超孔隙水压力对低塑性黏性土桩土界面抗剪强度的影响

研究黏性土中桩土界面的抗剪强度及其参数受超孔隙水压力影响的规律,对工程实践具有重要意义。利用自制的大型恒刚度直剪仪,完成了一系列不同界面粗糙度、不同试样含水率和不同剪切速率试验条件下的直剪试验,分析了在不同试验条件下超孔隙水压力变化规律,进而得到考虑超孔隙水压力的桩土界面抗剪强度及其参数的变化规律。研究结果表明：随着界面粗糙度等级提高,桩土界面超孔隙水压力减小,桩土界面抗剪强度、有效黏聚力和有效摩擦系数增加;随着含水率的增加,桩土界面超孔隙水压力增加,桩土界面抗剪强度降低,含水率对桩土界面抗剪强度的影响主要是改变了桩土界面的黏聚力,黏聚力先增大后减小,对摩擦系数的影响较小;特定试验条件下,随着剪切速率的增加,桩土界面超孔隙水压力增加,桩土界面抗剪强度降低,桩土界面黏聚力先增大后又减小,变化幅度不超过2 kPa,对摩擦系数的影响较小。因此,桩土界面抗剪强度及其参数是界面粗糙度、试样含水率和剪切速率变化引起超孔隙水压力变化共同影响的结果,试验结果可供相关工程设计参考。     

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%。     

黏性土中静压桩沉桩过程现场试验及桩土界面桩侧土压力分析

为了揭示黏性土中静压桩贯入过程中桩土界面桩侧土压力的受力特性,依托山东东营某桩工程开展了现场足尺试验,得到了静压桩沉桩过程中桩土界面桩侧土压力随贯入深度的变化规律,分析了贯入过程中不同土层桩侧土压力的分布特性,明确了桩侧土压力在沉桩过程中存在明显的退化效应,探讨了桩土界面桩侧土压力与桩侧上覆土体竖向土压力的比值关系。结果表明：桩土界面桩侧土压力与土层性质密切相关;随着传感器贯入深度的逐渐增加,桩侧土压力逐渐增大,并且增大幅度随土层的不同而不同;在同一贯入深度处,桩土界面桩侧土压力存在明显的退化现象,粉土中的退化幅度明显小于粉质黏土中的退化幅度;同一土层中桩土界面桩侧土压力与桩侧上覆土体竖向土压力的比值为常数,并且粉土中的比值明显大于粉质黏土中的比值。     

粉土与粉质黏土互层中静压桩桩土界面孔隙水压力

为研究层状黏性土在静压桩沉桩过程中桩土界面孔隙水压力的分布规律,依托山东东营某桩基工程开展了现场足尺静压桩试验,分析了桩土界面孔隙水压力的变化规律,探讨了桩土界面超孔隙水压力的分布特征,明确了桩土界面孔隙水压力和超孔隙水压力的消散特性,并结合水力压裂理论和孔穴扩张理论,揭示了沉桩过程中桩土界面沿桩长方向超孔隙水压力的分布形式。试验结果表明：孔隙水压力、超孔隙水压力与土层性质密切相关,二者均在粉土层中增长较慢,在粉质黏土层中增长较快;在同一深度处,两者均存在明显的消散现象,在粉土中的消散程度明显大于粉质黏土中;采用水力压裂理论结合孔穴扩张理论计算的超孔隙水压力沿桩长方向的变化规律与试验值相吻合;桩身贯入深度越大,超孔隙水压力理论计算值与现场实测值越接近。     

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。     

桩土协同工作界面特性试验研究

文章简要分析了土与混凝土接触面上剪切破坏特性与破坏机理,并通过大量直剪试验研究了混凝土强度、土体含水量、固结压力等因素对接触面剪切破坏特性的影响以及接触面处应力应变关系.     

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。     

土工合成材料界面摩擦特性的室内剪切试验研究

采用自行研制的直剪仪和斜板仪研究了3种粗糙程度的HDPE（高密度聚乙烯）膜分别与砂土、土工布及土工复合材料之间的界面摩擦特性,进行了高垂直应力的直剪试验和低垂直应力下的斜板试验。通过对试验数据进行分析比较,认识了一些HDPE膜界面摩擦特性的变化规律及其影响因素,并对直剪试验结果与斜板试验结果之间的差异进行了初步的研究。     

不同地震动强度下珊瑚礁砂地基中桩-土-结构地震响应试验研究

珊瑚礁砂在地震作用下的场地响应受其特殊的工程性质影响。为揭示珊瑚砂场地桩基-地基-上部结构在地震作用下的动力响应特性,开展了不同地震动强度下珊瑚砂地基上3层框架结构群桩基础的振动台模型试验,对地基土和结构物的动力响应进行测试与分析,同时与可液化福建砂场地进行对比研究。结果表明:0.1g正弦波激励下,两种砂模型地基内各处超孔压比均远小于1,模型地基未发生液化;0.2g正弦波激励下,两种砂模型地基发生液化,珊瑚砂场地液化程度小于福建砂场地,液化后的珊瑚砂场地模型地基相比福建砂场地仍具有一定的剪切传递能力和刚度。0.1g和0.2g振动强度下珊瑚砂场地建筑物沉降、水平位移和立柱动弯矩相比福建砂场地较小。不同振动强度下桩基础出现动弯矩峰值的位置不同。     

沉桩挤土对孔隙水压力影响的试验研究

软粘土层深厚的地区进行预制桩沉桩将产生超静孔隙水压力的累积,过高的超静孔隙水压力使周围土体及建筑、地下管线等产生较大的变位,甚至产生破坏。以一次沉桩引起的超静孔隙水压力的原型试验,表明,单桩沉桩显著影响范围可达15m,沉桩引起的超静孔隙水压力水平可以达到甚至超过上覆有效土压力,并出现两个不同的相对稳定水平阶段。     

Nonlinear analysis of laterally loaded rigid piles in cohesive soil

This article presents a method for the nonlinear analysis of laterally loaded rigid piles in cohesive soil. The method considers the force and the moment equilibrium to derive the system equations for a rigid pile under a lateral eccentric load. The system equations are then solved using an iteration scheme to obtain the response of the pile. The method considers the nonlinear variation of the ultimate lateral soil resistance with depth and uses a new closed‐form expression proposed in this article to determine the lateral bearing factor. The method also considers the horizontal shear resistance at the pile base, and a bilinear relationship between the shear resistance and the displacement is used. For simplicity, the modulus of horizontal subgrade reaction is assumed to be constant with depth, which is applicable to piles in overconsolidated clay. The nonlinearity of the modulus of horizontal subgrade reaction with pile displacement at ground surface is also considered. The validity of the developed method is demonstrated by comparing its results with those of 3D finite element analysis. The applications of the developed method to analyze five field test piles also show good agreement between the predictions and the experimental results. The developed method offers an alternative approach for simple and effective analysis of laterally loaded rigid piles in cohesive soil. Copyright © 2011 John Wiley & Sons, Ltd.     

材料复合桩的现场承载性能试验研究

基于水平荷载作用下桩基的弯矩沿深度呈由上向下骤减的规律,将桩的上部设计为抗弯性能良好的钢管桩而下部为抗弯性能较弱的PHC桩,并选择适当的部位通过焊接等方式连接两种桩型。在现场进行锤击试验、水平承载力试验和连接部位抗弯性能试验,将复合桩的压应力、拉应力和水平承载力与材料允许值对比比较。结果表明,所选择的材料复合型桩充分发挥了材料性能,尤其在水平承载力方面表现突出,且不同材料桩型连接部位性能良好。试验结果为桩基的改进提供了新思路和试验依据。     

砂桩与水泥粉喷桩加固软土的试验分析

介绍了砂桩与水泥粉喷桩加固处理淤泥质粘土的设计与施工过程,在试验分析的基础上对两种处理方案的加固效果进行了比较,结果表明:该类软基用水泥粉喷桩加固效果较好.     

荆江段河岸粘性土体抗冲特性试验

粘性土体具有较强的抗冲能力,其抗冲性强弱决定了河岸的侵蚀速率。为了估算河岸的侵蚀速率,确定粘性土体的起动条件、侵蚀系数及两者之间的数量关系非常重要,为此开展了荆江段河岸粘性土体起动条件与冲刷特性的水槽试验研究。根据试验结果获得了粘性土体的起动流速与土体液限/自然含水率之间关系以及起动切应力与干密度、起动切应力与液性指数之间的定量表达式,综合反映了粘性土起动条件与其物理性质指标之间的关系;结合冲刷特性试验结果,还获得了土体侵蚀系数随起动切应力的变化规律,并与已有其他试验结果进行了比较。结果表明:荆江河岸粘性土侵蚀系数均比相同条件下其他公式计算值偏大,这与该试验土体中粘粒含量相对较低、土体结构受到扰动等因素有关;根据试验结果,拟合得到了荆江河岸粘性土侵蚀系数与起动切应力之间定量关系式,其相关系数R2=0.90,故该关系式能为荆江段崩岸过程的计算提供参考依据。     

考虑土体强度增长的黏性土地基承载力分析

近些年国内进行了多处的人工堆山工程,其特点是堆载分层施加、荷载分布面积大、施工期较长且总荷载非常大,常规地基处理不能满足堆山荷载对地基承载力的要求。结合堆山工程逐级施加的堆土荷载之间通常有较长时间间隔的特点,认为地基可在分级堆填间歇时间内发生一定程度固结有效应力提高,导致土体强度增加,因此地基承载力也产生相应的提高,利用固结引起土体强度增长导致的承载力提高是堆山工程成功的关键。应用有效应力法分析了土体固结引起强度增长的机制和计算,提出不排水条件下考虑土体强度增长的地基承载力分析方法,运用该理论对比分析了两个人工堆山工程案例,对堆山工程提出建议可供类似工程参考。     

饱和黏性土和砂砾石料振动孔压的试验研究

在国内外主要孔压发展模型的基础上,对某土石坝心墙防渗黏性土和坝基砂砾石料饱和试样进行动三轴试验,提出了两种材料的顾淦臣孔压模型,并对砂砾石料的孔压发展规律作了深入地分析,提出了不同固结比Kc时振动孔压比和振次比的函数关系。试验结果表明,动孔压随振动周数和振动强度的增加而增加,随固结应力比或初始剪应力比的增加而减小;无论等压或偏压固结,黏性土均不会出现动孔压ud等于围压力? 3c的液化现象,其孔压比Ru均小于0.5,多数试样Ru = 0.1~0.4;当等压固结Kc =1.0时,砂砾石料最终孔压值均可达到围压;偏压固结Kc ≥1.5后,试样是否达到Ru= ud /? 3c =1.0取决于动应力? d是否大于主应力差（? 1c－? 3c）,即? d是否形成拉应力,使试件伸长,但当Kc很大后,? 1c和? 3c相差太大,需施加非常大的? d才能使其应力应变反向,试样的大变形先于Ru=1.0的应力状态出现,即不可能达到初始液化;固结比Kc对不同土料动孔压的影响是不同的。     

Displacement interaction among energy piles bearing on stiff soil strata

This study presents an analysis of the displacement interaction among general configurations of energy piles bearing on stiff soil strata that are subjected to thermal loads. This work integrates recent analyses investigating the displacement interaction among predominantly floating energy piles subjected to thermal loads in deep uniform soil deposits. To address this challenge, design charts for energy piles resting on either infinitely or finitely rigid soil strata are presented, applied and validated for the analysis of the vertical displacement of predominantly end-bearing energy pile groups subjected to thermal loads using the interaction factor method.     

Long-term dynamic bearing capacity of shallow foundations on a contractive cohesive soil

The calculation of the long-term dynamic bearing capacity arises from the need to consider the generation of maximum pore-water pressure developed from a cyclic load. Under suitable conditions, a long-term equilibrium situation would be reached, when pore-water pressures stabilized. However, excess pore-water pressure generation can lead to cyclic softening. Consequently, it is necessary to define both the cohesion and the internal friction angle to calculate the dynamic bearing capacity of a foundation in the long term, being necessary to incorporate the influence of the self-weight of soil and therefore the width of the foundation. The present work is based on an analysis of the results of cyclic simple shear tests on soil samples from the port of El Prat in Barcelona. From these experimental data, a pore-water pressure generation formulation was obtained that was implemented in FLAC2D finite difference software. A methodology was developed for the calculation of the maximum cyclic load that a footing can resist before the occurrence of the cyclic softening. The type of soil studied is a contractive cohesive soil, which generates positive pore-water pressures. As a numerical result, design charts have been developed for long-term dynamic bearing capacity calculation and the charts were validated with the application of a real case study.

     

Reliability bearing capacity analysis of footings on cohesive soil slopes using RFEM

Reliability analysis of bearing capacity of a strip footing at the crest of a simple slope with cohesive soil was carried out using the random finite element method (RFEM). Analyses showed that the coefficient of variation and the spatial correlation length of soil cohesion can have a large influence on footing bearing capacity, particularly for slopes with large height to footing width ratios. The paper demonstrates cases where a footing satisfies a deterministic design factor of safety of 3 but the probability of design failure is unacceptably high. Isotropic and anisotropic spatial variability of the soil strength was also considered.     

黏性土桩间土拱效应计算与桩间距分析

土拱效应是安全经济地发挥抗滑桩等非连续支挡结构的支护功能的重要前提,桩间距与成拱作用密切相关。利用合理拱轴线几何特征与受压破裂角方位,通过力学概念分析,将黏性土土拱计算的平衡条件和强度条件综合简化为以拱脚处拱圈轴向压应力表达的形式。继而从最少且最易获得的土工材料参数（内聚力c、内摩擦角?）出发,根据轴向压应力与矢跨比函数关系,利用摩尔-库仑强度准则,推导了拱曲线与桩间距上下限的简便计算式,再以此进一步探讨了考虑土拱效应三维稳定的桩间距校核,并以工程实例验证,以对土拱效应的估算提供简便清晰的计算方法。