搅拌桩加固挤土效应及在地铁隧道保护中的应用

在减小地基变形进行的深层搅拌桩加固时,加固本身的挤土效应对隧道变形产生了影响。为此,模拟了搅拌桩（DCM）侧向挤土效应的4种荷载模式,结合实测资料并采用数值试验验证了侧向挤土荷载模式的合理性。进一步应用该模式,通过有限元模拟了搅拌桩的加固挤土效应,分析讨论了不同加固顺序对地面变形,隧道变形以及长期蠕变变形的影响,结论表明,搅拌桩加固对地面环境影响是不可忽略,隧道周围搅拌桩施工顺序对隧道变形影响较大,搅拌桩加固后长期蠕变效应相对加固过程的变形很小。     

静压沉桩引起邻近隧道水平位移计算方法研究

静压沉桩过程中会产生强烈的挤土效应,使得桩周土及邻近的地下电缆隧道产生扰动变形,如果变形过大,可能破坏隧道的防水结构,造成隧道渗漏水,严重影响隧道的正常使用及安全。在圆柱孔扩张理论及基床系数法的基础上,研究了饱和软土地区静压沉桩作用下周边地层及邻近既有电缆隧道应力及水平位移的理论计算方法;考虑群桩效应,推导了单排群桩施工造成邻近既有电缆隧道水平位移的理论计算方法,并研究了群桩效应影响系数的取值范围;最后,开展了实际工程的理论计算和数值模拟。研究结果表明：提出的方法可方便计算出单桩及单排群桩施工造成的邻近既有电缆隧道的水平位移,计算结果与数值模拟结果吻合性良好。研究可为有邻近桩基施工时电缆隧道的扰动预测及保护提供参考。     

基于透明土技术的开口管桩施工模拟

开口管桩因为土塞效应的存在,其施工力学机理比实心桩要复杂。传统的测量方法无法测得整个桩周土体的位移场以及土塞的具体情况。利用透明土技术,模拟不同桩径,壁厚的开口管桩的沉桩过程,得到管桩外侧土体的全部位移场,并观测到土塞高度的变化、土塞中土颗粒的位移向量场和土塞土颗粒位移中性面。通过对实验结果的分析,可以得到以下结论:不同截面尺寸的管桩施工引起的土体变形区域的横向范围与管桩内径与壁厚的比值（r/w）成反比,且每施工2倍管桩外径R深度,横向影响范围扩大67%;当外径相等时,r/w值相差150%时,土塞高度相差186%;土塞效应和桩径无关,和r/w有关;当壁厚保持一定的同时,土塞高度变化量约为管桩内外径比（R/r）的改变量的2倍;土塞达到完全闭塞状态时还会发生桩端土体的剪切破坏,从而管桩内腔涌入新土形成新的土塞。     

钻孔灌注桩施工对邻近运营隧道变形影响研究

桩基施工将引起周边地层位移和邻近隧道结构变形,以南京龙津桥改建项目桩基工程为背景,通过现场实测,分析研究钻孔灌注桩施工全过程各工况条件对地层位移场和邻近既有隧道结构变形的影响规律。结果表明:由于钢套管的护壁作用,钻孔灌注桩施工过程中产生的最大地层位移和隧道结构变形较小,说明采用“钢套管边旋压边取土”、“群桩间跳施工”等工艺,对周围土体扰动影响程度较小,建议近隧桩基工程采用全套管灌注桩的施工方法,监测分析结果可为类似工程提供技术参考。     

开口管桩压入法沉桩土塞效应机理分析

文章基于柱孔扩张理论依据沉桩过程引起大变形的机理得到了管桩挤土过程中塑性区半径解析表达式,分析了开口管桩静力压桩产生的应力场与位移场.分析了由于土塞存在导致的土塞效应对应力场与位移场的影响.     

静压预应力混凝土管桩土塞效应试验研究

对淤泥质黏土互层以及粉土两种土层条件下静压预应力混凝土管桩的土塞效应进行了试验研究。现场及室内试验结果显示,管桩径厚比越大、土层条件越为坚硬则形成的土塞相对高度越大。上硬下软的土层分布易形成闭塞现象,而上软下硬的情况则易导致土塞的滑动。沉桩过程中,管壁端阻与静力触探锥尖阻力具有极为相似的变化规律,两者比值不随土塞高度变化率及沉桩深度的变化而改变。管壁端阻与锥尖阻力的相关性与土层条件密切相关,对于淤泥质黏土和粉土而言,两者比值分别为0.59和0.81。土塞的分层与地基土层分布基本一致,且分层界面为向上凸起的曲面。土塞形成过程中挤密效应是显著的,黏聚力则因扰动的影响有不同程度的降低。直剪试验显示,土塞抗剪强度的时效性是显著的。粉土中预应力混凝土管桩有效土塞高度约为5～6倍桩径,为整个土塞高度的70%;而淤泥质黏土中有效土塞高度大于4倍桩径。试验结果与已有的研究结果较为接近     

黏土中静压管桩土塞机制研究

针对黏土中管桩土塞形成机制,利用耦合欧拉拉格朗日（CEL）法模拟钢管桩的大变形沉贯过程。在验证网格密度参数对数值计算精度影响的基础上,结合管桩内外土体速度场、应力场、土塞高度和增量充填比的变化分析了土塞演变和土塞形成机制,讨论了摩擦系数以及软硬土夹层对土塞形成的影响,并与离心机试验和理论计算数据验证。结果表明,管桩贯入过程土塞的演变可分为上涌期、过渡期和下滑期3个阶段。随着桩的贯入,桩端下轴线处形成连续的下凹塑性拱,当此处竖向应力增量达到7～8倍不排水抗剪强度时土塞初步形成。同时土塞效应随着桩-土间摩擦系数增大,桩径减小（壁厚相同）而增强;软硬夹层对土塞效应影响显著,上硬下软的土层易形成完全土塞,而上软下硬的土层,硬土挤入管桩不会形成土塞。     

砂土中开口管桩沉桩过程的颗粒流模拟研究

基于颗粒流理论,采用PFC2D程序,模拟再现不同型号开口管桩在沉桩过程中土塞的形成演化规律、土颗粒细观结构变化以及桩周土应力场分布情况,并通过分析土体细观变化模式揭示沉桩过程中宏观力学响应的内在机制。计算结果表明,管桩直径对土塞效应影响很大,外径为30 mm的开口管桩,沉桩过程中土塞增量填充率（IFR）值较小,土塞效应明显,土塞高度小,类似闭口桩;随着管桩直径的增大,土塞效应迅速减小,大直径管桩在砂土中沉桩全部闭塞的可能性很小。细观因素（孔隙率和滑动比例）与土体宏观位移表现之间存在着明显的相互对应关系,并依此将桩周土划分3个区域。桩周土体水平应力、竖向应力和剪应力都在桩底附近形成“应力核”,不同型号管桩桩周土应力场分布相近。     

现浇混凝土薄壁管桩的荷载传递机理

振动沉模现浇混凝土薄壁管桩（简称PCC桩）技术是河海大学自主开发研制的用于地基加固处理的新技术,它是一种适合于软土地区的新型高效优质桩型。通过有限元方法研究了PCC桩的荷载传递机理,考虑了桩土接触面的滑移、脱开和土的非线性。分析结果表明,荷载-沉降曲线数值模拟结果与现场试验相当接近,并揭示了内外侧摩阻力的分布、端阻力的发挥、土塞的作用等一些目前无法由现场试验得到的结果。     

钙质石灰岩中桩基轴向承载特性的有限元分析

为了研究钙质石灰岩中桩基的合理设计理论及开发相关的变形破坏数值分析方法,利用弹塑性有限元方法对以硫球石灰岩作为持力层的桩基现场轴向载荷试验进行了数值分析。有限元分析中钙质石灰岩被假定为理想弹塑性材料。结果表明,如果能在有限元解析中合理地考虑桩侧摩阻力的低减效果,弹塑性有限元计算可以较好地模拟与分析钙质砂土中桩基的轴向承载力特性。最后还对开口钢管桩基的土塞效应的发生机制进行了分析。     

基于Gudehus-Bauer模型的砂土中灌注桩护壁套管高频振动贯入速率

随着全套管护壁振动取土灌注桩施工工艺的发展,灌注桩在工程中的应用越来越广泛,但是关于灌注桩护壁套管高频振动贯入速率的研究较少。通过假定套管为刚体,将套管周围土体划分为同心轴的圆环柱体,利用Gudehus-Bauer亚塑性本构模型计算套管外侧各土体单元接触面间的剪应力和套管端部土体竖向应力,并考虑套管振动贯入过程中土塞效应,建立灌注桩套管高频振动贯入砂土中贯入速率的计算模型。将所提出的贯入速率计算结果和物理模型试验结果与有限元结果进行对比分析,验证了计算模型的合理性。通过参数分析,得到地基土体孔隙比、振动频率和套管直径对贯入速率的影响规律,为实际工程中快速、准确地预测套管振动贯入速率提供了可靠方法。     

Numerical analysis of soil plug behaviour inside open-ended piles during driving

The plugging mechanism of infinitely-long open-ended piles is examined using numerical simulation of the wave propagation inside the soil plug and pile. It is shown that the key parameters for the plugging mechanism are the pile radius, the shape of the impact load, the shear wave velocity of the soil inside the pile, and the friction at the pile–soil interface. Consequently, the tendency of the pile to plug during driving can be assessed prior to the driving process by consideration of these key parameters. Existing one-dimensional models for the shaft response of open-ended piles are discussed and an improved model is presented. The differences between using one-dimensional models and finite element models to simulate the plugging process are examined. The differences are found to vary with the key parameters. Pile-in-pile and lumped-mass one-dimensional models are found to give satisfactory performance for some parameter combinations, while for others an axisymmetric finite element model must be used. © 1998 John Wiley & Sons, Ltd.     

开口桩中土芯形成、影响因素及判别方法研究

开口桩打桩过程中桩端土体进入桩管内形成土芯,土芯在大直径钢管桩、新研发的大直径现浇混凝土薄壁筒桩的作用不容忽视,通过闭塞效应土芯会提高开口桩的承载力,减小桩的沉降量。比较分析了目前国际上两种土芯闭塞效应定义方法,研究认为,从土芯破坏机制出发定义土芯是否产生闭塞效应更为合理;并从土芯的形成出发,探讨了影响土芯形成及闭塞效应的各种因素,如桩径、桩端土的承载力、土芯与桩内壁的摩阻力等,此外还应考虑桩端土体侧向水平应力的影响。最后讨论了ICP方法中砂土及黏土中开口桩土芯闭塞效应的判别方式,认为该判别方式过于粗略,不能很好地反映土芯闭塞情况。     

软黏土中PHC管桩打入过程中土塞效应研究

当开口管桩打入土层中,土体进入桩内形成土塞,土塞效应对桩的打入特性和承载能力具有重要影响。基于上海典型软土地基中长PHC桩的现场试验,统计分析3个不同场地共44根桩打桩过程中的土塞数据,探讨软土地基中PHC桩打桩过程中土塞长度与内径之比、土塞增量与桩打入深度增量之比(IFR)随打入桩长与内径之比变化的规律,并线性拟合出土塞增量与桩打入深度增量之比与土塞高度和桩打入深度之比(PLR)的经验公式。研究表明,大部分PHC桩在打桩过程中,土塞部分闭塞,桩从浅部较硬土层打入较软土层,IFR值减小,土塞闭塞作用大;桩从较软土层打入深部较硬土层,IFR值逐渐增大,土塞闭塞作用小,且土塞长度增量与桩打入深度增量之比与土塞长度与桩打入深度之比基本呈线性关系。     

Numerical modelling of the driving response of thin‐walled open‐ended piles

The driving response of thin‐walled open‐ended piles is studied using numerical simulation of the wave propagation inside the soil plug and the pile. An elastic finite element analysis is carried out to identify the stress wave propagation in the vicinity of the pile toe. It is found that the shear stress wave has the highest magnitude above the bottom of the soil plug. Below the bottom of the soil plug, the vertical stress wave has the highest magnitude. Although the shear stress wave propagating in the radial direction is similar in magnitude to the vertical stress wave at the bottom of the soil plug, it decays rapidly while travelling downwards. The highest vertical stress at the bottom of the soil plug appears after the vertical stress wave interacts with the shear stress wave travelling in the radial direction. Initially, the vertical stress wave propagates with the dilation wave velocity in both the radial and vertical directions. After it interacts with the shear stress wave, the vertical stress wave starts to propagate with the shear wave velocity in the radial direction and with the axial wave velocity downwards. It is concluded that at the bottom of the soil plug, the interaction between the waves travelling in radial and vertical directions is important. The capabilities of several one‐dimensional pile‐in‐pile models to reproduce the driving response given by a two‐dimensional axisymmetric finite element model is studied. It is seen that when the base of the soil plug fails, a one‐dimensional pile‐in‐pile model can be used to achieve results in agreement with the finite element model. However, when the pile is unplugged, where the base of the soil plug does not fail, a reduced finite element mesh that permits the radial wave propagation inside the soil plug must be used. Copyright © 2001 John Wiley & Sons, Ltd.     

软土中已打入桩对土体位移的遮帘作用研究

采用侧向移动土中桩的理论分析结果以及有限元数值模拟,较为系统地分析了沉桩工程中已打入桩对土体侧向位移及地表隆起的遮帘作用,结果表明已打入桩对土体侧向位移的总体遮帘作用并不显著。采用不同切向劲度系数的接触面单元以模拟已打入桩间隔时间长短对地表隆起的遮帘效应,结果表明：打入桩间隔期较短时,已打入桩对地表隆起的遮拦作用主要体现在对土体位移的“水平阻隔”上,土体沿桩土界面发生流动向上隆起;而间隔期较长时,桩土间存在有较大的摩阻力而限制了土体的位移,此时已打入桩对地表隆起的遮拦作用体现在竖向摩阻力对土体隆起的“抑制”上。     

施工顺序对软土地坪复合地基的影响探讨

场地回填土与搅拌桩施工顺序将直接影响软土地坪复合地基的处理效果,其中沉降控制是影响地坪安全运行的关键。以近海软土地区工业厂房水泥土搅拌桩复合地基工程为例,探讨了复合地基水泥土搅拌桩、回填土两种不同施工顺序的影响因素及相应处理效果;通过数值模拟试验,计算分析了不同填土厚度下两种工况的地基固结总沉降、施工沉降、工后沉降。结果表明,采用“先土后桩”的施工顺序的施工期沉降大于“先桩后土”,但工后沉降大大减小,提高了软土地坪地基处理效果,有利于处理后地坪的安全运行,验证了前述分析结论,为合理设计方案的确定提供了重要的参考依据。