粉土中筒型基础贯入阻力的研究

筒型基础在海洋工程中应用广泛,贯入阻力的准确计算是筒型基础成功应用的关键。在海洋工程中,粉土是介于砂土与粘土间的特殊土,现有计算方法中将粉土等同于砂土,忽略了粘聚力c对贯入阻力的影响。文中开展了粉土中筒型基础的现场贯入实验,观测了自重下沉阶段与负压贯入阶段筒型基础贯入阻力与贯入深度的关系,提出了粉土中计算沉贯阻力的方法,并对不同筒端形式的减阻效果进行了深入分析。研究结果表明,采用现有规范方法计算粉土中筒型基础的贯入阻力值较实测值偏小20%,文中提出的两种方法不仅适用于计算粉土中筒型基础的贯入阻力,而且能够反映负压贯入阶段的减阻效果;尖筒端可使筒端阻力减少50%,减阻环可使筒侧摩阻力减少50%,但减阻环会破坏筒壁周围土体,形成渗流通道,导致负压失效。     

粉土中筒型基础贯入阻力的研究

筒型基础在海洋工程中应用广泛,贯入阻力的准确计算是筒型基础成功应用的关键。在海洋工程中,粉土是介于砂土与黏土间的特殊土,现有计算方法中将粉土等同于砂土,忽略了黏聚力c对贯入阻力的影响。开展了粉土中筒型基础的现场贯入试验,观测了自重下沉阶段与负压贯入阶段筒型基础贯入阻力与贯入深度的关系,提出了粉土中计算沉贯阻力的方法,并对不同筒端形式的减阻效果进行了深入分析。研究结果表明,采用现有规范方法计算粉土中筒型基础的贯入阻力值较实测值偏小20%,提出的两种方法不仅适用于计算粉土中筒型基础的贯入阻力,而且能够反映负压贯入阶段的减阻效果;尖筒端可使筒端阻力减少50%,减阻环可使筒侧摩阻力减少50%,但减阻环会破坏筒壁周围土体,形成渗流通道,导致负压失效。     

无黏性土中筒型基础负压下沉模型试验

筒型基础是海洋结构物特别是海上风力机的重要基础型式之一,其下沉阻力的研究是该种基础型式成功应用的关键。目前对于无黏性土中下沉负压的计算方法主要有以静力触探为基础的(CPT-Based)方法与基于贯入过程中筒体受力平衡的解析方法,但计算结果与工程实测数据均存在偏差。开展了3种不同厚径比筒型基础的负压下沉模型试验,测量了下沉过程中筒内外侧壁、端部土压力以及周围土体的孔压变化;分析了2种方法中计算参数对结果的影响,给出了推荐的参数取值范围;根据实测孔压与数值模拟结果建立了临界负压计算公式。研究表明：砂土中筒型基础负压下沉时筒土间摩擦系数约为0.2,推荐CPT-Based方法中的外侧摩阻力系数为0.002 6～0.007 0,内侧摩阻力系数为0.001,端阻力系数为0.2～0.6;解析法中侧向土压力系数介于静止土压力系数与被动土压力系数之间,端阻力承载系数为40;考虑土体渗透破坏保护机制的临界负压计算公式可以有效地提高筒型基础下沉控制的临界负压,更加接近实际情况。     

砂土中筒型基础沉放过程渗流特性和沉贯阻力研究

筒型基础的沉放是一项关键施工过程,沉放时土体在施工负压下产生渗流场,而渗流对基础筒壁的侧摩阻力和端阻力产生影响,导致沉贯阻力难以预测。针对这一问题,首先应用试验和数值模拟的方法,对筒型基础沉贯过程中的渗流特性进行分析,揭示筒壁两侧及筒端土体超孔隙水压力的分布;然后将分析结果应用于沉贯阻力的推导中,并对推导的公式进行验证。研究表明：筒型基础沉贯过程中,筒壁两侧土体的超孔隙水压力沿筒壁深度几乎呈线性变化,在接近筒端时出现非线性变化;不同的沉贯深度下,渗流对沉贯阻力的影响不同,随着沉贯深度的增加,减小的阻力占总沉贯阻力的比值越来越大;通过推导的理论公式计算的试验模型和实际工程的沉贯负压理论计算值与实测值吻合较好。     

基于现场试验的闭口静压管桩贯入层状地基桩端阻力研究

在以粉土与粉质黏土为主的层状土地基中,利用桩端装有全截面压力传感器的试验桩,连续高密度采集贯入全过程中的桩端阻力。根据多个贯入行程的桩端阻力曲线,明确了桩端阻力初始贯入土层的变化阶段及连续贯入同一土层的变化阶段,分为线性陡增段、非线性缓增段、平台段、非线性缓降段、线性陡降段;桩端连续贯入穿越多个土层界面时桩端阻力的变化阶段与初始贯入土层相比缺少线性陡增段;连续贯入时,前一行程的陡降初始值与后一行程的陡升终值较为接近,该值能够体现土体弹性压缩的极限,并可以通过土层静力触探Qc平均值进行推算,作为桩基设计依据;对同一土层的多次贯入,最大桩端阻力发生在该土层的初始贯入阶段。沉桩过程中的桩端阻力曲线与静力触探Qc曲线有相似性。分析发现,层状土中每层的最大桩端阻力与静力触探Qc平均值及标准贯入平均击数呈线性关系;稳态的残余桩端阻力与静力触探Qc值及标准贯入平均击数呈线性关系。提出了弹性极限桩端阻力、极限桩端阻力及残余桩端阻力拟合公式,其中极限桩端阻力拟合公式较经验参数法、静力触探法、极限平衡理论有较高的准确度。     

吸力式筒形基础沉贯过程的大变形有限元模拟

吸力式筒形基础在海洋工程中已获得越来越广泛地应用,其安装过程的数值模拟对指导工程实践具有重要意义。在大型通用有限元软件ABAQUS平台上建立了二维轴对称模型,基于ALE（任意拉格朗日-欧拉法）技术模拟了黏土中吸力筒的大变形沉贯过程。模拟过程利用了子程序VUFIELD控制土体的不排水抗剪强度和弹性模量随土体深度变化。参照离心机试验及理论计算,对模型进行验证。利用已验证模型分析不同吸力下沉贯阻力、土塞高度,并讨论了筒壁摩擦特性。数值计算结果表明,ALE技术能有效地模拟吸力筒贯入过程,避免网格畸变。贯入方式对贯入阻力影响很大,吸力式贯入阻力明显低于压力式贯入阻力。进一步研究发现,随着最终吸力值的增大,沉贯阻力会显著降低,土塞高度会显著提高。对内壁摩擦特性的研究表明,内壁摩擦阻力是导致沉贯阻力改变的主要因素,并且相比吸力式贯入方式,筒壁摩擦特性会对压力式贯入造成更大的影响。     

砂土地基中吸力式沉箱的极限沉贯深度分析

吸力式沉箱是广泛应用于离岸结构物中的新型基础形式,贯入分析方法的研究是很重要的课题。分析了砂性土地基吸力贯入过程中的渗流状况,得出了筒内壁的压降比率与贯入深径比的关系公式,分析评估了抽吸作用对筒内壁压降比率的影响,提出了砂土地基中吸力贯入阻力和地基极限吸力的简便计算方法,给出了砂土地基中极限贯入深径比的计算公式,分析了各种砂土地基中的吸力贯入极限深径比。不计筒体自重和抽吸效应影响时,这一比值介于2.1～2.5之间。     

筒型基础在粉质黏土中的静压沉放试验研究

筒型基础是一种常见的海洋基础型式,其成功地沉放就位是正常使用的前提。故针对筒型基础,在均匀粉质黏土中开展了不同长径比的模型静压沉放试验,得到了筒型基础在静压沉放过程中的筒端和筒壁内外压力的变化情况。试验结果表明:筒内压力呈双折线形式,筒外压力线性增加,筒壁的侧向挤压是产生筒内压力的主要原因,筒内的挤土效应明显高于筒外;筒外的挤土程度为上部小,下部大,并与土塞增长率IFR成线性关系;筒端阻力与土的强度直接相关。根据规范,基于不排水剪强度和静力触探(CPT)可较准确的计算筒侧阻力和端阻力,由于挤土效应的差异,计算筒内阻力时的?、kf要取较大值。在基础沉放过程中主要阻力由端阻转变为侧阻,静压阻力和土塞的发展对0.1~0.2 cm/s之间的下沉速度不敏感,长径比L/D在1~2间的筒型基础的挤土效应和阻力特性是相近的。     

筒型基础在粉质黏土中的静压沉放试验研究EI北大核心CSCD

筒型基础是一种常见的海洋基础型式,其成功地沉放就位是正常使用的前提。故针对筒型基础,在均匀粉质黏土中开展了不同长径比的模型静压沉放试验,得到了筒型基础在静压沉放过程中的筒端和筒壁内外压力的变化情况。试验结果表明:筒内压力呈双折线形式,筒外压力线性增加,筒壁的侧向挤压是产生筒内压力的主要原因,筒内的挤土效应明显高于筒外;筒外的挤土程度为上部小,下部大,并与土塞增长率IFR成线性关系;筒端阻力与土的强度直接相关。根据规范,基于不排水剪强度和静力触探(CPT)可较准确的计算筒侧阻力和端阻力,由于挤土效应的差异,计算筒内阻力时的?、kf要取较大值。在基础沉放过程中主要阻力由端阻转变为侧阻,静压阻力和土塞的发展对0.1~0.2 cm/s之间的下沉速度不敏感,长径比L/D在1~2间的筒型基础的挤土效应和阻力特性是相近的。     

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。     

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。     

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。     

静力触探机理研究

在均质粘土真型试验槽（深３．８ｍ，长４ｍ，宽３ｍ）中进行静力触探证实，粘性土中不存在砂土中明显的临界深度现象。粘性土层表层一般为一硬壳层，贯入阻力（ｑｃ，ｐｓ，ｆｓ）很高，然后随深度增加而明显降低，贯和到含水量不变的均质土层时，贯入阻力随深度的增加而有规律地增加，这是由于自重应力随深度有规律增大的结果，粘性土和砂土在抗剪强度构成上的明显差异是导致粘性土不存在临界深度的根本原因，从探头贯入的受力分析     

园锥贯入试验判别饱和砂土地城液化的应用效果

本文通过标准贯入试验与园锥贯入试验动贯入阻力的理论计算及标贯与园锥贯入的产对比研究，得到了不同的饱和砂土N与N63．5的相关换算系数，为园锥贯入试验判别和砂土地震液化建设了一种新的方法，从而解决了饱和砂土贝水后不易取得标贯试验数据的问题，并提出了应用园锥贯入试验来正确判别饮必砂土地震液化。     

用跨孔法测定的剪切波速度评价饱和砂土的液化势

多年来的室内研究和现场观察证明,饱和砂土的液化是和土的性质,作用于土上的初始应力,地震强度及共持续时间相关联的。以往都是从研究土的密度与地震应力之间的关系来预估砂土液化的可能性。例如,标准贯入试验和静力触探试验都是建立在贯入击数和贯入阻力与砂土的相对密度之间的经验关系的基础上的。西特(Seed)从理论上探讨了地震作用引起的     

考虑挤土效应的筒型基础沉放阻力数值分析及试验验证

鉴于传统的筒型基础沉放阻力计算公式或数值分析方法均没有考虑筒壁内外侧挤土效应的差异,对于窄深型或是带分舱板的宽浅型筒型基础,由于筒壁或者分舱板的约束作用,基础内侧挤土效应有时远大于外侧,用传统方式计算沉放阻力可能存在较大误差。为揭示筒壁内外侧挤土效应的差异情况,采用显式的任意拉格朗日-欧拉（ALE）方法,针对土体大变形和接触非线性等问题,建立了能够实现筒型基础动态、连续沉放过程的有限元模型,模拟出了筒壁内外侧挤土效应。数值分析结果表明,当入土深度与筒径比达1.6时,筒壁内侧压力可达外侧的10倍左右。通过分析下沉过程中筒壁内外侧土体位移及应力分布,阐述了筒壁内外侧挤土效应差异的机制。最后,提出了考虑挤土效应的筒型基础沉放阻力计算公式,计算与试验结果吻合良好,大大提高了筒型基础沉放阻力的计算可靠性。     

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。     

上海湖沼平原浅层硬土对单桩承载力的影响

从现有计算单桩承载力的方法出发,结合工程实践分析上海湖沼平原地区浅层硬土对预制短桩承载力的影响.上海泻湖沼泽平原地区的地基土层次分布与上海市区滨海平原有较大差别,存在较厚的浅部硬塑态粉质粘土和中密性砂质粉土层(称为浅层硬土),该层土具有压缩性低、承载力高的特点.通过现场静载荷试验比较了按现行规范计算单桩承载力和实测结果的差异,分析了浅层硬土中预制短桩的极限侧摩阻力,讨论了侧摩阻力和静力触探比贯入阻力的关系,所得研究结果可为今后相关场地的类似工程建设提供参考.     

砂土海床中海底管道贯入阻力演化特征及细观机制研究

理解海底管道竖向贯入过程是科学评估管道安装期间初始埋深及服役期间安全性和稳定性分析的关键。通过土工离心机模型试验,结合离散元数值分析研究了真实应力水平下不同密实度砂土中海底管道竖向贯入阻力演化特征及细观机制。研究结果显示,对于中密砂,管道贯入阻力曲线主要表现为硬化特征;对于密砂,贯入阻力曲线整体上呈现周期性软化特征,且埋深越大,软化程度越大。离散元计算分析表明,造成该现象的原因是不同密实度砂土中管道贯入的土体流动及破坏机制不同,且贯入阻力的演化与剪切带的形成与发展密切相关。利用现行海底管道设计规范评估密砂中管道埋深时应充分考虑其贯入阻力随深度的演化特征,当管道埋深初步评估大于0.1D(D为管径)时,应结合计算结果上下限值合理预测管道埋深。