3种模式下钻孔灌注桩桩-土剪切特性现场试验研究

不同的桩-土剪切模式对桩-土剪切位移量的大小和桩侧摩阻力的发挥有重要影响。对抗压桩、顶拔桩和负摩擦桩等3种模式的6根钻孔灌注桩的剪切特性进行了现场加载试验与长期监测。通过对不同桩型的桩身应变、桩顶位移和桩周土沉降等试验资料的系统分析,建立了"侧阻-位移"曲线确定各模式桩-土剪切位移量和不同深度的极限侧阻力。根据不同桩-土剪切模式极限侧阻力的发挥特征,分析了桩-土相对运动方向、剪切边界约束条件、剪切位移量、加载速率和剪切历时等5个因素对极限侧阻力发挥的不同影响。讨论了利用现场顶拔桩试验结果对桩负摩阻力增大段的极限负摩阻力进行预测的可行性,供同行参考借鉴。     

注浆加固处理液化地基试验研究

以北京某地铁车辆段注浆加固处理液化地基为例,介绍了注浆加固施工参数及处理后的检测结果,通过标准贯入试验和注浆前后桩间土剪切波速大小对比分析可知,注浆加固处理液化地基效果较好,解决了施工振动、噪音、空间条件限制等特殊环境条件下液化地基处理问题,具有较好的推广应用价值。     

嵌岩桩负摩阻力现场试验与计算方法研究

桩-土剪切位移对桩基负摩阻力发展有重要的影响。在既有研究的基础上,通过桩周土体沉降与桩身应变的监测结果建立了计算桩-土剪切位移量的方法。利用该方法对浅中层桩-土监测数据进行分析,确定了在桩顶自由条件下该试验场地桩-土剪切位移量在4~5 mm;对于深层桩-土没有达到该剪切位移量,负摩阻力则无法发挥至极值。根据负摩阻力的发挥特征,改进了规范中嵌岩桩负摩阻力的计算方法,该方法同时考虑了桩周土竖向有效应力与桩土剪切位移的影响。使用该方法计算的负摩阻力与实测结果较为吻合,获得的下拉荷载能够达到安全与经济的效果,可供工程设计参考、借鉴。     

液化地基中桩的破坏机理研究进展

地震诱发的地基液化对桩基础的破坏极大,液化地基中桩的破坏机理是岩土地震工程中的一个重要研究课题。目前地基液化时桩土结构系统的地震性态尚没有认识充分,已有的研究内容较多局限于桩身材料的强度破坏方面,难以考虑液化土体侧向流动、基桩屈曲失稳、以及土与结构动力相互作用等复杂因素的影响。本文重点加强以下3个方面的深入探讨和研究:(1)液化地基中桩的屈曲失稳;(2)液化地基中桩基破坏的数值模拟新方法;(3)液化地基中桩-土-结构的动力相互作用分析。     

横向扩展液化土中单桩-土系统的非线性分析

将地震液化场地分为地表的上覆未液化土层、底部的未液化基层以及夹在两者之间的液化土层,基于桩-土相互作用的非线性Winkler模型,考虑桩弯曲的非线性弯矩-曲率本构关系和桩的几何非线性变形,建立了液化土层横向扩展下桩非线性大挠度变形的基本控制方程,并利用打靶法进行了数值求解。同时,给出了桩线弹性小变形情形下的解析解。通过与非线性有限元解和线弹性小变形解析解的比较,验证了文中打靶法的有效性和可靠性。用数值方法分析了液化土层横向扩展对桩力学性能的影响,结果表明：非线性桩-土相互作用和桩材料非线性效应强于桩的几何非线性效应,随着液化土层横向扩展位移的增加,几何非线性效应逐渐增大,此时,应采用完全非线性模型进行桩力学行为的分析。     

超长灌注桩桩-土界面剪切模型及其有限元模拟

由于超长灌注桩为摩擦型桩,建立合适的桩-土界面剪切模型将成为合理且有效地模拟分析其承载变形特性的关键。基于超长灌注桩桩侧摩阻力? 随桩-土相对位移w发挥性状,将? - w关系定义为硬化和软化两种类型,进而将桩侧摩阻力发挥模式分为全硬化模式、全软化模式和混合模式。建立超长灌注桩桩-土界面剪切硬化模型和软化模型,运用ABAQUS二次开发子程序FRIC将建立的剪切模型嵌入有限元,实现剪切模型的有限元模拟,单桩算例表明,剪切模型在ABAQUS中实现是成功的。运用建立的桩-土界面剪切模型对现场试验试桩进行有限元模拟,模拟结果与实测结果较为吻合,表明所建立的桩-土界面剪切模型及其有限元模拟对于超长灌注桩承载变形计算具有合理性和可行性。     

液化场地桩-土-桥梁结构地震相互作用简化分析方法

液化场地桩-土-桥梁结构地震相互作用分析属于桩基桥梁抗震设计中的一个关键科学问题,而目前尚缺乏合理的简化分析方法。鉴于此,直接针对振动台试验,基于Penzien模型,建立了液化场地桩-土-桥梁结构地震相互作用的数值分析模型与相应的简化分析方法。通过振动台试验验证了数值建模途径与简化计算分析方法的正确性,可用于液化场地桩基桥梁结构地震反应的分析,并且特别考虑砂层中孔压升高引起的砂土承载力衰减效应,推荐了计算参数的合理选取方法;据此进行了桩径、桩土初始模量比、砂土内摩擦角、上部桥梁结构质量等重要参数对液化场地桩-土地震相互作用影响的敏感性分析。研究表明：在液化场地条件下,随桩径和桩土初始模量比的增大,桩的峰值加速度、峰值位移减小,而桩的峰值弯矩则增大;随砂土内摩擦角增大,桩的峰值加速度、峰值弯矩、峰值应力均增大,而桩的峰值位移则减小;随上部结构配重增大,桩的峰值位移、峰值弯矩均增大。     

X形桩桩土相互作用对截面形状的力学响应

现浇X形混凝土桩（简称XCC桩）是一种新型的异形截面桩,其桩土相互作用明显受截面形状的影响。前期已通过平衡分析法推导得到了考虑XCC桩截面形状的单桩荷载传递计算方法,但控制桩土相互作用的一个重要参数即桩土剪切作用系数对截面几何形状的力学响应尚未得到系统的研究。文中分析了桩土剪切作用系数对不同荷载形式下XCC桩3个截面控制参数（外包圆半径R、开弧间距2a、开弧角?X）的影响,并与等截面面积的圆形桩进行了对比。分析结果表明,截面参数变化时,桩土相互作用也随之变化,在截面面积、周长和桩土剪切作用的共同作用下桩身轴力随外包圆半径和开弧角度的增大而减小,随开弧间距的增大而增大,且始终小于等截面面积的圆形桩。     

强震作用下液化场地群桩动力响应及p-y曲线

为研究液化场地中群桩在强震作用下的动力响应特征及桩侧土抗力-桩土相对位移（p-y）曲线规律,依托海文大桥实体工程,基于振动台模型试验,开展了0.15g～0.35g地震动作用饱和粉细砂土层不同埋置深度下的砂土孔压比、桩身弯矩及p-y曲线动力响应研究。结果表明：地震动强度达到0.25g时,不同埋置深度下的饱和粉细砂土层孔压比均大于0.8,产生液化现象,且随埋置深度增加,孔压比增长时刻明显滞后;不同埋置深度下,桩身弯矩最大值均位于液化土层和非液化土层分界面处;同一埋置深度时,随地震动强度的增大,p-y曲线所包围的面积逐渐增大,其整体斜率逐渐变小,说明桩-土相互作用动力耗能逐渐增大,桩周土体刚度逐渐减小;随埋置深度增加,p-y曲线所包围的面积逐渐减小,其整体斜率逐渐增大,说明桩-土相互作用动力耗能逐渐减小,桩周土体刚度逐渐增大。因此,液化场地桥梁群桩抗震设计时,应综合考虑液化土层与桩基础的相互位置关系,确保桩基础在液化土层与非液化土层分界处的抗弯承载能力。     

抗液化排水刚性桩沉桩过程的土压力响应

抗液化排水刚性桩是一种将刚性桩与竖向排水体相结合的新桩型。基于某建筑桩基工程,开展了抗液化排水刚性桩和不含排水体的普通刚性桩的沉桩对比现场试验,采用了动态土压力传感器实时监测沉桩过程中桩周土体内产生的土压力响应,对比了排水桩与普通桩沉桩对桩周土体水平方向应力及有效应力影响的差异。试验结果表明：抗液化排水刚性桩能够有效减小沉桩过程对桩周深部可液化土体的扰动,在桩身近侧（距桩心0.6 m）深部埋深（-15 m）位置,排水桩的水平土压力响应峰值仅为普通桩的1/4;排水桩能够有效降低沉桩对可液化土层有效应力的影响,使桩周土体更加稳定;在单次沉桩过程中,对于浅部埋深（-5 m）,排水桩对桩周土压力峰值的影响作用较小,对于存在可液化土层的深部埋深（-10、-15 m）,排水桩对土压力峰值的有效影响半径可达4倍桩径。现场试验数据为抗液化排水刚性桩的桩间距选择提供了有力的设计参考依据。     

水电站坝的砂层地基地震液化可靠度研究

对四川地区江河上数座水电站坝基砂层的26组动力三轴试验资料进行了统计分析,基于动剪应力比法的液化判别方法推导了的地震液化的极限状态方程,使用蒙特卡洛随机抽样的方法计算了砂层液化的失效概率,并对某水电站的厂房地基砂层的液化可靠度进行了计算分析。研究表明,统计按粉砂样总体和中细砂样总体划分较为合理;砂层的动剪应力比可采用正态分布;电站砂层地基地震液化的最危险工况为,闸坝盖重加稳定的向上渗流及遭遇Ⅶ度地震荷载,为高液化风险,其液化概率随埋深加大而增大,最危险部位为砂层底板,对坝基砂层应进行抗液化处理。     

Geotechnical reconnaissance and liquefaction analyses of a liquefaction site with silty fine sand in Southern Taiwan

Geotechnical reconnaissance of a recurrent liquefaction site at a Quaternary alluvial deposit in southern Taiwan was conducted to establish a comprehensive case history for liquefaction on silty fine sand with high fines content. The liquefaction occurred at a silty fine sand layer with D₅₀ = 0.09 mm and fines content greater than 35% and was triggered by a M_w = 6.4 earthquake on March 4, 2010, which induced maximum horizontal acceleration up to 0.189 g at the site. In situ subsurface characterizations, including standard penetration test, cone penetration test, and shear wave velocity measurement, were performed as well as cyclic simple shear tests on undisturbed specimens retrieved by a modified hydraulic piston sampler. Comparisons of cyclic resistance ratios (CRRs) indicate that CPT sounding with standard penetration rate could overestimate the resistance ratio and drainage conditions during penetration should be considered for high fines content soil in the liquefaction analysis. Additionally, variations of CRRs from different in situ tests indicate that correlations among in situ tests and CRR could be soil specific and precautions should be taken when using these curves on silty fine sands.     

碎石桩复合地基桩体减震作用研究

地震引起的土体液化和地基失效对岩土工程师而言仍是一个热点问题。地震液化及地基变形可以采用多种地基加固方法防治,碎石桩技术是常用方法之一。碎石桩复合地基抗液化效用主要是增加桩周土体的密度、桩体的排水以及桩体分担地震水平剪应力作用(桩体减震作用)。目前,以抗液化为主的碎石桩复合地基的设计以及效果评价方法仍只考虑加密作用。首先通过3个模型(1个饱和砂土地基模型、2个碎石桩复合地基模型)的振动台试验研究抗液化碎石桩的减震作用。然后以试验记录的模型动力反应以及建立的理论模型为基础,分析碎石桩复合地基的桩体减震作用。试验及理论分析结果表明,复合地基中的碎石桩可以明显地降低作用在桩间可液化土上的地震剪应力。     

Assessment of soil liquefaction potential based on numerical method- a case study of an urban railway project

Paying special attention to geotechnical hazards such as liquefaction in huge civil projects like urban railways especially in susceptible regions to liquefaction is of great importance. A number of approaches to evaluate the potential for initiation of liquefaction, such as Seed and Idriss simplified method have been developed over the years. Although simplified methods are available in calculating the liquefaction potential of a soil deposit and shear stresses induced at any point in the ground due to earthquake loading, these methods cannot be applied to all earthquakes with the same accuracy, also they lack the potential to predict the pore pressure developed in the soil. Therefore, it is necessary to carry out a ground response analysis to obtain pore pressures and shear stresses in the soil due to earthquake loading. Using soil historical, geological and compositional criteria, a zone of the corridor of Tabriz urban railway line 2 susceptible to liquefaction was recognized. Then, using numerical analysis and cyclic stress method using QUAKE/W finite element code, soil liquefaction potential in susceptible zone was evaluated based on design earthquake.     

东帝汶帝力市珊瑚砂地基的工程性质

珊瑚砂属珊瑚礁碎屑土,是一种特殊的地质体,具有典型的疏松多孔、硬度低、易碎的特点,由于珊瑚礁仅分布在热带海域,往往位于远离大陆的礁岛,当前对珊瑚礁岩土的勘察研究较少,相关规范也尚未涉及。以实际工程为对象,对东帝汶某珊瑚砂场地的工程性质进行了一些探讨,从标准贯人试验和钻孔剪切波速试验等原位试验结果进行分析,借鉴了目前石英砂工程性质的评价方法作为对珊瑚砂工程性质判断的参考,对珊瑚砂的强度特性和地震液化特性进行了讨论。相对石英砂的一般性质而言,珊瑚砂的标贯击数较低而相应的剪切波速相对较大,珊瑚砂在地震作用下液化的可能性较大。     

以剪切波速与地表峰值加速度为依据的地震液化确定性及概率判别法

剪切波速作为土性的基本参数,为评价土体抵抗地震液化的能力提供了一种方法。回顾了以剪切波速和地表峰值加速度为依据的场地地震液化判别方法的演化历史,依据他人收集的现场液化资料,合计49次地震、618例液化/不液化场地数据,提出了确定液化临界曲线的基本原则,给出了基于修正剪切波速与地表峰值加速度的液化临界曲线,验证了液化临界曲线的位置对细粒含量、有效上覆压力、震级等因素取值变化的合理性,分析了估计土层循环应力比CSR的剪应力折减系数、震级标定系数、有效上覆压力修正系数等因素的不确定性对液化临界曲线的敏感性。结果表明：液化临界曲线对各种影响因素具有很好的适用性。利用Monte Carlo模拟、加权最大似然法和加权经验概率法,给出了建议的液化临界曲线的名义抗液化安全系数与液化概率的经验关系式及概率等值线,并对核电厂Ⅰ类、Ⅱ类和Ⅲ类抗震物项地基,分别建议了相应的液化临界曲线。该方法以丰富的现场液化数据为依据,具有广泛的应用前景。     

常剪应力路径下含气砂土的三轴试验

天然气水合物完全分解时,产生的气体使得能源土孔隙压力急速增加,有效应力减小,进而引起土体液化破坏。此时深海能源土斜坡的应力状态与静力液化失稳过程可简化为含气土在常剪应力排水(或不排水)应力路径下的破坏问题。以此为背景,提出了制备含气砂土试样的改进充气管法,并开展了含气砂土的常剪应力路径三轴试验。22组试验结果表明:同一孔隙比的含气密砂在不同围压与常剪应力下具有相同的失稳线;含气砂土试样失稳时的应力比和体变均随初始相对密实度的增大而增大;含气密砂在常剪应力路径下饱和度对失稳特征影响的规律性在排水与不排水条件下均不明显,但在不排水条件下含气砂土的孔压(或体变)对变形的敏感性降低;含气密砂在常剪应力路径到达失稳点之后,排水条件下是瞬变的液化鼓胀破坏,不排水条件下是渐变的剪切破坏。     

Static Liquefaction Analysis Considering Principal Stress Directions and Anisotropy

Static liquefaction failure of a sloping ground occurs when the shear stress applied by a monotonic triggering load exceeds the undrained yield (peak) shear strength of the saturated liquefiable cohesionless soil. Current practices for determining the in-situ undrained yield strength for ground subject to static shear stress either rely on a suite of costly laboratory tests on undisturbed field samples or empirical correlations based on in-situ penetration tests which do not account for the effects of anisotropic consolidation, intermediate principal stress, and mode of shear on the degree of strain-softening and brittleness of cohesionless soils. This study investigates the effects of variations in the direction and relative magnitudes of principal stresses associated with different modes of shear and ground slopes on static liquefaction failure of cohesionless soils. Empirical relationships are developed between soil brittleness index and maximum excess pore water pressure ratio to characterize soil shearing behavior observed in a database of 271 undrained laboratory shear tests collected from the past literature. The application of these relationships for estimating the static liquefaction triggering strength of cohesionless soils under sloping grounds is described for plane-strain boundary conditions and the results are compared with those back-calculated for several cases of static liquefaction flow failures. The proposed procedure incorporates variations in mode of shear and initial stress anisotropy in an empirical formulation based on in-situ penetration tests.     

黄河口不同强度粉土液化特性的试验研究

研制真空压缩装置以制备不同强度的粉土土样,并进行动三轴试验,测试不同强度粉土的液化特性。建立了土的强度与动剪应力比的关系,确立孔压增长模型及其参数,探讨土的强度和动应力对液化的影响。结果表明,（1）真空压缩装置制备土样过程中,土体超孔压在24 h内基本消散完毕,28 d贯入阻力达300～400 N,不排水抗剪强度达8 kPa,达到黄河口软弱土的强度;（2）土的强度与动剪应力比基本呈线性关系,且土的强度越高,孔压增长曲线越呈现上凸趋势,破坏时的孔压比也越大;（3）指数模型能够较好模拟黄河口粉土孔压增长情况,其中参数a和b分别位于0.77～5.63和0.17～4.65之间;对于孔压比上限,参数a, b分别为0.92和4.65;孔压比下限,参数a, b分别为1.25和0.89。     

石碑塬滑坡黄土液化特征及其影响因素研究

石碑塬滑坡是1920年海原地震触发的大型黄土流滑,认识其破坏特征与发生机制对于黄土边坡长距离液化失稳机制的研究非常重要。对石碑塬黄土滑坡的调查和研究表明,饱和黄土或高含水率黄土具有很高的液化势和流态破坏势,在强震作用下,饱和黄土易发生液化或流滑。对石碑塬滑坡的7组原状黄土样品进行振动三轴剪切试验,并结合其微观特征分析,探讨了循环振动荷载作用下的饱和黄土孔隙水压力-应变增长模型,分析了振动液化过程中液化应力比与黄土粒度组成、土体微观结构参数及饱和度之间的关系。结果表明：黏粒含量越低,振动作用下饱和黄土孔隙水压力响应越快,液化应力比越低;黄土孔隙比越大,孔隙结构分形维数越大,液化应力比越低,振动液化后黄土孔隙分形维数降低,结构较液化之前更为致密;饱和度对黄土粒间胶结物质的赋存状态及黄土结构强度影响很大,同一土体饱和度越高,溶滤于孔隙水中的离子浓度越高,土体粒间接触点（或胶结点）越容易发生断裂,使得黄土结构强度降低,液化应力比降低。