗滑挡墙设计时地震综合影响系数Cz的合理取值,对应地震基本烈度VII、VIII、IX度区分别为0.2、0.35、0.4。试验结果有助于揭示该结构抗震机制,也为其抗震设计提供了可靠依据。