新型深水系泊基础研究进展

介绍了几种国际上广泛应用于深水锚泊的新型系泊基础（吸力锚、法向承力锚、吸力式贯入锚和动力贯入锚）,并结合国内外的最新研究进展,分别针对吸力锚安装过程中的海床阻力和内部土塞发展、服役阶段的承载力特性,法向承力锚安装时的拖曳轨迹和三维受力状态下的承载力,吸力式贯入锚的“keying”过程,动力贯入锚的最终安装深度和承载力,以及锚泊线与海床的接触问题等当前国际上研究的重点和热点内容进行了简要地评述,旨在通过分析当前新型深水锚在设计、施工以及承载机制等方面的不足,以探索深水系泊基础发展的新趋势     

钻孔灌注桩后注浆技术在实际施工中提高承载力的对比分析及应用前景

钻孔灌注桩后注浆技术是在传统的钻孔灌注桩施工工艺基础上进行了改进和创新,结合具体情况对压浆过程进行改进,通过对注浆压力、浆液材料、浆液浓度、注浆量等参数的控制达到了提高承载力的良好效果.     

软黏土中伞式吸力锚基础水平承载有限元分析

伞式吸力锚基础(USAF)是传统吸力锚基础的改进型,其独特的结构型式在海洋岩土工程中具有更大的发展潜力。预先通过室内小尺度模型确定了USAF水平承载的位移控制标准,继而对软黏土中不同加载高度下USAF承载规律及地基土变形特性进行有限元分析,并对波浪循环荷载作用下的海床土应力折减效应进行了阐述。结果表明:随水平荷载加载高度升高,USAF的转动中心上移,海床土的应力扩散深度加深。"锚枝"和"筒裙"的增加使主筒侧壁土抗力发生应力重分布,锚前上部和锚后底端土体为USAF承载力的核心控制区。黏质海床超静孔隙水压力的累积对USAF土抗力的发挥影响显著,进而降低整个结构的水平承载能力。上述研究成果对完善USAF在海洋岩土工程中的应用具有重要意义。     

隧道锚–围岩系统承载特性的室内模型试验及畸变纠正

为研究隧道锚–围岩系统的承载特性,依托云南普立特大桥普立岸隧道锚,开展锚塞体不同大小和埋深的室内模型试验研究。试验结果表明,试验荷载作用下和锚塞体接触部位的围岩首先发挥抗剪作用直至到极限状态,锚塞体发生微小变形,然后荷载产生的应力逐步向围岩中扩散,围岩表面出现变形,最终锚塞体位移发生突变,围岩表面出现放射性裂纹。根据锚塞体和围岩表面的荷载–位移曲线以及围岩中的附加应力变化情况,研究了隧道锚–围岩系统的承载力确定方法。针对相似材料中III类围岩黏聚力不满足相似比的情况,提出采用数值仿真的方法对进行畸变修正,得到与原始地质模型匹配的相似模型允许荷载是30f(f为设计荷载),极限荷载是设计50f。研究结果可为大桥隧道锚的修建及类似的工程设计提供参考。     

软土地区桩端后注浆桩承载性状对比试验研究

桩端后注浆技术是在通过预埋的压浆管对桩底压注水泥浆液,从而减少桩底沉渣和桩周泥皮的负面影响,在工程上逐渐得到广泛应用。结合宁波软土地基中某工程桩基静载荷试验,分析2根相邻后注浆和未注浆试桩的承载性状;通过对桩身预埋钢筋应力计的测试,对后注浆和未注浆桩的桩身轴力传递特性和桩侧阻力发挥特性进行比较分析研究。表明桩端后注浆不仅能提高端阻,还能提高桩端以上一定范围内土层的侧摩阻力,同时,后注浆桩的单桩极限承载力约为未注浆桩的2.5倍。根据以上研究结果表明,桩端后注浆技术能有效改善桩土界面条件,提高单桩承载力和减小桩基沉降。     

海底隧道注浆材料强度劣化规律及使用寿命研究

制备了水灰比分别为0.8、1和1.2的纯水泥浆液结石体试块,水灰比为1、粉煤灰掺量10%或20%的水泥-粉煤灰浆液结石体试块,矿粉掺量15%或30%的水泥-矿粉浆液结石体试块,硅粉掺量10%或20%的水泥-硅灰浆液结石体试块。将注浆浆液结石体试块浸泡在海水侵蚀环境中,试块无侧限抗压强度的变化规律。采用灰色关联理论研究了海水浓度、水灰比、矿物掺合料等因素对浆液结石体抗压强度的影响。通过建立多元灰色预测模型分析了海水侵蚀环境下水泥基注浆材料的强度劣化规律及使用寿命。结果表明:强度影响因素的灰色关联度由大到小的排序为:水灰比,海水浓度,测试龄期,硅粉掺量,粉煤灰掺量,矿粉掺量。     

软黏土中张紧式吸力锚循环承载力简化计算方法

张紧式吸力锚是一种重要的深水浮式平台基础。深水环境中,海底浅层沉积物多为饱和软黏土。软黏土中平均荷载与循环荷载共同作用下吸力锚的循环承载力对其设计至关重要。根据最佳系泊点受倾斜荷载作用下吸力锚的破坏模式,假设不同破坏区土体具有相同的平均剪应力,且平均剪应力与循环剪切强度比等于吸力锚所受静荷载与静荷载和循环荷载之和的比值。结合室内土性试验获得的饱和软黏土样不固结不排水归一化循环剪切强度随归一化平均剪应力的变化关系曲线,建立了破坏区土体不排水循环剪切强度的确定方法。对不同破坏区土体阻力进行分析,按照水平应力具有连续性这一特点,构建了上部滑动楔体破坏区与深部平面流动破坏区交界深度的计算方法,进而提出了计算吸力锚循环承载力的简化极限平衡方法。采用该方法对竖向和水平破坏模式吸力锚循环承载力模型试验结果进行了预测,预测与试验结果基本吻合,最小和最大偏差分别为0.79 %和16.08 %,平均偏差为5.74 %,可较好地反映吸力锚循环承载力随循环破坏次数增加而减小的变化关系,验证了该方法的可行性。     

伞式自扩锚应用效果研究

通过伞式自扩锚在工程中的应用及使用后的开挖观察,结合有无伞式自扩锚的位移实测资料,研究了预钻孔施工并注浆的伞式自扩锚锚固端特征及应用效果。在此基础上,进一步总结了这一新技术的质量控制方法,证实该装置通过注浆施工工艺可以在锚固段形成浆体、钢材等加筋体相结合的扩大头,有效地控制被锚固体的位移。     

静压钢管注浆微型桩承载性能试验研究

提出一种静压钢管注浆微型桩成桩工艺,包括混合注浆液(磷尾矿砂、水泥两种粉料与水混合)的配比设计与微型桩成桩施工方法。通过配比试验,分析水灰比(w/c)、磷尾矿砂与水泥质量比(s/c)对抗压强度的影响。通过现场7根短桩、6根长桩的注浆与抗压承载力试验,研究注浆液类型、两阶段注浆工艺、注浆体积与微型桩抗压极限承载力之间的关系,将实测结果与现行桩基规范及FHWA(Federal High Way Administration)微型桩施工手册和施工指导手册的计算结果进行了比较,研究结果表明,混合注浆液比水泥净浆早期硬化快,28d强度相当,配比为w/c=0.6、s/c=0.5时可以满足强度与注浆工艺要求;注浆后微型钢管桩抗压极限承载力提高了75%~150%;注浆量为3倍钢管体积的微型桩,极限承载力实测值约是现行规范计算值的1.33倍,与FHWA计算结果接近。     

深基坑复合喷锚支护技术探讨

工程实践表明,复合喷锚支护是一种有效的深基坑支护型式,它可用于土层条件差、安全性要求高、变形控制严格的基坑工程中。复合支护中锚杆为主要受力构件,竖向花管为辅助受力构件,可起到限制、减小土体变形的作用。由于竖向注浆花管的加入,花管及注浆体抗剪作用加强,使基坑的整体稳定性得以大幅度提高。探讨了复合喷锚支护整体稳定性分析方法,建议将滑动区域分为加固土和原土两部分,将锚管注浆形成的注浆体等效为一层加固土,按喷锚支护模型计算复合喷锚支护整体稳定性。     

塑性极限分析鱼雷锚锚尖贯入阻力

鱼雷锚安装过程中,锚尖形状影响尖部贯入阻力进而影响贯入深度。基于塑性极限分析理论下限法分析不同锚尖长径比x的椭圆形锚尖的贯入阻力和贯入阻力系数,并考虑了贯入深度、锚-土界面摩擦对贯入阻力以及贯入阻力系数的影响。结果表明:(1)锚-土界面光滑时,锚尖贯入阻力系数随着锚尖长径比的增大而减小;锚-土界面粗糙时,锚尖贯入阻力系数随着锚尖长径比的增大而增大。(2)摩擦力对贯入阻力系数的影响随着ξ增大而增大。(3)随着埋置深度增加,贯入阻力系数受x影响最小时所对应的摩擦系数逐渐减小。(4)当锚-土界面摩擦系数ω 0.75时,工程中可选用ξ1的锚尖用以减小端部贯入阻力;当ω0.26时,ξ1的锚尖提供更小的端部贯入阻力。锚尖长径比ξ=0和ξ=1的下限解与前人研究的桩基和圆形结构的理论解较为一致,进一步验证了所提出的椭圆形锚尖下限法模型的可行性。     

风化岩地基全螺纹玻璃纤维增强聚合物抗浮锚杆承载特征现场试验

玻璃纤维增强聚合物（GFRP）抗浮锚杆是一种由树脂和玻璃纤维复合而成的新型材料,与传统的钢筋锚杆相比,它具有比强度高、耐腐蚀性强和抗电磁干扰能力强的优点。基于6根GFRP抗浮锚杆和4根钢筋抗浮锚杆现场足尺拉拔破坏性试验,研究了中风化花岗岩中GFRP抗浮锚杆的承载特征和界面黏结特性。试验结果表明,抗浮锚杆的破坏形式有2种：锚杆和砂浆界面剪切破坏,砂浆和围岩界面剪切破坏。直径为28 mm 的GFRP抗浮锚杆和钢筋抗浮锚杆的极限抗拔承载力均为225 kN,直径为32 mm GFRP抗浮锚杆极限抗拔承载力为250 kN,能够满足工程实际需要;GFRP抗浮锚杆与砂浆（第一界面）的平均黏结强度为1.50～1.54 MPa;GFRP抗浮锚杆砂浆与围岩（第二界面）的平均黏结强度为0.32～0.37 MPa,略低于钢筋抗浮锚杆第二界面的平均黏结强度;直径为32 mm的GFRP抗浮锚杆第二界面平均黏结强度高于直径为28 mm的GFRP抗浮锚杆。在此基础上,进一步分析论证了GFRP抗浮锚杆的破坏机制,为GFRP抗浮锚杆的工程应用提供了理论依据。     

基于上限法的条形锚板抗拔承载力分析

以极限分析上限理论为基础,利用旋转块体集的组合来构造条形锚板的运动许可速度场。分析了不排水黏土中深埋和浅埋条形锚板的抗拔承载力上限解,研究了锚板在不同埋置倾角和深度条件下的抗拔承载力和破坏面的特性,并将计算结果与已有计算方法进行了对比。分析结果表明：在不排水黏土中深埋条形锚板抗拔承载力与锚板的埋置方位和锚板的粗糙度无关,但完全光滑条件下破坏面扇圆部分的半径只有完全粗糙条件下的一半;在考虑无重土情况下浅埋条形锚板的抗拔承载力系数随锚板埋深比的增大而增大,破坏面也随埋深比的增加而逐渐扩大。所得上限解与已有文献解答较为吻合,而且求解所得破坏面更为直观,能为工程设计提供参考依据。     

拖曳锚与安装缆绳相互作用力计算方法研究

深水系泊系统及其系泊基础的研发已成为国际海洋工程领域的前沿和关键课题,拖曳锚因其在承载力和深水安装中的诸多优势而具有良好的发展前景。在拖曳锚安装过程中,锚板与安装缆绳在系缆点处发生复杂的相互作用,分析二者之间的相互作用可等价为分析系缆点拖曳力的大小,研究拖曳锚与安装缆绳相互作用力的计算方法对认识锚板在海床土中的受力以及确定拖曳锚安装船的吨位具有重要指导意义。分别基于嵌入缆绳和拖曳锚在海床土中的力学模型,首次推导出适用于黏性土和无黏性土的系缆点拖曳力表达式,并开展模型试验验证,对比两类拖曳力计算方法的精度和稳定性,结果表明,两类计算方法均能合理预测系缆点拖曳力,但基于拖曳锚受力模型获得的表达式更为精确和稳定;通过参数考察,探究系缆点拖曳力预测模型中各参数的影响效应;经过与试验对比,给出关键参数的建议取值,该取值对研究结构与土体的相互作用问题具有重要参考价值。     

砂土中扩体锚杆承载特性模型试验研究

在25个室内模型试验基础上,研究了均质砂土中竖向拉拔扩体锚杆的几何尺寸及埋深对其承载特性的影响。试验结果表明,根据深径比的不同,扩体锚杆可以分为浅埋与深埋扩体锚杆2种形式,它们在拉拔过程中均经历了土体弹性变形阶段、非扩体锚固段-土界面剪切破坏阶段、土体弹塑性变形阶段以及剪切破坏阶段,破坏特征分别表现为整体剪切破坏与局部剪切破坏。通过扩体锚杆与普通拉力型锚杆模型试验对比发现：与普通拉力型锚杆相比,扩体锚杆极限承载力、承载比与安全性均有大幅度提高。而通过增大扩体锚固段直径的方式提高扩体锚杆承载力的优势较为明显。此外,根据承载比分析,扩体锚杆存在最优扩体锚固段直径,因此,在实际工程中应寻找一个满足需要的最优扩体锚固段尺寸以取得较好的经济效益。     

隧道支护结构中锚杆的功效分析

分析了不同地质条件下的锚杆作用效应、锚杆抗拔力及其主要影响因素,同时根据锚杆承载拱理论给出了计算系统锚杆承载能力的计算方法,应用该方法分析了隧道在不同地质条件下各类支护型式的承载能力及其费效比,得到了系统锚杆在相对破碎的岩层中对洞室稳定的作用较大,随着地质条件变差,系统锚杆的费效比大幅度降低的认识。结合大量工程设计与施工方面的实践经验,经过系统分析后得到如下结论：在软弱围岩条件下不宜大量使用密集布置的系统锚杆,此时应以采用少量的、带注浆功能的、疏而长的锚管为主,可以充分发挥其稳定初期支护的作用。     

饱和黏土中固定锚腚拖曳锚嵌入轨迹预测模型

饱和黏土中固定锚腚拖曳锚的嵌入轨迹和承载力预测是深水系泊系统设计的关键。从固定锚腚拖曳锚在饱和黏土海床嵌土的初始状态出发,将固定锚腚拖曳锚和周围土体视作宏单元,假设在锚链拉力作用下宏单元沿土体屈服面法向运动,利用锚链方程计算锚眼拉力,基于增量迭代法建立了预测固定锚腚拖曳锚嵌入运动轨迹和锚眼拉力的模型,编制了相应的计算程序。利用程序预测了Bruce Dennla MK4固定锚腚拖曳锚、Murff算例拖曳锚在饱和黏土中的运动轨迹和承载力,结果表明：本文所建立的模型预测结果正确,可以用于预测固定锚腚拖曳锚嵌入饱和黏土全过程中板锚的运动轨迹、运动形态和锚眼拉力;固定锚腚拖曳锚嵌入过程中,锚运动形态有一个调整过程,因此,旋转角先减小,而后增加,并逐渐趋于稳定值。     

扩体型锚杆的研制及其抗拔试验研究

在研制锚杆机械扩孔器的基础上,进行了扩体型锚杆的工艺试验和抗拔试验研究。试验结果表明,所研制的锚杆机械扩孔器对地层具有良好的适应性;扩体型锚杆较普通锚杆的承载力平均提高20 %～30 %,最大为66 %;扩体型锚杆的轴向应变陡降现象明显,具有显著的端承效应。     

充气膨胀控制锚杆的研制与试验

现有充气锚杆构造存在着承载力小、气囊易爆破、无法在工程中应用等缺点。通过对充气锚杆的气囊增加保护用的端挡板、侧护板等措施,分别发明了带端挡板的充气锚杆和带侧护板的充气锚杆;又在锚杆的构造中增设挤土钢板,改变了锚杆的传力途径,研制出管片式充气膨胀控制锚杆,具有承载力大、性能稳定、可完全回收等特点,整体构造更加简单实用。对这3种锚杆分别进行了室内外黏土层的足尺试验,管片式充气锚杆的最大充气压力可以达到0.6 MPa,是现有充气锚杆的5倍,锚固段每米极限承载能力最大达到40 kN,是现有充气锚杆的60倍;同时推导验证了管片式充气膨胀控制锚杆的承载力计算公式,使得该类锚杆的工程应用成为可能。