开口管桩高频振动贯入过程的ALE有限元分析

任意拉格朗日-欧拉(ALE)方法吸取了拉格朗日和欧拉法的优点,避免了常规有限元中拉格朗日方法的网格畸变问题,适用于开口管桩高频振动贯入过程的计算分析。采用ALE有限元方法,建立开口管桩高频振动贯入过程的数值模型,对沉桩过程中挤土效应、桩侧阻力和土塞效应的变化规律进行了详细研究。研究结果表明:挤土应力主要沿径向传播,且深层土体受到的挤土应力比浅层土体大;水平挤土位移随管桩贯入深度的增加而增大,而最大水平挤土位移与管桩贯入深度存在累积效应;挤土效应的影响范围约为10倍管径,因此在施工过程中要给以足够重视;桩外侧摩阻力随贯入深度增加呈近似线性增长,桩内侧摩阻力随贯入深度增加而呈非线性增长,增长速率随贯入深度增加而逐渐增大;管内土塞处于不完全闭塞状态,土塞程度由完全非闭塞向部分闭塞过渡。此外,研究了土体模量、桩土界面摩擦系数、振动频率和桩径对土体位移的影响。     

灌注桩套管振动贯入引起的地面振动及隔振研究

随着全套管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,但关于灌注桩套管振动贯入机制,特别是套管贯入引起的地面振动研究还不全面。在全面介绍了套管振动贯入全过程的有限元-无限元耦合模型的建立过程后,对套管振动贯入引起的地面振动规律及施工安全距离进行了详细研究。采用正交试验与数值模拟相结合的正交有限元法评价了各因素对施工安全距离的影响程度。研究结果表明:套管贯入过程中,地面振动主要沿水平向;在套管贯入初期,地面不会产生水平向峰值速度,当套管贯入到振动临界深度时,地面产生水平向峰值速度;地面水平向峰值速度随径向距离增大呈指数型衰减;施工安全距离随动力荷载幅值、接触面摩擦系数增大而增大,随振动频率、土体模量增大而减小。研究了隔振沟的填充材料、深度和宽度对隔振效果的影响,结果表明,无填充料的隔振沟隔振效果最好;隔振沟的宽度对隔振效果影响不大,其深度对隔振效果影响显著。     

预制桩施工的振动影响分析

动力打桩过程中，地面质点的振动可能引起地面建筑物和构筑物的损坏。通过对电厂工程的试桩施工的全程监测，建立了桩尖入土深度与地面质点振动关系曲线，揭示了桩尖土的特性是控制地面振动的主要因素。地面的振动与波的特征有关，因而近场和远场有不同的衰减规律，即近场振动衰减快，远场衰减慢。动力打桩过程中，由于土层的振源在桩尖处，且由浅到深，通过远场在被保护对象附近设置减振沟是一项有效的减振措施。     

基于桩身应力测试的静压PHC管桩贯入机制

压桩过程中PHC管桩侧摩阻力与端阻力的分离是制约其贯入机制及承载力研究的瓶颈。通过桩身预埋准分布式FBG光纤传感器,对贯入成层土地基中5根足尺开口PHC管桩侧摩阻力及端阻力发展变化情况进行了监测。试验表明,准分布式光纤传感测试技术现场可操作性强,粗放施工环境下贯入阻力分离效果较为理想。成层土地基中压桩力曲线基本反映地层土性变化,桩端土层性状对压桩力影响较大。硬质土层界面处试桩压桩力平均增幅约为64.06%,端阻力受地层变化影响更为显著,平均增长幅度约为97.41%,侧摩阻力平均增长幅度约为17.92%;桩端位于非硬质土层试桩压桩力变化不明显。贯入过程中现场足尺试验桩身应力变化不同于室内模型试验,桩身上、下部侧摩阻力发挥的力学机制不同。受现场粗放施工条件及深度方向土层变化影响,贯入成层土地基中桩侧摩阻力临界深度现象不明显。     

灌注桩套管高频振动贯入过程中挤土效应研究

随着全套管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,但关于灌注桩套管高频振动贯入机制,特别是套管贯入引起的挤土效应研究还不全面。全面介绍了套管高频振动贯入全过程的有限元-无限元耦合模型的建立过程后,对地表隆起、土体侧移及超孔隙水压力等挤土效应的变化规律进行了详细研究。研究结果表明：水平向的挤土位移随套管贯入深度的增加而增大,竖向挤土位移随着套管贯入深度的增加,浅层土表现为隆起量增大,而深层土表现为下沉量增大;最大挤土位移与套管贯入深度存在滞后效应;浅层土体的隆起为水平向应力加载引起竖向应力增加所致,且隆起分界面深度随着动力荷载幅值增大而增大,随振动频率的增大而减小;超孔隙水压力随套管贯入深度增加而增大,随径向距离增大呈指数型衰减。     

粉土及粉质黏土对静压沉桩桩端阻力影响机制现场试验

为探讨在粉土及粉质黏土中桩端阻力随贯入深度的变化规律,通过在试验桩P1的桩端安装轮辐压力传感器,以及在试验桩P1、P2距桩端200 mm处安装光纤光栅（FBG）传感器,采用两种不同的测试技术全程监测了两根闭口预应力高强度混凝土（PHC）管桩现场贯入过程中的桩端阻力。试验结果表明：桩端阻力与土层的变化密切相关,土层越硬,桩端阻力越大,当桩端从粉质黏土层进入粉土层时,桩端阻力明显增大,粉土中的桩端阻力达到粉质黏土层的2倍;整个贯入过程中,同一土层不同位置的差异性对桩端阻力也存在较大影响,在距离地面1.50 m处,P1和P2桩FBG传感器桩端阻力的差值达到了89.29 kN,而在距离地面3.50~4.50 m处,两桩的桩端阻力则相差较小。     

层状地基静压桩贯入过程机理试验

通过在多层软粘土地基中静力压入单桩的室内模型试验,对模型桩在整个沉桩过程中压桩力、桩动端阻力及桩动侧阻力随桩贯入深度的变化情况进行了研究,获得了桩在贯入不同土层分界面时阻力的变化规律以及桩周土体应力的分布特征。并对开口管桩和闭口管桩贯入试验情况进行了比较分析,揭示了不同桩端形式桩在贯入过程中桩动侧摩阻力的发展规律,以及分层土体中开口管桩贯入过程中土塞的变化情况。试验结果表明：在粘性土中沉桩时,压桩阻力主要来自桩端向下穿越土体产生的端阻力,而侧摩阻力较小;由于桩侧水平应力的释放使得同一深度点上的动摩阻力随着桩的下沉表现出不同程度的降低,出现摩擦疲劳。     

饱和软黏土中足尺静压桩挤土效应试验研究

饱和软黏土地基中静压桩挤土效应是岩土工程中常见的问题。监测土体侧向位移、孔隙压力、地面隆起随压桩过程变化的规律是很多研究者希望实施的计划。在饱和软黏土地基中进行了3根足尺静压桩的压入试验,重点监测了沉桩时的侧向位移随深度和距桩轴不同距离、地面隆起量随桩的贯入深度和距桩轴不同距离、孔隙压力随桩的贯入深度和时间的变化规律,并分析了超静孔隙水压力最大值沿径向和深度的变化特性。由测试结果可知,最大的侧向位移发生在距地表0.75L附近,地面隆起从桩贯入开始迅速发展,并在桩压入到6 m左右时达到最大值,测点处超静孔压增量的最大值发生在桩端到达该点所在水平面时,而超孔压的最大值沿径向有滞后性。     

静压沉桩与CPTU贯入离心模型试验及机制研究

为了探究静压沉桩与CPTU贯入力学机制,开展了饱和黏土中静压沉桩及CPTU贯入的离心模型试验,获得了静压沉桩与CPTU贯入过程中土压力、超孔压和贯入阻力的变化规律。同时,将静压桩和CPTU压入过程视为一系列球孔的连续贯入,应用圆孔扩张解答,建立了静压沉桩和CPTU贯入过程中锥头阻力、侧阻力与超孔压的预测方法。通过离心模型试验和理论预测结果的对比分析表明：随着桩体的压入,桩周土体的超孔压和土压力均逐渐增大,当桩头通过监测点时,超孔压与土压力均达到最大值;在饱和黏土中,CPTU锥头阻力、锥侧摩阻力和锥头超孔压与锥头贯入深度总体上呈线性关系。预测方法估算沉桩和CPTU贯入引起的土压力、超孔压与模型试验结果相符,较好地反映了饱和黏土中静压沉桩和CPTU贯入的力学机制。     

黏性土中静力沉桩过程桩土界面土压力模型试验

为探讨静压桩贯入过程中桩土界面土压力的变化特性,开展了室内饱和黏性土中静压桩沉桩模型试验。采用双壁模型管桩分离内外摩阻力,在桩身安装微型土压力传感器,监测桩-土界面土压力,分析了沉桩过程中压桩力与桩端阻力的变化规律,探讨了静压桩沉桩过程中桩土界面土压力的分布特征,明确了桩土界面土压力在沉桩过程中存在明显的退化效应,揭示了饱和黏性土中静压桩沉桩过程桩土界面土压力的变化机理。试验结果表明：压桩力随贯入深度的增加近似呈线性增长,在贯入后期闭口桩的压桩力明显大于开口桩的压桩力;桩端阻力基本呈现出线性增长,在沉桩过程中桩端阻力占压桩力的比例较大,占比为62.3%;在静压桩贯入初期,桩土界面土压力的增长速度较低,随着静压桩的逐渐贯入,桩土界面土压力呈现出线性增长且增长速率较快;在同一深度处,随着静压桩的逐渐贯入桩土界面土压力出现明显的土压力退化现象,在深度20、30、40、50、60、70 cm处,土压力依次平均退化14.6%、13.8%、13.2%、9.2%、7.2%、6.1%。     

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。     

修正等应变假定下刚性桩复合地基固结特性分析

刚性桩复合地基固结特性是影响工程进度的重要因素。为研究外荷载作用下刚性桩复合地基固结特性，结合刚性桩和桩间土应力?应变特点对等应变假定进行修正。在此基础之上，考虑涂抹效应、桩间土和下卧层土体固结特性的影响，推导得到桩间土和下卧层土体固结微分方程。基于双层地基固结理论，考虑单级匀速施加荷载和附加应力沿深度变化等边界条件，推导得到其固结度解析解。最后，利用数值模拟方法对解析解进行验证，并对影响刚性桩复合地基固结特性的因素进行分析。结果表明：理论计算与数值模拟结果较为吻合；刚性桩复合地基固结速率受到贯入比影响较大，当贯入比较小时，与天然地基相比，其固结速率较小，贯入比较大且桩端阻力系数较小时，复合地基固结速率大于天然地基；随着贯入比、桩?土相对刚度和垫层?土体相对刚度的增大，复合地基整体固结速率加快；随着置换率的增大，复合地基整体固结速率降低。     

钻井船插桩CEL数值模拟中的若干问题分析

依据模拟钻井船在不同场地条件下贯入阻力的离心模型试验结果及具体工程实例,对利用耦合欧拉-拉格朗日（CEL）有限元方法模拟钻井船在黏土、砂土、黏土下覆砂土、砂土下覆黏土及成层土场地插桩过程时,影响贯入阻力计算结果的几个因素进行了研究。结果表明,对于不同土层场地条件,有限元模型中欧拉区域范围对贯入阻力几乎没有影响。为确保CEL数值结果的精度,有限元建模时靠近桩靴部分设置为细网格区域,以外区域设置为粗网格区域;对于不同土层场地条件,减小细网格尺寸及增大细网格范围可以减小贯入阻力的振荡情况;经比较总结,细网格尺寸建议取0.05倍桩靴直径,细网格范围建议取2倍桩靴直径。采用位移控制模拟钻井船插桩时,桩靴贯入速率对黏土场地的贯入阻力影响较小,对砂土下覆黏土场地的贯入阻力影响很大,对一般成层土场地的贯入阻力有一定影响。经比较总结,建议在研究钻井船在不同土层场地的计算贯入阻力时,有限元模型的桩靴贯入速率取0.2 m/s。     

南京地面轨道交通运行引起的大地环境振动预测研究

城市轨道交通造成环境的振动“污染”不容忽视。通过现场测试和理论分析,得到南京地面轨道交通运行引起的大地竖向振动加速度幅值、频率随距离轨道中心线不同位置的衰减规律,即随着与轨道水平距离的增加,大地竖向振动加速度幅值总的趋势表现为逐渐减弱,但在距离轨道中心线20～30 m之间振动幅值有所反弹;振动加速度的频率集中在0～ 100 Hz,最大值出现在30～80 Hz左右,随着与轨道水平距离的增加,各频率的振动信号分量总的趋势是减弱,且频率愈高衰减愈快。基于“北京交通大学”预测公式,建立包含受振点距离、地基土性质、列车速度3个参数的南京地面轨道交通运行引起大地振动的预测模型,与实测数据相比,吻合较好。     

黏性土中静压桩沉桩过程现场试验及桩土界面桩侧土压力分析

为了揭示黏性土中静压桩贯入过程中桩土界面桩侧土压力的受力特性,依托山东东营某桩工程开展了现场足尺试验,得到了静压桩沉桩过程中桩土界面桩侧土压力随贯入深度的变化规律,分析了贯入过程中不同土层桩侧土压力的分布特性,明确了桩侧土压力在沉桩过程中存在明显的退化效应,探讨了桩土界面桩侧土压力与桩侧上覆土体竖向土压力的比值关系。结果表明：桩土界面桩侧土压力与土层性质密切相关;随着传感器贯入深度的逐渐增加,桩侧土压力逐渐增大,并且增大幅度随土层的不同而不同;在同一贯入深度处,桩土界面桩侧土压力存在明显的退化现象,粉土中的退化幅度明显小于粉质黏土中的退化幅度;同一土层中桩土界面桩侧土压力与桩侧上覆土体竖向土压力的比值为常数,并且粉土中的比值明显大于粉质黏土中的比值。     

夯扩异形桩施工振动效应分析

建筑垃圾夯扩异形桩是-种新型地基加固处理技术, 但是由于夯击能量较大, 施工过程中产生-定的振动效应。此种振动效应能否对环境、特别是临近建筑物产生有害影响, 是制约本施工工艺普遍应用的关键问题之-。本文通过对两侧建筑垃圾夯扩异桩施工振的监测, 对夯扩异形桩施工振动效应进行了分析, 研究了不同施工状态对地面振动参数的影响, 指出夯扩异形施工振动随距离呈负幂函数的形式进行衰减, 不同的施工状态对地面振动参数的影响只局限于距离夯击点非常有限的范围内。     

列车运行对周围地面振动影响的试验研究

针对日益严重的轨道交通引起的环境振动问题,通过对京―广铁路线附近某小区内地面的竖向、横向振动速度和加速度的现场测试,研究了运行列车引起的地面振动及其传播规律。由试验分析可知,列车引起的地面振动速度、加速度振级均随着列车速度的提高和轴重的增加而增大。速度每小时提高10 km时,速度振级和加速度振级均增大约3 dB;车速相同的货车比客车引起的速度振级竖向大10 dB左右,横向大5～15 dB左右;加速度振级竖向大 12 dB,横向大8 dB。钢轨接缝附近地面的振动比无接缝附近的地面振动大,速度振级大2～6 dB。振动随着距振源距离的增大而逐渐减小,竖向振级的衰减过程表现出一定的波动性;横向振级的衰减随距离增大单调减小。     

桩端加环对PHC桩影响的试验研究

PHC桩在动力打桩过程中,往往会因为锤击数或锤击能量过高而发生桩头或桩身损坏,引起的挤土效应和振动效应也会对周围环境造成不良影响.PHC桩桩端加环可减少沉桩过程中桩侧土体摩阻力的影响,结合某电厂工程综合试桩工作,通过对沉桩总锤击数、最终贯入度、土塞高度、打桩振动测试及高应变检测结果的分析,指出桩端加环对保证PHC桩的完...     

一种静力触探模型箱试验装置的研制及其试验研究

设计了一套静力触探模型箱试验装置,该装置可以在模型箱水平面内任意位置进行贯入试验,贯入速率在一定范围可控,贯入倾角可调节。将该装置用于TJ-1模拟月壤静力触探力学特性的研究,试验结果表明：地基表层模拟月壤发生刺入剪切破坏;贯入阻力随贯入深度的增加而增加;探杆周围同一深度处土体的水平土压力表现出轴对称特征,其值在探头靠近土压力盒过程中逐渐增大至最大值,后随探头远离土压力盒又逐渐减小至0,且不同深度土体水平土压力峰值随贯入深度增加而增大;贯入点正下方土体的垂直土压力随贯入深度的增加而增加,主要影响范围约为距探头200 mm处。基于以上试验研究,表明该模型箱的设计是合理的,且TJ-1模拟月壤力学特性的研究成果能够为将来涉及到TJ-1模拟月壤的航天试验提供必要的技术参考。     

兰州砂卵石地层盾构施工振动传播及衰减特性分析

盾构施工诱发周边地表振动已成为突出的环境振动问题。依托兰州某砂卵石地层盾构施工标段,通过隧道-地表同步采集三向振动加速度,研究盾构施工诱发振动在地表50 m×50 m范围内的时域、频域传播规律。结果表明：①地表自由场地加速度随距离的传播呈现先放大后急剧衰减的趋势。X向会出现局部放大反复的现象。②横断面最大峰值为0.33 m/s2,但盾构施工诱发振动将对敏感的古建筑产生不利影响。③50 m范围内地表频率主要以4～80 Hz为主,各频段振动级并非随振源距离的增加单调衰减,与场地土层卓越频率接近的频段存在较大的反弹现象。④在盾构诱发环境振动的评价中应考虑三向振动的影响。