特厚表土层钢板混凝土复合井壁竖向承载力试验研究

通过模型试验和理论分析,对特厚表土层双层钢板高强混凝土复合井壁的竖向受力特性进行了研究。首先,根据相似理论,进行了双层钢板高强混凝土复合井壁结构的模型设计和试件加工;然后,通过加载试验,得到了井壁结构在竖向荷载和侧压共同作用下的竖向应力、变形和强度特性。结果表明：由于内、外钢板筒的约束作用,井壁结构中的混凝土完全处于三向受压应力状态下,其抗压强度提高了1.73～1.92倍,且井壁破坏时混凝土的竖向极限压应变达到-3.9×10-3,表现出较好的延性特性。通过钢板与混凝土的相互约束,改善了各自的力学特性,使井壁竖向承载力显著提高,远比钢板筒和中间混凝土层的竖向极限承载力之和大,并根据理论分析和试验结果推导出了井壁竖向承载力的计算公式,对理论研究和工程应用具有一定的参考价值。     

水平与上拔组合荷载下柔性单桩承载特性试验研究

为探讨柔性单桩在水平与上拔组合荷载下的承载特性,开展了两组共6根单桩室内模型加载试验。其结果表明:相比于纯水平受荷桩的极限承载力H_(u1),预先施加不超过0.5T_(u1)(纯上拔桩的极限承载力)的上拔荷载能够提高单桩的水平极限承载力,且随上拔荷载增加,水平极限承载力先增大后减小;增大预先施加的上拔荷载降低了同一水平荷载下桩身的弯矩及土反力,也削弱了地基的水平刚度,综合影响下桩身的水平位移先减小后增大;预先施加不超过0.5H_(u1)的水平荷载主要增大0～10D(D为外径)范围内桩身的平均摩阻力从而提高上拔极限承载力值,且水平荷载越大,其提高效果越显著;当水平荷载达到0.5H_(u1)时,对应的上拔极限承载力相比T_(u1)增加了17.1%,设计中可对增加的上拔极限承载力给予考虑。进一步通过理论研究验证了试验结果的合理性,给出了组合荷载下柔性桩的上拔极限承载力计算公式,其计算误差在6%范围内。     

扩底桩承载力空间屈服包络面的基本特性

通过扩底桩的土槽载荷试验和离心机仿真模型试验,对不同类型荷载之间的相互影响、组合荷载作用下桩的抵抗机理和承载力屈服包络面的特性进行了分析。结果表明：铅直、水平荷载作用下桩的承载力屈服包络线,弯矩、水平荷载作用下的承载力屈服包络线都可近似地用椭圆来表现。屈服包络线可用桩的单方向极限承载力的经验公式来生成。根据承载力空间屈服面的连续性,提出了用桩的单方向极限承载力Vm,Hm,Um和Mm求解桩的承载力空间屈服面的经验公式。在桩的设计计算过程中,必须考虑铅直荷载、水平荷载及弯矩荷载间的相互影响。     

循环荷载及静载下土工格室加筋路堤模型试验研究

为探究土工格室加筋路堤在循环荷载及静载下的各种性能,利用美国GCTS公司的USTX-2000加载装置进行加载,通过改变加筋层数、格室高度,格室焊距对土工格室加筋路堤进行一系列模型试验。对各种工况下加筋路堤极限承载力、长期循环荷载及固定振次循环荷载后极限承载力的变化进行研究。试验表明,土工格室加筋能显著提高地基极限承载力并能显著减小坡顶和坡中临界破坏时的法向累积变形,在加筋间距一定的情况下,加筋层数增加和格室高度增大均可不同程度提高极限承载力并减小临界破坏时坡顶法向累积变形,格室焊距的减小也可在一定程度提高极限承载力,格室焊距对边坡法向变形影响不大;长期循环荷载下固定间距加筋层数对路堤竖向累积沉降量影响不大,而对边坡坡顶法向累积变形有一定影响,格室高度增大和格室焊距减小均可不同程度减小路堤竖向累积沉降量和坡面法向累积变形;越靠近加载点处,路堤土压力值受加筋影响越显著,加筋提高了土体刚度和密实度,使加筋路堤土压力值较无筋路堤明显增大;对于无筋路堤,改变动载幅值和振次均导致振后极限承载力有不同程度的降低,而对于加筋路堤,当动载幅值≥30 kPa或动载振次≥1 000时,振后极限承载力均有不同程度的提高。     

插入式基础真型抗拔试验研究

对一种新型杆塔基础--插入式基础进行了大量抗拔室内真型试验,分析了影响插入式基础抗拔极限承载力的各种因素。试验结果表明：角钢在发生屈服前,角钢与混凝土间的拉拔力与角钢的种类无关,荷载-相对位移曲线几乎重合;而一旦角钢发生屈服,由于抗拉屈服强度的不同,角钢的种类对抗拔极限承载力的影响将很大;角钢的抗拔力随着角钢埋入长度的加大而增加;混凝土强度越高,埋入角钢间的摩擦力越大,则抗拔极限承载力越大;配筋率对埋入角钢的抗拔极限承载力影响不大。     

超大型沉井首次接高受力及变形规律初探

依托马鞍山长江大桥南锚碇沉井的首次接高,对其竖向沉降、隔墙墙底土压力和隔墙底板受力情况进行了监测。结果表明,超大型沉井兼有条形基础的特点和整体工作性能,能够承受较大的竖向变形,与单纯考虑地基承载力相比,更适合于按变形控制接高。沉井接高时普通隔墙下的土压力小于分区隔墙,并且普通隔墙下部土体会先达极限承载力,后续接高产生的荷载转而由分区隔墙（或井壁）来承担。沉井首节混凝土浇筑就已决定了隔墙底板的应力大小和分布情况,后续接高不会再引起大的改变;隔墙底板中间部分受力较小,外围拉应力较大,通过井壁外土体的密实回填可有效降低此部分拉应力。     

软岩地层多段扩体锚杆施工工艺及拉拔试验

改变锚固体直径、改善锚固体与岩土间界面特性是提高锚杆抗拔承载力的重要途径。软岩地层多段扩体锚杆采用机械扩孔工艺施工,进行多级循环加载卸载试验,根据锚杆的荷载-位移曲线及现场变形破坏特征,确定锚杆破坏模式为钢筋先屈服,最后钢筋被拔出,同时锚固体被拉裂。试验结果表明多段扩体抗浮锚杆施工工艺可行,锚杆抗拔承载力高,实际工程中能满足抵抗较高水浮力的需求。     

基于变形加固理论的隧洞与巷道开挖稳定分析

地下工程的开挖稳定和加固分析是岩土工程中的难题之一。变形加固理论是研究荷载超出结构极限承载力的理论,探求的目标是结构在承受荷载超出其极限承载力时维持稳定所需的最优加固力。给定荷载下结构出现不平衡力的区域即为首先破坏的区域;给定荷载下结构总是趋于加固力最小化、自承力最大化的状态。而整体稳定性可采用余能范数进行定量评价。基于三维非线性有限元方法,详细推导了不平衡力和塑性余能范数的表达式。通过典型深部隧洞与巷道开挖及加固的算例,对比分析了加固前后围岩内不平衡力的分布以及塑性余能范数的大小。结果表明,对围岩加固可在一定程度上提高围岩的强度和承载能力。     

竖井掘进机撑靴井壁土体极限承载力研究

竖井掘进机在土层中掘进时,如果撑靴井壁土体无法提供足够的承载力,会产生撑靴推进反力不足、掘进机姿态难以控制等问题,严重时甚至导致井壁失稳,因此需要研究撑靴作用下井壁土体的极限承载力。以国内研制的首台矿山型竖井掘进机为依托,采用数值模拟方法对掘进过程中撑靴侧壁土体的受力和变形进行分析,确定撑靴作用下井壁土体的破坏模式为剪切滑移破坏。基于井壁土体破坏模式,假定破坏面为对数螺旋线和直线旋转曲面的组合,分析破坏面上的应力分布。采用土体塑性极限平衡法,推导竖井掘进机撑靴作用下井壁土体的极限承载力公式。将理论分析结果与数值模拟结果进行对比和分析,表明该公式的合理性。研究结果对于土层中竖井掘进机撑靴的设计及井壁稳定性的评估有重要的指导意义。     

基桩水平静载试验及内力和变形分析

桩基作为一种重要的基础形式,在岩土工程中应用广泛,对于安全等级要求较高的重大工程项目,往往需要通过原位水平静载试验确定基桩的水平承载力,分析桩身的内力及变形。结合实际工程详细地介绍了利用钢筋计测试水平荷载作用下桩身弯矩、挠度和转角分布的方法,根据桩顶位移和钢筋内力测试结果判定试验桩的水平临界荷载为120 kN;根据钢筋计测试结果可知,在水平荷载作用下,桩身最大弯矩截面位于在地面以下2～3 m处,且随着荷载的增大最大弯矩截面逐渐向深部转移;发生弯曲变形的部分主要是桩长1/3以上的桩体,而其下的桩体几乎不发生变形。     

考虑温度效应的井壁竖向附加力反演分析

为了分析考虑温度应力后作用于深厚表土层立井井壁竖向附加力,建立了由于立井内、外壁温度差产生的温度自应力和径向膨胀受阻产生的温度应力解析式。基于井壁是由于竖向应力超过钢筋混凝土井壁极限抗压强度而发生破裂的事实,对作用于井壁上的温度荷载、自重、水平侧压力和竖向附加力在井壁内产生的竖向应力分量进行了分析,结果表明,竖向附加力是导致井壁破裂的最主要因素,温度应力也是诱发井壁破裂的重要因素。同时在考虑井壁温度应力和井壁破裂特征的基础上,利用井壁结构设计理论通过反演分析得到了地层疏水沉降时井壁承受的最大竖向附加力的数值,为新建井壁设计和已建成投产井壁的安全性评估提供重要参考依据。     

深厚表土层中高强复合井壁结构的试验研究

针对煤矿立井井筒深厚表土层的支护,提出了采用双层钢板高强混凝土复合井壁结构。通过模型试验,得到了这种井壁结构的应力特性和强度特征,通过理论分析和试验结果给出了双层钢板高强混凝土复合井壁承载力的计算公式,从而,为该种井壁结构的实际应用提供了设计依据。其研究成果已在4个井筒中得到了成功地应用。     

无连接挡板高填方路堤薄壁挡土墙土压力模型试验研究

提出了一种新型的互锚薄壁挡土墙,该挡土墙是在传统加筋土墙的基础上发展起来的。以钢筋为拉筋,两侧的挡土墙面板通过拉筋对称连接互锚。通过模型试验测试了该结构挡土墙面板后土压力的分布规律。挡土面板后土压力并不是呈线性分布,也没有表现中间大、两端小的三角形分布或曲线,即在挡土墙的墙底和墙顶土压力接近于0、在挡土墙的中间土压力最大的分布规律,而是在距离挡土墙顶部1/3h以上(h为墙高),挡土墙面板后的土压力分布完全呈线性分布,与朗肯主动土压力理论相似;但是在距离挡土墙顶部1/3h以下位置,挡土墙面板后的土压力随着挡土墙高度的延伸,土压力基本保持不变,近似呈现一条竖线段。结果表明这种挡土墙的承栽能力得到明显加强。     

竖井内爆炸动力响应分析

系统地分析了内爆炸条件下冲击波在竖井内的传播和反射规律,并基于经典弹性理论,建立了动力平衡方程,推导出了竖井井壁动力响应的计算表达式,得到了竖井侧墙最大径向位移和最大内力分布。计算表明：竖井侧墙最大径向位移出现在竖井中间的某处位置,具体与点源爆炸物高度有关,随着爆炸高度的增加,最大径向位移出现的位置也在向井口方向移动,但是幅值大小有所减小。     

超低温下钢筋与混凝土粘结性能试验研究

为了探究超低温下钢筋混凝土的粘结锚固性能,考虑从20~-165℃温度下,不同钢筋直径、保护层厚度、锚固长度以及钢筋型号等参数的影响,通过拉拔试验,对超低温条件下钢筋与混凝土粘结锚固破坏特征和粘结性能进行了研究. 结果表明：钢筋与混凝土的粘结性能受低温影响显著;随着温度的降低,极限粘结强度有增大的趋势,在-80~-120℃时极限粘结强度值达到最大;低温粘结强度提高系数随着相对保护层厚度的增大而减小,且基本呈线性;锚固长度和钢筋型号对低温粘结强度影响较小.     

苏州软土地区的基抗支护工程

苏州是我国典型的软土地区，其坑支护难度较大。基坑支护类型的钢板桩支护、悬臂式、锚杆锚拉式、钢筋砼内支撑梁式钻孔灌注桩排桩支护、土钉墙支护、组合结构支护等。止水帷幕有压密注浆、高压旋喷桩、水泥土搅拌桩等。降水多采用轻型井点或管井降水。土方开挖是基坑工程的有机组成部分，对挤土桩，须重视地应力释放问题。监测技术与信息化施工得到了广泛应用，但系统性、完整性、规范性尚欠缺。介绍了部分典型工程实例。     

素混凝土劲性水泥土复合桩承载机理分析

在软基中先施打半刚性水泥土类桩（M桩）,水泥未硬凝时再施打劲性桩,形成素混凝土劲性水泥土复合桩（MC桩）。结合工程实例,根据现场静载试验、应力监测及ABAQUS有限元计算结果,研究了素混凝土劲性水泥土复合桩的受力性状,分析总结了素混凝土劲性复合桩的承载机理。通过与常规劲性桩的比较表明：（1）素混凝土劲性水泥土复合桩呈现复合地基性状;（2）素混凝土桩身应力集中显著,沿深度急剧减小,至桩端接近为“0”,通过劲芯传递到侧壁和桩端的水泥土体中,增大了荷载作用于水泥土体的面积,使复合桩全长范围内的侧阻力和端阻力得到充分发挥;（3）素混凝土桩芯比常规劲性桩更能与水泥土协调匹配,不会刺入水泥土外芯的底端。     

Experimental and 3D Numerical Simulation of Reinforced Shear Joints

The load transfer capacity and failure mechanism of a fully grouted bolt installed across a joint in shear is investigated, both experimentally and numerically, in five types of bolt. The double-shearing testing of bolts were studied in concrete blocks of 20, 40 and 100 MPa strengths, subjected to different pretension loads of 0, 5, 10, 20, 50 and 80 KN, respectively. The parameters examined include: shear resistance, shear displacement, induced strains and stresses during the bolt-bending process, and its ultimate failure across the sheared joint planes. The conclusions drawn from the study were that the strength of the concrete, bolt profile configuration and bolt pretension load played a significant influence on the shear resistance, shear displacement and failure mechanism of the reinforced medium. Experimental and numerical simulations showed that the failure occurs as a result of the induced axial and shear stresses acting between the hinge point distances in the vicinity of the shear joint plane.     

预制钢筋混凝土桩桩身质量对承载力的影响

本文利用工程实例对预制钢筋混凝土桩,桩身质量对单桩竖向抗压极限承栽力的影响做了分析。叙述了该桩型的优缺点。并提出对该型桩基础应做静荷栽试验,确定单桩竖向抗压极限承栽力。