基于透明土的静压楔形桩沉桩效应模型试验研究

楔形桩是一种可以有效提高桩侧摩阻力的纵向变截面异形桩,然而针对该变截面桩沉桩效应特性方面的研究却相对较少。基于透明土材料和粒子图像测速技术（简称PIV）,开展静压楔形桩沉桩模型试验,测得沉桩过程中桩周土体的位移场变化规律;沉桩过程中桩周土体位移场由激光射入透明土材料,与透明土材料之间的相互作用产生的独特散斑场,通过CCD（charge-coupled device）电荷耦合元件相机成像处理而获得。同时进行了等截面桩的沉桩模型试验,并对等混凝土材料用量情况下楔形桩和等截面桩的沉桩效应进行对比分析。最后,将此试验结果与基于常规试验手段的静压楔形桩沉桩模型试验和圆孔扩张理论计算结果进行对比分析,验证了基于透明土材料的静压楔形桩沉桩模型试验的准确性和可靠性。研究结果表明,基于透明土材料和PIV技术可以有效地开展静压楔形桩沉桩模型试验研究;楔形桩静压施工过程中对桩周土的影响范围约为等混凝土用量等截面桩的1.2倍。     

沉桩挤土效应的模型试验研究

通过在软粘土中静力压入单桩和双桩的模型试验, 研究了沉桩挤土效应, 获得了沉桩过程中土体位移随水平和深度方向变化的规律, 并对压入单桩与双桩的试验结果进行了比较分析。     

沉桩挤土的防护措施及位移监测

在软土地区进行预制桩沉桩施工时，往往由于挤上效应造成邻近建筑物产生破坏。本文结合工程实例，提出通过采用取土卸压孔减少被保护建筑附近的挤土位移，结合信息化施工手段，是一种解决沉桩挤土效应的有效方法。本文还对土体位移监测成果进行了分析。     

现浇X形混凝土桩沉桩挤土效应现场试验研究

挤土型桩的挤土效应一直是工程界研究和关注的热点问题之一。结合南京长江四桥北接线段现浇X形桩软基处理工程,首次开展现浇X形混凝土桩（简称X形桩）沉桩过程现场试验,测得不同X形横截面方向、不同距离及深度处的水平位移、侧向土压力以及孔隙水压力的分布规律,研究X形桩挤土效应规律。研究结果表明,最大水平位移发生在桩顶,距离5倍等效桩径处的土体水平位移可以忽略不计;随着桩中心距的增加,挤土压力和孔隙水压力逐渐减小,并且尖角方向的挤土压力大于凹弧方向的挤土压力。现场试验数据为X形桩的布置形式以及桩间距的选择提供有力的设计参考依据。     

基于修正剑桥模型的挤密桩挤土效应分析

将挤密桩挤土过程视作沿桩长不变的一系列点位形成的球形孔扩张过程,把扩张过程中的桩周土体分为3个区域：流动破坏区、塑性变形区、弹性变形区。应用圆孔扩张理论,结合修正剑桥模型推导出了球孔扩张引起的土体应力、位移分布解析解。结果表明,挤密桩塑性区半径为桩半径的2.92倍,与试验结果基本吻合,验证了该分析方法的可行性。其结果可为挤密桩挤土效应的研究提供一种新的思路。     

被动桩侧土体位移场的透明土模型试验

常规室内模型试验中,土体侧向位移作用下桩身变形特性能够获得,而桩周土体内部的位移很难量测。因此,结合透明土材料、粒子图像测速(PIV)技术和光学测量系统,设计了侧向位移作用下被动桩桩周土体变形测量试验系统。通过非插入式测量,得到桩不同埋置深度下桩周土体的位移场。试验结果表明:相同侧向位移模式下,桩埋置深度越大,桩对桩前土体的遮拦效应越明显,中间与两侧土体的相对位移越大。基于模型试验的结果建立了数值模型,参数敏感分析表明土体侧向位移形状对桩前土体位移遮拦效应的影响程度依次为矩形、抛物线形和三角形,且遮拦效果随着桩径的增加而更加明显。     

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%。     

表面约束下的沉桩挤土效应数值模拟研究

采用数值方法对表面约束下的沉桩挤土效应进行了研究。以道路约束为例，讨论了不同宽度道路以及道路与浅基础共同约束时，对沉桩挤土引起的地表隆起及水平位移的影响，得出若干有参考价值的结论。     

夯扩桩成桩过程引起的挤土效应分析

夯扩桩在成桩过程中会产生挤土效应。通过采用柱形孔扩张理论，推导出砂土中形成扩大头时引起的挤土影响半径和土体位移，并对一工程实例进行了分析。     

基于扩孔理论的挤密砂桩复合地基桩土应力比计算方法

基于圆孔扩孔理论,考虑挤密砂桩挤密过程中砂桩本身的挤密体积变化,建立了砂桩桩身压缩模量的计算方法。采用Mohr-Coulomb屈服准则计算桩周土屈服区范围,同时结合桩间土的e-p曲线压缩理论,提出了基于扩孔理论的桩周土平均压缩模量计算公式,从而提出了考虑埋深影响的分层桩土应力比计算方法。结合越南河内-海防高速公路实际工程进行了计算分析,随着套管直径增大(0.5~0.6 m),挤密砂桩和桩周土的压缩模量都变小,但平均桩土应力比增大,从2.56增大至2.72,这符合《复合地基技术规范》中对于无实测资料时,桩间土强度低时桩土应力比取大值,桩间土强度高时取小值的规定。桩土应力比理论计算结果处于规范建议取值2~3之间。说明理论方法合理可靠,从而提高了挤密砂桩设计的科学性。     

应用圆孔柱扩张理论对预制管桩的挤土效应分析

假定预制管桩在沉桩时的挤土过程是一个有初始孔径的圆柱形孔的扩张过程,初始孔径等于管桩的内径,最终孔径等于管桩外径,应用前人提出的圆孔扩张理论对管桩进行弹塑性分析,得到塑性区半径、土体位移等解析表达式,也对实际工程中常遇到的土塞效应对该理论应用的影响进行了讨论,并对某电厂扩建工程中预制管桩施工引起的土体位移进行计算,通过现场监测,验证了上述解析表达式的合理性,得出可以参考该组解析解来预测预制管桩施工的挤土效应的结论。     

宝钢地区钢管桩土芯闭塞性状研究

开口钢管桩在沉桩过程中,桩端土一部分将进入管内形成"土塞"或"土芯",一部分则被挤进土的四周.土芯进入管内的高度,将直接影响桩的设计.土芯闭塞的研究具有代表性的有山原法、田岛法等.对土芯高度能否做到事先预估,就宝钢地区的钢管桩土芯闭塞的实测资料经过整理分析拟合得到D-η曲线,并与实测值及山原法作比较,得到较合理的预估值.重点讨论了在宝钢地区开口钢管桩的桩径D对η的影响,可推断其它桩径在这一地区的沉桩的土芯高度,土芯承担的荷载,钢管桩的应力场,位移场.亦为相似工程提供可能的参考.     

Analysis of rectangular piles subjected to lateral loads in nonhomogeneous soil using a Winkler model approach

An analytical approach using a Winkler model based on two lateral soil displacement components in a three‐dimensional soil is investigated to provide analytical solutions of horizontal response of a rectangular pile subjected to lateral loads in nonhomogeneous soil. The two lateral displacement components of a soil surrounding the rectangular pile are represented by the Fourier series of displacement potential functions in the elastic three‐dimensional analysis. The lateral stiffness coefficient of the rectangular pile shaft in nonhomogeneous soil is derived from the rocking stiffness coefficient taking into account rocking rotation of a rigid pile shaft. The relationship between horizontal displacement, rotation, moment, and shear force for the rectangular pile subjected to horizontal loads in nonhomogeneous soil is obtainable in the form of the recurrence equation. The formulation of lateral displacement and rotation for a rectangular pile subjected to lateral loads on the pile base in nonhomogeneous soil is proposed by taking into account Mindlin's equation and the equivalent thickness for soil layers in the equivalent elastic method. The difference of lateral behavior between square and circular piles subjected to lateral loads is insignificant. The effect of aspect ratio of the rectangular pile on the lateral behavior is great for the lower stiffness ratio between pile and soil and the larger length–equivalent diameter ratio. The effect of the value of Poisson's ratio of soil on lateral stiffness coefficient is relatively small except Poisson's ratio close to 0.5. The comparison of the results calculated by the current method for a rectangular pile subjected to lateral loads in nonhomogeneous soil has shown good agreement with those obtained from the analytical methods and the finite element method. Copyright © 2015 John Wiley & Sons, Ltd.     

桩锚直径等对水泥土桩锚墙支护影响

土体采用双曲硬化模型,水泥土桩墙和水泥土桩锚采用弹塑性模型,计算分析了水泥土桩锚直径和长度对水泥土桩锚墙支护结构的影响。计算结果显示,在计算条件下,桩锚直径大于400 mm时,桩锚在饱和软黏土中的置换、占位、加筋效果明显,控制墙顶水平位移和墙后土体沉降效果显著,桩锚直径小于200 mm时,将失去置换、占位、加筋作用,从而降低对墙后土体的主动加固效果。桩锚长度达到开挖深度的1.6倍时,能有效控制墙顶水平位移以及墙后土体沉降,桩锚长度超过1.6倍开挖深度以后,控制水平位移和墙后土体沉降的效果不明显。经与同一基坑的监测数据对比,计算值与实测值重复性好、规律性好。     

深厚软土中抗滑桩的修正悬臂桩计算方法

大面积堆填或开挖时深厚软土地层内部常产生较大滑移,这为该类地层中考虑桩土作用的抗滑桩分析带来较大困难。考虑深厚软土的滑移性状,针对既有悬臂桩法计算存在的问题进行修正,滑动面上部桩身受荷段的桩身荷载采用等腰三角形分布且极值点为极限侧土压力,设滑动面下部桩身锚固段上侧桩周软土为理想弹塑性以考虑软土大位移条件,下侧为弹性状态,并通过位移叠加原理对传统方法求解产生滑动面不连续的缺陷进行修正。通过现场桩侧堆载试验验证,修正悬臂桩法的弯矩和位移计算结果较好,桩顶位移误差小于3%,桩身最大弯矩误差小于10%。所提方法有助于深厚软土地层抗滑桩的设计和计算。     

斜边非轴对称位移边界下球孔扩张挤土分析

针对斜边非轴对称位移边界条件下的沉桩球孔扩张,将桩体贯入模拟为球孔扩张过程,在线弹性土体模型的基础上,通过对地表边界以及倾斜边界上应力修正的镜像法,改进现有直边非轴对称球孔扩张理论,得到了斜边非轴对称位移边界下的球孔扩张挤土位移解答,并分析边界倾角及球孔边界距离等因素的挤土位移规律。研究结果表明,边界倾角越小,倾斜边界对球孔挤土位移的影响也越小;球孔边界距离越大,其对挤土位移的影响反而越小。文中解答可为类似斜边工程挤土位移的控制及参数设置提供参考。