超长灌注桩桩-土界面剪切试验研究

为研究超长灌注桩桩侧与土体接触界面的剪切力学行为,采用大型界面剪切仪,开展混凝土与粉质黏土、粉细砂土接触界面剪切试验。针对钻孔灌注桩泥浆护壁施工特点及后注浆工艺的应用,在混凝土与粉细砂土界面设置膨润土泥皮或膨润土泥皮与水泥浆,以研究泥皮及存在泥皮时注浆对界面剪切性状的影响。试验结果表明：界面剪切应力随剪切位移增加逐步达到极限值,之后,剪切应力保持基本不变或出现软化现象;土体类型及法向应力大小对界面剪切力学行为具有较大的影响;粉细砂土-混凝土界面摩擦角与土体有效内摩擦角相近,存在泥皮时,界面摩擦角降低达40%,泥皮的润滑作用较大地削弱了界面的剪切性能;存在泥皮情况下,注浆后界面摩擦角较泥皮界面提高近1倍,水泥浆的注入不仅消除了泥皮产生的不利影响,也有利于进一步改善界面剪切性能,提高其抗剪强度;泥皮及注浆对界面剪切应力与剪切位移关系亦有较大的影响;界面剪切作用对土体具有一定的影响范围,并在接触界面附近土体中逐渐形成剪切破坏带,剪切过程中界面呈现出由剪切位移阶段逐步过渡至剪切滑移阶段;此外,在剪切过程中,不同界面类型的土体变形存在较大差异。     

基于突变理论的单根锚杆脱黏分析

针对工程中单根预应力锚杆的脱黏失效问题,基于突变理论提出一种研究的新思路。在建立简化力学模型的基础上,推导出锚固界面的非线性剪切滑移模型;视预应力锚杆为弹性体,根据弹性理论得出锚杆的总势能;引入突变理论,将锚杆势函数化简为尖点突变模型的标准形式,构建锚杆失效的临界判据,并进行脱黏分析。结果表明：所建非线性剪切滑移模型可以合理考虑锚固界面的软化特性;拉拔荷载作用下,锚杆杆体与周围注浆体的界面剪应力分布逐渐演化为单峰曲线,直至极限状态下整个锚固界面发生软化破坏;推导出的临界松动位移理论公式简单实用,可为研究单根预应力锚杆的脱黏失效提供参考。通过对工程算例进行验算分析,证明所提方法是合理可行的。     

预应力锚杆复合土钉墙支护体系增量解析方法

以预应力锚杆复合土钉支护体系受力变形为分析对象,假定潜在滑裂面为平面,并考虑土体分层开挖过程,将施加预应力作为一个施工工况,建立了预应力锚杆复合土钉支护体系受力变形的增量解析方法。锚杆预应力和设置位置影响分析表明,随着锚杆预应力值的增加,潜在滑裂面的倾角逐渐减小,对基坑整体稳定性的贡献先增大后减小;锚杆设置越低,增加预应力对基坑整体稳定性的贡献越大。通过实际基坑支护工程的数值模拟分析与施工过程监测结果的对比分析,验证了考虑预应力锚杆施工过程特点的复合土钉支护体系增量解析方法的合理性。     

基坑坑底稳定性的机会约束评估方法

采用极限平衡理论对基坑坑底稳定性进行分析的方法是根据“确定性”的土体性质、滑动方式计算其抗隆起稳定系数,将运动单元法理论应用于极限平衡理论,并考虑强度折减原理,建立了适应不同类型滑裂面形式的坑底稳定性分析的“确定性”模型,在此基础上,考虑到坑底土力学性能的随机性及其强度参数不能满足约束条件的随机性,建立了机会约束的可靠性分析方法。针对圆弧滑动面和普-瑞法滑裂面进行计算比较,分析了不同滑动面圆心位置、坑底荷载、支撑荷载对支护结构插入比的影响,以及随机约束函数的置信水平对插入比的控制作用。以一工程实例实现了上述分析思想与方法。     

有限压缩层地基上筏基沉降的边界元分析

基于有限压缩层地基模型和Reissner板的边界积分方程,考虑柱荷载作用区域的形状和筏板的横向剪切变形效应,建立了有限压缩层地基上厚筏基础与地基相互作用分析的边界元方程和系统的数值方法。对于弹性半空间模型,其柔度方程可视为有限压缩层模型的特殊情况。把筏板作为自由边界条件处理,被剖分为一系列三角形或矩形网格,假设基底反力在网格内均匀分布,以便与现有的地基沉降计算模式相一致。计算表明,虽然基底反力在内部网格相接处不连续,但并不影响计算结果,反而消除了边界基底压力计算值过大的现象。将该方法与其他方法的计算结果进行比较,显示了该方法的有效性。计算结果表明,对于实际复杂的筏板基础,无需划分太多单元即可得到较高的计算精度     

土钉墙地基承载力问题探讨

土钉墙墙底地基土的承载力验算是土钉墙支护设计的一项重要内容。国内的工程实践中,通常将土钉墙地基承载力与坑底土抗隆起验算合并考虑。针对具体案例,通过Plaxis3D有限元数值模拟,分析研究了土钉墙底部土体发生地基承载力失稳的破坏模式、破坏荷载以及土钉墙墙底应力分布特点等,探讨了依据我国相关规程进行土钉墙坑底隆起或地基承载力计算可能存在的问题。借鉴国外加筋土挡墙地基承载力计算的一般方法,将土钉墙作为荷载倾斜、偏心的刚性基础对待,利用荷载倾斜、偏心条件下传统刚性浅基础的地基承载力的Meyerhof解和Vesic解,对土钉墙地基承载力进行了计算和对比,通过对比发现,Meyerhof解更接近实际,据此,提出了土钉墙地基承载力计算的合理模式。     

水泥土桩复合土钉水平位移简化计算

在他人研究的基础上,将支护体系受力计算的增量方法应用到水泥土桩复合土钉支护体系中。根据土体开挖卸载效应和土钉拉力的形成机制提出了土钉力增量比例系数的确定方法,实现了水泥土桩复合土钉支护体系中土钉力的增量计算方法,从而有效地反映了施工过程对土钉受力的影响,使得土钉的受力计算更符合实际。通过简化,根据支护体系中水泥土桩和土钉之间的变形协调关系、土钉的受力变形相关关系以及水泥土桩的受力变形相关关系,提出了水泥土桩复合土钉支护体系基于增量方法的水平位移计算模式。最后,结合工程实例,将该方法的计算结果与实测结果进行了对比,结果显示该方法是可行和有效的。     

均质土体中土钉受力的极限分析上限法

土钉支护是加固机制上的锚固机制,土钉支护的受力和变形是随施工过程逐步变化的。采用追踪施工过程的增量计算方法,并将稳定性分析与土钉轴力计算相统一,根据稳定性要求来计算土钉受力,是土钉支护中土钉受力计算的合理途径。考虑到土钉支护中土与土钉共同作用以及潜在滑移面处土钉受力的特点,在土钉支护的稳定性分析中可以采用极限分析上限方法。根据上限方法中的相容速度场以及土钉受力与位移的关系,可确定在上限分析中每一开挖工况下土钉轴力增量的比例关系。应用上限方法的能量方程进行每一开挖工况下土钉支护稳定性的计算,即可优化求解出每一开挖工况下的土钉所需提供的能量耗散,而后依据上述确定的增量比例系数,即可求得该开挖工况下的土钉轴力增量,而各开挖工况下土钉轴力增量的积累即为最终土钉轴力。通过工程实例计算表明,上述方法是准确和有效的。     

下部扩大段复合桩抗拔承载力设计方法与试验研究

下部扩大段复合桩是一种新型抗拔桩,采用理论分析与现场试验相结合的方法,分析了下部扩大段复合桩抗拔作用机制,提出了该桩型单桩抗拔承载力理论模型及计算参数。结果表明：在一定上覆土层厚度条件下,下部扩大段桩侧阻力受到上端阻力作用的影响得到增强,试验条件下采用经验参数法进行计算时的发挥系数可达1.6;上部非扩大段抗拔承载力受到扩大段上端阻力的影响得到减弱,发挥度有所降低;上部非扩大段桩径相对扩大段较小时,仅可考虑扩大段桩侧阻力和上端阻力进行下部扩大复合桩抗拔承载力计算;通过与试验对比,验证了模型和理论方法的可靠性、实用性。该研究成果可供工程设计参考。     

部分锈蚀钢筋混凝土结构动力特性的数值分析

钢筋的锈蚀将使其有效截面面积减小,并导致钢筋与混凝土间的粘结性能退化,进而对结构的动力特性产生一定影响.采用有限元分析方法,对钢筋发生锈蚀后的钢筋混凝土框架结构的动力性能进行了数值模拟,探讨了钢筋混凝土框架结构在不同位置发生钢筋锈蚀损伤时结构固有频率的变化情况.结果表明:结构的固有频率不仅与钢筋锈蚀程度有关,还与锈损位置密切相关.