碎石桩复合地基试验及固结分析

碎石桩复合地基在处理软弱地基土中得到相当广泛的应用。为了更好地掌握其规律性,本文针对某电厂碎石桩复合地基现场试验和桩身应力测试成果,进行了分析和总结,得出了饱和粘性土地基中桩土应力比与外荷载大小有关。其形状为上凸抛物线型,大小一般在3~6之间;静载荷试验下桩身应力分布特点与天然地基应力分布近似,影响深度为载荷板宽度的2~3倍。通过用有限元法模拟该复合地基固结性状,得知碎石桩不仅大大加快粘性土复合地基固结,而且减小了工后沉降的影响。      

碎石桩复合地基三维地震响应分析

将饱和砂土视为土水两相介质,以Biot动力固结方程为基础,编制了完全耦合的三维排水有效应力动力反应分析程序。利用该程序对碎石桩复合地基进行了动力反应分析。结果表明:在地震荷载作用下,碎石桩具有明显的减震效应,碎石桩复合地基表层的最大水平振动加速度与天然地基相比明显减小,并且碎石桩对地基的沉降变形有明显的抑制作用;碎石桩的排水效应十分显著,随着输入地震加速度的减弱,在孔压达到峰值以后,由下到上出现了明显的孔压消散现象,碎石桩排水效应的影响范围为上窄下宽的圆台形;碎石桩的加密效应显著;考虑碎石桩各效应的耦合作用比仅考虑其单一效应,计算得到的孔压比要小,因此在进行碎石桩复合地基抗液化判别时,应该综合考虑碎石桩各效应的相互耦合作用。     

可液化场地碎石桩复合地基地震动力响应分析

采用砂土液化大变形弹塑性本构模型分析可液化砂土,采用模量随应力与应变变化的等效非线性模型增量形式分析碎石桩,应用FLAC3D有限差分软件对地震动力作用下可液化场地碎石桩复合地基进行三维动力响应分析。模拟分析了在地震作用下碎石桩刚度效应和排水效应对加固处理可液化场地的抗液化效果,从初始小变形到液化后大变形的变形发展,超静孔压累积与消散,及桩与土的变形与应力分配变化等。结果表明,所用模型与方法可合理描述可液化场地碎石桩复合地基在地震作用下场地的动力响应特性和抗液化效果;在地震作用下可液化场地中桩周土体与碎石桩体的竖向应力与水平向剪切应力向碎石桩体集中,竖向有效应力比可降至约1/6～1/3;桩周土体与桩体为非协调变形,剪应变比可达7～10;碎石桩抗液化影响范围约为2.5～3倍桩径,对超过3.5倍桩径范围影响较小;碎石桩与砂土渗透系数比大于100时对降低砂土中超静孔隙水压影响明显;碎石桩对场地的加密效应可显著降低超静孔隙水压力,而碎石桩刚度则对超静孔隙水压力变动影响较小,但有助于减低地面加速度响应峰值。     

竖向荷载下加筋碎石桩复合地基数值分析

采用三维有限元程序建立了一长为6 m、直径为0.8 m的加筋碎石桩复合地基流固耦合数值模型,分析了其在堆载和孔压消散过程中的荷载传递和变形特性。较传统碎石桩,加筋碎石桩复合地基桩土应力比显著增大,超孔压、沉降和桩身侧向变形显著减小,且随筋材刚度的增大,其性能进一步改善。加筋碎石桩复合地基在桩间土固结过程中产生明显的桩土差异沉降,形成土拱效应,使得堆载结束后桩土应力比变化很小。筋材长度对加筋碎石桩复合地基桩土应力比和沉降影响显著,应对其全长加筋才能保证桩体刚度和有效减少沉降。     

碎石桩复合地基承载特性研究

通过对广州市某快速干线一标段碎石桩复合地基承载特性研究,分析了桩、土应力的变化规律和碎石桩处理软土地基的机理及其特点。     

路堤下浆固碎石桩复合地基现场试验研究

浆固碎石桩是一种新型的桩基技术,结合其在宁波绕城高速公路软土路基处理中的工程应用,进行了路堤下浆固碎石桩复合地基现场试验研究,通过实测地基的竖向和侧向变形以及桩、土应力和孔隙水压力,分析了浆固碎石桩复合地基的主要工作性状。试验结果表明,浆固碎石桩复合地基总沉降量小,稳定速度快,工期短;桩顶应力集中现象明显,桩体置换作用明显,同时也发挥了桩间土的承载力特性;孔隙水压力消散速度较快,减小了次固结引起的工后沉降。     

路堤荷载作用下碎石桩复合地基桩土应力比计算及试验研究

深入分析了路堤等柔性荷载作用下碎石桩复合地基的工作机理,对路堤-碎石桩-桩间土系统进行合理简化,建立了桩土应力比计算模型,并给出关键参数的求解过程。基于最小势能原理,导得路堤荷载下碎石桩复合地基桩土应力比计算解析表达式,结合大型室内模型试验,通过对比试验过程中的全程监测数据,验证了理论解的正确性。探讨了各主要影响因素与桩土应力比之间的关系,结果表明：桩土模量比和置换率是应力比的主要影响因素,路堤高度与路堤材料的影响次之;当路堤高度较小时,随着高度增加,桩土应力比提高明显;但当路堤高度增大到一定值时,桩土应力比基本不变;增大填料剪切模量可略微增大应力比。     

碎石桩复合地基现场试验及数值模拟分析

依托某储油罐的碎石桩复合地基处理实例,进行了复合地基现场变形、荷载传递及固结速率的长期监测。参照工程实际建立了碎石桩复合地基三维有限元水土耦合分析模型,讨论了碎石桩桩长以及复合地基置换率对碎石桩复合地基工程性状的影响。监测结果和有限元数值分析结果表明：碎石桩复合地基对于沉降和水平位移的控制效果较好,保证了施工过程中地基的稳定性;随着上部荷载的增加,桩土应力比逐渐增大。碎石桩给地基提供了良好的排水通道,有效加快了地基的固结速率;碎石桩复合地基沉降随着桩长和置换率的增加而减小,但达到一定程度时,置换率和桩长对沉降的减少效果有限;复合地基桩土应力比随着桩长的增加而增大,随着置换率的增大而减小;置换率和桩长的增加都能加快碎石桩复合地基的固结速率,但是置换率对固结速率的影响更大一些。     

一种振冲碎石桩复合地基的沉降计算方法

对振冲碎石桩复合地基桩体和桩间土的变形与应力--应变关系进行研究。假设在荷载作用下,复合地基中桩体变形均匀,桩－土变形协调,推导出振冲碎石桩复合地基沉降计算公式为: ABk2 εh3v + 2ABhkεh2v + A ( D2 + B) h2hv = nh2 pD2 ; 利用牛顿迭代法解一元三次方程,可求得复合地基沉降。将本方法应用于沿海某大型储油罐工程,计算振冲碎石桩复合地基总沉降量为171. 5 mm,实测沉降量为 162. 2 mm,计算结果与实测结果基本吻合,表明该方法有一定的实用性。     

碎石桩复合地基检测分析

结合南京钢铁集团新钢铁厂碎石桩复合地基工程实例，从桩身的密实性和连续性、桩体周围土的隆起量以及桩间土挤密效果3个方面对碎石桩复合地基进行检测分析。     

碎石桩设计参数对复合地基抗液化性能的影响

对碎石桩复合地基进行完全耦合的三维有效应力动力分析,探讨了碎石桩桩径、桩长和桩间距等设计参数对碎石桩复合地基抗液化性能的影响。结果表明,浅层范围内桩长对孔压比的影响较小,随深度的增大,桩长的影响有增大的趋势;在其他条件不变的情况下,随桩径的增大,桩间土中的超孔隙水压力降低,桩径对超孔压发展的影响沿深度方向不同,主要表现在中下部;当仅改变桩间距时,随桩间距的增大,桩间土中的超孔压升高,在工程设计时,桩径与桩间距的比值宜大于0.27,即桩间距的设计值不宜超过3.75D（D为碎石桩桩径）;随碎石桩本身渗透系数的增加,复合地基中不同深度处的超孔压都有所降低,并且随深度的增大,这种影响有增大的趋势。     

Equal strain consolidation for stone columns reinforced foundation

Column consolidation and deformation are considered by assuming that the quantity of water flowing through the disturbed soil zone into the column is not equal to that flowing out from the column and the difference between them is equal to the volume change of the column. In addition, three patterns of distribution of the horizontal permeability of soil in the disturbed zone are also considered to account for the disturbance effect of columns construction on the surrounding soil. These three patterns include the constant distribution pattern (Pattern I), the linear distribution pattern (Pattern II) and the parabolic distribution pattern (Pattern III). By incorporating the aforementioned characteristics into the analyses, the governing equations containing two variables (i.e. the average excess pore-water pressures within the column and within the entire foundation at any depth) for the consolidation of a composite foundation are derived. The solutions of the governing equations are then obtained using a new initial condition derived from the assumption of equal strain and the equilibrium condition. On the basis of the solutions for excess pore-water pressures, the average degree of consolidation of a composite foundation is obtained and discussed. Finally, a comparison is made of some available solutions. Copyright © 2009 John Wiley & Sons, Ltd.     

碎石桩联合土工格栅复合地基处理湿地软基的机制研究

高原湿地软基的突出特点是含有地质条件很差的泥炭层。采用碎石桩联合土工格栅复合地基处理湿地软基是一个新的尝试。在有限元分析的基础上,给出了碎石桩联合土工格栅复合地基处理高原湿地软基的受力、变形特征与作用机制,结果表明,碎石桩可以加快软基的排水固结,提高地基的承载力,土工格栅的主要作用在于限制路堤的侧向位移和减小差异沉降。     

振冲碎石桩地基有限元分析的复合模型研究

从振冲碎石桩的变形、受力机制出发,提出相应的假设条件,利用弹性力学和Biot固结理论建立了可以考虑固结问题的振冲碎石桩复合的平面有限元分析弹性复合模型,并编制相应的有限元分析程序APOSE。通过算例考证了APOSE的可靠性和有效性,APOSE程序可以用于分析研究振冲碎石桩地基、砂井地基等类似复合地基沉降变形和固结问题。     

碎石桩复合地基性状的弹塑性分析

基于双剪统一强度理论,利用复合地基中碎石桩与桩周土的竖向位移相等、侧向变形协调与连续的条件,通过弹塑性理论对碎石桩复合地基在竖向荷载作用下的应力、应变状态进行了弹塑性分析,探讨了权系数b的取值方法;讨论了b的大小对复合地基承载及变形性状的影响,并推出了作用在复合地基上的荷载、碎石桩所分担的荷载及加固区压缩量与桩周土的塑性区半径的关系的系列解析算式;提出了对于碎石桩复合地基的设计应该实行承载力和沉降双重控制的设计思想。为验证该方法的可行性,将模型试验的结果与计算结果进行了对比,结果表明该方法对碎石桩复合地基的设计具有指导意义。     

变荷载作用下碎石桩复合地基固结简化分析

用碎石桩对软弱土进行地基处理是一种常用的地基处理方法,桩间土的固结问题是碎石桩复合地基中非常关注的问题,该问题在不同假设条件下的研究也取得了大量成果。在考虑桩土模量比（即应力状态稳定时的桩土应力比）及碎石桩面积置换率影响的前提下,基于等应变假设,将任意变荷载转化为傅里叶级数,从而推导出了变荷载作用下碎石桩桩间土固结解析解,给出了任意时刻桩土承担的应力变化关系,对现有理论进行了合理的修正。通过算例与现有理论对比分析表明,本算法合理可行,当碎石桩面积置换率及桩土模量比比较大时应该考虑其对固结的影响。此外,根据上述理论对Carrillo假设进行了分析,证明竖向和径向固结分别独立考虑的假设并不精确,但得出的总体规律与实际较为接近。     

碎石变形特征及挤密碎石桩复合地基效果评价

挤密碎石桩的材料是粒径较大的碎石,粒间粘结很小,其力学特性和其密度与侧压力有关,以往研究多作为弹性材料看待。利用大型三轴试验研究了碎石的变形特点,并根据试验结果总结了碎石的变形规律。在工程上常遇到的应变范围内,碎石三轴剪切试验的应力-应变关系可用双曲线拟合,体变曲线则接近于抛物线;单向压缩试验的轴向应力-应变符合幂函数曲线。徐－宿高速公路挤密碎石桩地基处理现场试验结果表明,经过碎石桩处理后的液化地基的液化势得到消除,该试验研究工作对类似工程有参考价值。     

碎石桩复合地基大变形非线性固结模型

基于分段线性差分法,建立了一种碎石桩复合地基大变形非线性固结模型SC1。该模型可以进行等应力和等应变条件下桩土复合地基固结分析,同时能够考虑涂抹区、井阻、桩土自重、变荷载,以及固结过程中桩土参数的非线性变化和大变形问题,并编制了 Fortran 计算程序。分别采用基于等应变假设的桩土复合地基解析解和室内试验数据验证了模型的正确性,小变形条件下,该模型数值解与有无井阻及涂抹区的桩土复合地基解析解均能较好吻合;大变形非线性条件下,模型计算结果与室内试验数据基本一致。采用该模型预测实际工程,随固结时间延长,模型等应力与等应变的沉降量计算值相差逐渐增大,现场实测值介于等应力和等应变条件下模型计算结果之间。