静压桩桩-土界面滑动摩擦机制研究

静压桩侧阻力的实质是桩-土之间的摩擦,但其机制研究并未使用目前成熟的摩擦学理论。系统地介绍了摩擦学中黏着摩擦机制和变形摩擦机制,进而利用其分析解释静压桩桩-土界面的滑动摩擦机制,并得到较好的效果,为桩侧摩阻力的研究提供了新的思路。研究结果表明,桩-土之间的干摩擦是外摩擦;沉桩过程中桩-土之间的滑动摩擦是泥浆润滑下的湿摩擦,从而使桩侧阻力远小于载荷试验时的桩侧阻力;沉桩停顿使压桩力急剧增大的主要原因是：泥浆润滑膜的消失使桩-土之间的摩擦从湿摩擦变为干摩擦;载荷试验在桩破坏前桩-土之间的摩擦是干摩擦;桩端附近桩侧阻力强化的主要原因是：桩端土的强度提高引起桩端附近切向力的增大,从而导致桩-土之间摩擦系数提高。     

土工格栅与土界面作用特性试验研究

土工格栅与土的界面摩擦特性指标是加筋土工程设计的关键。通过分析土工格栅与土的界面摩擦作用和进行了直剪摩擦试验和拉拔摩擦试验,测试了两种试验条件的界面摩擦特性。在两种试验条件下,土工格栅加筋土复合体的抗剪强度均有界面摩擦角φsq和界面凝聚力csq,且土工格栅与土相对位移量的不同,其复合体的强度机理有区别。在拉拔摩擦试验中,剪应力峰值强度对应的剪切变形值高于直剪摩擦试验中剪应力峰值强度的剪切变形值5～10倍以上。两种试验均有其适用性,而土与土工格栅的相对位移较小时直剪摩擦试验较能反映实际;土与土工格栅相对位移较大时土与格栅双面均发生相对位移,拉拔摩擦试验更为合适。随法向应力的增大,直剪摩擦和拉拔摩擦试验的剪应力峰值以及剪应力峰值对应的位移均提高。直剪摩擦的剪切速度小,剪应力峰值强度高,且达到峰值强度的剪切位移大;增加剪切速度,剪应力峰值强度降低,且对应的位移也减少,其原因是界面上的孔隙水压力消散和筋材的应力松弛。应根据具体工程的需要选择直剪摩擦试验和拉拔摩擦试验确定设计参数。     

颗粒滚动-滑动转换机制及摩擦系数的试验研究

颗粒间的滑动、滚动摩擦对其微观、宏观动力特性有很大的影响。在颗粒流体动力学研究中,对颗粒介质的滑动摩擦已有深刻的认识,而对滚动摩擦及其与滑动摩擦间相互关系的研究还需进一步深入。滚动摩擦的影响因素较多,且作用机理复杂,至今没有形成统一的理论。通过颗粒滑动–滚动摩擦试验,分析了颗粒表面粗糙度和形状对颗粒摩擦力的影响,初步研究了颗粒滚动–滑动摩擦的转化机制。试验结果表明：颗粒在不同的粗糙度和不规则形态影响下表现出滑动或滚动的不同运动形式,并呈现出一定的转化特性。该试验还进一步测定了颗粒滑动、滚动摩擦系数,定性地分析了颗粒的表面粗糙度和几何形态对它们的影响。     

加载次序引起的负摩阻力桩摩阻力分布的变化

简要分析了加载次序对于负摩阻力桩基桩土相互作用影响的机理。采用有限元方法计算比较了这种差异。计算结果表明,加载次序的变化会引起桩身摩阻力分布、中性点位置和下拉力的变化。桩身摩阻力的分布差异主要是桩身上部负摩阻力的大小,负摩阻力先出现时的负摩阻力值较小,这种状况在各级桩顶荷载下不会改变。负摩阻力先出现时,中性点的位置比较低,两者的差距随着桩顶荷载的增大而变得加大。负摩阻力先出现时下拽力小于桩顶荷载先施加的情况。这对于负摩阻力桩基检测的研究和应用是有益的。     

桩顶荷载对负摩阻力性状影响的现场试验

负摩阻力是桩周土体沉降产生的桩附加沉降和下拽力的综合效应。为了研究不同的桩顶荷载对负摩阻力基桩性状的影响,在同一个试验场地上,对不同桩顶荷载作用下完全相同的3根桩的负摩阻力性状进行了现场测试。测试结果表明,桩顶荷载对于桩的负摩阻力性状有明显影响。随着桩顶荷载的增加,负摩阻力引起的桩附加沉降越大,桩周土体沉降引起的负摩阻力就越小;负摩阻力引起的下拽力也随着桩顶荷载的增加而减小;中性点位置随着桩顶荷载的增加而上升。这对桩基负摩阻力特性的研究是有益的。     

基于纳米划痕试验的砂岩结构面宏-微观摩擦系数关系研究

基本摩擦系数是影响岩体结构面抗剪强度的重要参数。常规室内试验方法所确定的基本摩擦系数往往受矿物成分、温度等因素影响,为系统揭示结构面的基本摩擦性质,分别研究了砂岩宏观摩擦系数与微观摩擦系数,并建立了两者的关系。首先,通过X射线衍射、纳米压痕试验确定砂岩矿物组分与力学参数。其次,采用倾斜试验、直剪试验开展摩擦系数的宏观尺度研究,对规格为10 cm×10 cm×5 cm的平直结构面试样开展直剪试验,分别施加1、2、3、8、12 MPa的恒定法向应力,研究表明,摩擦系数随法向应力增加呈对数降低趋势,随剪切速率增加呈对数增长趋势。再次,采用纳米划痕试验开展摩擦系数的微观尺度研究,研究表明,低荷载条件下,长石矿物摩擦系数随荷载增加表现出先降低后保持不变的趋势,石英矿物摩擦系数随荷载增加表现出先降低后增加的趋势;此外,随着剪切速率的增加,两种矿物的摩擦系数在低荷载条件下呈增长的趋势,在高荷载条件下基本保持稳定。最后,基于摩擦系数的宏-微观摩擦系数试验结果,采用速度-状态摩擦（RSF）定律建立红砂岩基本摩擦系数与矿物摩擦系数的线性回归方程,并通过直剪试验验证了该经验关系的可靠性,其误差范围为0.17...     

深长摩擦桩的非局部摩擦分析

本文对Oden等提出的非局部摩擦模型进行了修正,并利用Mindlin问题的位移解导出了深长摩擦桩侧阻力的弹性解,对深长摩擦桩进行非局部摩擦分析,将所得的侧阻力与局部摩擦下的侧阻力进征比较,结果表明是合理有效的.     

水力振荡器降低摩擦阻力影响的分析

在斜井钻进中,钻具基于重力影响会自然贴合下井壁,并与井壁产生静摩阻,滑动钻进中则进一步演变为托压现象,常导致工具面摆置困难、机械钻速降低、单趟钻进尺减少等问题;若活动钻具不及时,则有可能引发钻具粘卡事故,严重时可致单井报废。因此,降低摩阻、减缓托压已然成为安全钻井的重要环节。摩阻大小由钻柱自重在井眼轨迹法线方向上的分力和静摩擦系数来决定。在滑动钻进中,技术人员往往通过向泥浆中添加润滑剂或进行短起下（目的为修整井壁）等方式来降低静摩擦系数,从而达到降低摩阻、减缓托压的目的。由经典物理可知静摩阻大于滑动摩阻,因此,可以通过把静摩阻转化为动摩阻来减缓托压。通过摩阻成因分析、水力振动器作用机理及其在苏里格气田、玉门油田和大庆油田等多口井的现场使用情况来评价水力振荡器的使用效果,并通过玉门油田鸭K1-7井现场试验来分析水力振荡器使用中的注意事项。     

堆载下单桩负摩阻力工作性状非线性数值分析

利用三维非线性数值方法对一算例在堆载作用下桩侧负摩阻力进行了计算分析。计算结果揭示了摩擦型、端承型桩负摩阻力工作性状的异同;分析了堆载速度、桩顶荷载对负摩阻力的影响:堆载越快,负摩阻力越小;在无桩顶荷载作用下,由负摩阻力引起的下拉荷载最大,可视为常规方法设计的上限值;桩顶荷载与堆载施工顺序对负摩阻力的影响也很大,先施加桩顶荷载,后进行堆载所产生的负摩阻力最大,反之最小。     

高桩码头桩基负摩擦力现场试验研究 ——上海洋山深水港工程现场试验

高桩码头接岸结构中的桩基础,在抛石的作用下将产生负摩擦力。通过支撑桩及自由桩上负摩擦力的现场试验研究,获得抛石过程中基桩内力随深度变化的基本规律。抛石过程中基桩上的负摩擦力主要产生在抛石段。同时,抛石作为附加荷载,将引起下方软弱土层的固结沉降,桩土之间产生相对位移,从而在抛石段下方一定范围内也产生负摩擦力作用。承台荷载对负摩擦力的大小和分布有着重要的影响。提出的负摩擦力分布规律和采用有效应力法计算层状土负摩擦力的公式,可为桩基础的设计,尤其对水下单面抛石施工的设计及采取消减负摩擦力的措施提供依据。     

负摩阻力的概念与案例分析

负摩阻力在岩土工程领域中占有重要的地位，在工程实践中特别是桩基工程中，负摩阻力日益受到重视。近几年全国注册土木工程师专业案例考试中不断有关于负摩阻力的试题出现，只有正确地理解负摩阻力的概念，深刻领会《建筑桩基技术规范》（JGJ94—94）的相关规定，明确负摩阻力产生的条件，掌握负摩阻力及下拉荷载的计算步骤，在注册考试中合理应用计算公式得到正确的结果。通过对三个关于负摩阻力案例的分析，明确了各种类型习题的关键所在，为以后的应试和工程实践打下良好的基础。     

基于主应力旋转的黏性填土挡墙土压力

填土水平墙背竖直光滑的挡墙,墙后土体处于以自重应力和水平应力为主应力的应力状态。实际工程中,挡墙背面与土体存在一定的摩擦及黏结力作用致使挡墙附近土体中的主应力发生偏转,此时,经典朗肯土压力理论不再适用。本文对挡墙附近土中的主应力状态进行旋转处理,通过分析墙后填土中应力状态摩尔圆,得到了考虑墙土摩擦和黏结力作用的黏性填土挡墙主被动土压力计算公式,分析了填土内摩擦角与墙土摩擦角对土压力的影响,使用算例将本文方法所得结果与现有黏性土土压力计算方法所得结果进行了对比分析。结果表明,朗肯土压力公式是本文所得计算公式的特例;随着墙土摩擦角和内摩擦角的增加,被动土压力逐渐加快增大;主动土压力随着内摩擦角的增加而减小;当内摩擦角较小时,主动土压力随着墙土摩擦角的增大不断减小,当内摩擦角较大时,主动土压力随着墙土摩擦角的增大先减小后增大;土内摩擦角的影响大于墙土摩擦的影响;相对于现有方法计算结果,本文方法所得主动土压力较大,被动土压力较小,墙土摩擦越大,2种方法所得结果的差值越大,土黏聚力还会加大这一差值。本文方法考虑了墙背土体主应力方向偏转的客观事实,所得计算结果将更符合实际情况。     

灌注桩侧摩阻力发挥模式的研究

桩侧摩阻力的发挥主要与桩周土的力学性质、侧向有效压力、桩土的相对位移量、桩土的接触性质、时间效应等有关。采用双曲线侧摩阻力发挥模型,通过分析上海某地区灌注桩的现场试验实测资料,提出了双曲线模型的计算参数取值范围。此外,对桩侧摩阻力的时间效应也作了初步探讨。结果表明：采用双曲线函数对灌注桩侧摩阻力与相对位移间的变化关系进行拟合是合理的;由于各级荷载下桩体沉降同样具有时间性,桩侧摩阻力同时具有明显的时间效应     

沉井侧壁摩阻力室内试验研究

沉井侧壁摩阻力的大小和分布是沉井结构设计以及助沉方法选择的依据。目前,其计算方法带有较强的经验性,计算结果与实际情况往往存在较大差异。为了进一步认识和掌握其分布规律,研制了能够直接测量沉井侧壁阻力的微型摩阻力仪,并对其准确性、稳定性和可靠性进行了验证;然后,利用该仪器以及静态应变测试系统等电测设备开展沉井下沉阻力的模型试验。试验表明：随着入土深度的增加,沉井侧壁摩阻力的变化特征可分为3个阶段,在第1阶段,侧壁摩阻力随深度的增加接近线性增加;在第2阶段,随着深度的增加,侧壁摩阻力总体仍是上升的,但其上升速率则有所降低,在下沉一定深度后,摩阻力达到峰值;在第3阶段,侧壁摩阻力随入土深度的增加而逐渐减小。运用极限分析理论,对上述变化规律的原因进行了分析。上述试验及分析成果可作为现场原位测试数据的补充,两者共同为沉井下沉阶段的侧壁摩阻力计算研究提供基础数据支持。     

沈阳地区砂土碎石土层抗拔桩承载力的试验研究

通过沈阳砂土地区旋挖成孔抗拔桩的现场静载试验、钢筋应力测试等试验,研究单桩抗拔承载能力、侧摩阻力的分布规律,得出以下结论：按地层年代划分土层确定侧摩阻力比按岩性名称划分更为合理;压浆前、后增强段侧阻力增强系数约在1.15～1.62之间;扩径支盘现象可以使局部摩阻力发挥较大,但也限制了其下部一定桩长范围内摩阻力的发挥.     

颗粒材料底面动摩擦系数特征研究

离散态颗粒物质具有明显不同于普通固体的界面摩擦特性,而摩擦系数是界面摩擦特性的主要表征参数之一。通过倾斜仪开展不同级配条件下颗粒材料的滑动摩擦试验,基于视频图像解析以及函数拟合方法,建立滑动位移与滑动时间的最佳函数拟合关系,分析滑动过程的加速度并推算底面动摩擦系数,研究颗粒粒径、质量配比等级配因素对颗粒材料底面动摩擦系数的影响。研究结果表明:(1)各级配颗粒材料的平均底面动摩擦系数随着运动时间的增加均呈线性减小趋势;(2)对于单粒径材料,与粗颗粒相比,细颗粒具有较大的底面动摩擦系数;(3)对于双粒径材料,随着细颗粒含量的增加,颗粒材料的平均底面动摩擦系数先急剧降低至最小值(细颗粒含量≤40%),后急剧增加(细颗粒含量40% ~60%),最终增加趋势明显变缓(细颗粒含量≥60%)。     

岩石试样的强度准则及内摩擦系数

岩石是一种非均质材料并含有各种缺陷,利用岩样的应力应交全程曲线可以确定理想强度,在排除岩样缺陷后讨论峰值强度与围压的关系,即强度准则。通过岩样剪切破坏后保持轴向变形恒定降低围压试验,可以确定岩样由摩擦力维持的承载能力随围压的变化关系。比较峰值强度和残余强度随围压变化关系的异同,可以研究岩样屈服过程中内摩擦系数的变化情况,以及内摩擦力对岩样变形特性的影响。粉砂岩试样在峰值应方时内摩擦系数已经达到最大值,峰后只是粘结力或者说是材料强度的降低过程,围压对变形没有明显影响。大理岩试样屈服过程中内摩擦系数不断增加,而内摩擦力的增加量与围压有关,高围压时只有材料强度完全丧失之后,由内摩擦力达到岩样的承载极限。内摩擦力系数随屈服过程增大,是岩石由脆性转交为廷性的根本原因。      

Statistical analysis of friction sleeve length effects on soil classification

The cone penetration test (CPT) provides profiles of the tip resistance, sleeve friction, and pore water pressure encountered while penetrating the subsurface. These parameters are used either directly or indirectly to classify the soil types present and to obtain geotechnical design parameters. However, fundamental discrepancies exist in the manner by which these parameters are measured. This paper describes the results of a study that shows the sleeve friction measurement introduces unnecessary redundancy due to the length of the standard friction sleeve compared to the measurement increment. Further, the high sleeve length to measurement increment ratio results in filtering and smoothing of the friction data, thereby causing the variability of the friction between the soil and the cone sleeve to be underestimated. The importance of understanding the role of the sleeve length on measurements is demonstrated using synthetically generated friction profiles and estimating the profiles that would be measured using sleeves of different lengths. Differences in how the soils are classified as a function of the sleeve length used to obtain each profile are illustrated. Solutions are presented to validate the synthetic sleeve friction profiles, to demonstrate the filtering and smoothing effects of the friction sleeve on the data, and to explain the implications of the sleeve length on soil classification. Copyright © 2004 John Wiley & Sons, Ltd.     

The effect of normal stress-friction angle relationship on the stability analysis of a rockfill dam

Summary Accurate stability analysis must consider the variation of the angle of friction of rockfill with the confining pressure. In reality, with increasing depth of a rockfill dam, the apparent friction angle decreases, whereas near the surface it tends to be higher. Conventional methods which employ a constant friction angle throughout the depth of a rockfill shell often yield a lower factor of safety (conservative) for shallow slip planes. On the contrary, they produce a higher factor of safety for deepseated slips subjected to increased normal (confining) stresses. This paper compares the constant friction angle approach with the variable friction angle method based on the stability analysis of a large rockfill dam, and the associated practical implications are discussed. In the latter analysis, the effect of normal stress on the friction angle of rockfill is incorporated through experimental observations.     

钻孔变截面灌注桩的荷载传递特性

以某一工程钻孔变截面灌注试桩为例,采用三维有限元分析方法,研究了相同土质条件下,变截面桩和等截面桩在竖向桩顶加载方式下荷载传递机理的异同;并通过引入相对摩阻力R_τ,进一步分析了桩型对桩侧摩阻力发挥程度的影响。结果显示:相对摩阻力R_τ等于1.0,表明桩侧摩阻力充分发挥;相对摩阻力R_τ大于1.0,表明桩侧摩阻力表现为强化现象;相对摩阻力R_τ小于1.0,则桩侧摩阻力表现为软化现象。