循环温度场作用下PCC能量桩热力学特性模型试验研究

PCC能量桩是河海大学岩土所开发的一种新型能量桩技术。在常规桩基静载荷模型试验基础上,将PCC能量桩放置在南京典型砂土中,并通过导热管内水体的循环对模型桩体施加温度场,以模拟PCC能量桩在实际运行过程中的承载力特性与受力机制,PCC能量桩先加载至工作荷载（极限荷载的一半）,再施加热-冷循环一次,最后加载至极限荷载,测得不同温度下PCC能量桩的荷载-位移关系曲线、桩身应力-应变关系曲线等变化规律。试验结果表明,能量桩换热过程中,热量更容易从桩体传向土体（即夏季模式的热循环）;热循环及制冷循环都明显改变了桩顶位移值,且往复循环作用下产生的塑性变形不能完全恢复,其积累变形可能危害上部结构安全;桩身受温度场作用产生的热应力相对较大,且不同约束条件下其变化值有所差异;在制冷循环下,桩底部甚至可能产生较大拉应力。     

工作荷载下温度循环对桩基变形与应力的影响分析

目前针对工作荷载下温度循环对桩基承载力特性的研究相对较少,基于室内模型试验方法,对饱和砂土中工作荷载下桩体在多次冷热循环作用时的承载特性和传热特性进行研究,测得温度循环作用下桩体和桩周土体温度、桩周水平土压力、桩体应变以及桩顶位移随时间的变化规律。试验结果表明,施加温度循环作用后桩体及桩周土体温度变化不大,桩周水平土压力也能基本恢复到初值,但在桩体内部则会产生较少残余应变,桩顶下沉并随着循环次数的增加不断累积,从而影响结构的整体承载能力。     

循环加载下X形桩竖向承载特性模型试验研究

实际工程中桩基经常受到各种动荷载作用,如高铁路基中的加固桩长期承受列车行车时产生的循环动荷载作用,桩基在循环荷载作用下的承载特性研究对动荷载下的工程设计至关重要。X形桩是一种在传统圆形截面桩基础上发展而来的新型异性桩技术,其承载机制不同于传统圆形截面桩。为了深入研究X形桩在循环荷载作用下的动力特性和荷载与沉降规律,开展了砂土中X形桩竖向循环加载大比尺模型试验。试验结果表明,随着循环加载的进行,X形桩顶产生累计沉降,且循环荷载比越大,加载频率越高,桩顶沉降越快;循环加载初期,X形桩顶动刚度降低,桩身轴力响应增大,桩侧摩阻力发生弱化,之后逐渐趋于稳定,且桩身下半段侧摩阻力较大;在同等加载条件下X形桩与等截面圆形桩相比,承受动荷载能力较强,桩侧摩阻力较大,长期循环加载作用下产生的累计位移较小。研究结果可为X形桩在动荷载作用下的工程设计提供参考依据。     

不同刚度约束对能量桩应力和位移的影响研究

能量桩是一种在传递上部建筑荷载的同时获取地热能源的新技术,其实际工作过程中,热荷载会引起桩体的膨胀或收缩,而桩顶建筑和桩底持力层则会对桩体变形产生约束,进一步影响桩体的应力和位移,但是目前对该问题的研究却十分有限。基于模型试验和数值模拟方法,对桩顶和桩底不同约束条件下两种埋管形式（单U和W型）的桩体位移和热应力进行了分析,并进一步探讨了位移零点随桩顶和桩底约束条件的变化规律。研究结果表明,随着桩顶上部荷载约束刚度的增大,桩体位移零点上移,桩体热应力随着深度增大而减小;随着桩端土体约束刚度的增大,桩体位移零点下移,桩体热应力随着深度增大而增大;相较于无外荷载,工作荷载作用下位移零点上移。     

能量桩单桩工作特性简化分析方法

基于荷载传递法,建立了热力耦合作用下能量桩单桩工作特性的简化分析方法。该方法中将桩-土荷载传递函数取为双曲线,采用曼辛法则模拟温度循环过程中桩-土界面的卸载和再加载特性,通过再加载过程中刚度的折减近似考虑塑性变形的积累。利用矩阵位移法求解控制方程组后可直接得到任意温度-力学组合作用下的桩体变形、桩身轴力、桩侧阻力和桩端阻力,无需事先假设温度位移零点的位置。通过与试验数据的对比分析,验证了所提方法的可靠性。结合算例,研究了能量桩的长期工作特性。结果表明,温度循环会造成自由桩的桩顶沉降增加,固定桩的桩顶应力减小,温度循环的影响与桩顶静力荷载水平和土体刚度的衰减程度密切相关。     

能量桩单桩工作特性简化分析方法

基于荷载传递法,建立了热力耦合作用下能量桩单桩工作特性的简化分析方法。该方法中将桩土荷载传递函数取为双曲线,采用曼辛法则模拟温度循环过程中桩土界面的卸载和再加载特性,通过再加载过程中刚度的折减近似考虑塑性变形的积累。利用矩阵位移法求解控制方程组后可直接得到任意温度-力学组合作用下的桩体变形、桩身轴力、桩侧阻力和桩端阻力,无需事先假设温度位移零点的位置。通过与试验数据的对比分析,验证了所提方法的可靠性。结合算例,研究了能量桩的长期工作特性。研究结果表明,温度循环会造成自由桩的桩顶沉降增加,固定桩的桩顶应力减小,温度循环的影响与桩顶静力荷载水平和土体刚度的衰减程度密切相关。     

能量桩单桩工作特性简化分析方法

基于荷载传递法,建立了热力耦合作用下能量桩单桩工作特性的简化分析方法。该方法中将桩土荷载传递函数取为双曲线,采用曼辛法则模拟温度循环过程中桩土界面的卸载和再加载特性,通过再加载过程中刚度的折减近似考虑塑性变形的积累。利用矩阵位移法求解控制方程组后可直接得到任意温度-力学组合作用下的桩体变形、桩身轴力、桩侧阻力和桩端阻力,无需事先假设温度位移零点的位置。通过与试验数据的对比分析,验证了所提方法的可靠性。结合算例,研究了能量桩的长期工作特性。研究结果表明,温度循环会造成自由桩的桩顶沉降增加,固定桩的桩顶应力减小,温度循环的影响与桩顶静力荷载水平和土体刚度的衰减程度密切相关。     

堆载作用下桩体弹性模量对负摩阻力性状的影响

简要分析了桩体弹性模量对于桩体负摩阻力特性的影响机制。低弹性模量桩身压缩是桩顶位移的主要组成部分。在这种情况下桩身压缩对桩的荷载传递影响很大。在复合地基中常用的低刚度桩的桩-土相互作用分析中应当考虑桩身压缩的影响。有限元分析表明,影响桩体负摩阻力特性的桩体弹性模量存在一个临界值,当桩体弹性模量大于此值时,可以忽略桩体弹性模量对桩体负摩阻力性状的影响;桩体弹性模量小于此值时,桩身压缩变形增大,会造成中性点位置上移,桩身中最大附加应力降低。这些变化随着桩体弹性模量的降低而加剧     

浅薄层湿陷性黄土场地单桩承载特性试验

为了分析浅薄层湿陷性黄土场地荷载对桩基的影响规律,设计了单桩未浸水和浸水加载试验。结果表明:浸水后黄土湿陷对桩体产生了负摩阻力,在桩顶荷载条件下使桩体沉降,桩身轴力及桩侧摩阻力均发生了显著变化。较未浸水工况,浸水后的桩体沉降量明显增大,当接近设计极限荷载时,桩体的沉降量发生突变,残余沉降量增大。浸水后桩体的轴力最大值位置由桩顶转换至桩顶下湿陷性黄土层,且轴力的峰值大于桩顶的荷载,桩体中上部位置轴力普遍增大,轴力最大值位置与中性点位置相对应,浸水后桩侧摩阻力体现出双峰特征。由此可见,湿陷性黄土场地浸水后的荷载对桩体的变形和受力均有较大影响,应在桩体的设计中综合考虑安全和经济因素来对荷载进行取值。      

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。     

大口径桩基工程钻机发展趋势初探

大口径桩基工程钻机因基础工程建设的蓬勃发展而获得迅猛发展,钻井技术和钻机应用水平达到了新的高度.通过对钻机技术的应用分析、钻机生产企业动向进行分析、研究钻机发展趋势,为机械厂桩基工程钻机的研发和产品结构布局提供建议.     

考虑沉桩效应的群桩非线性荷载-沉降解析

考虑沉桩效应对桩周土体力学特性的影响,采用指数函数型荷载传递曲线分别建立了静压桩的桩侧和桩端荷载传递模型。在此基础上,根据群桩加载过程中桩周土体的变形模式,基于荷载传递法描述桩-土界面的非线性行为,采用剪切位移法考虑群桩之间的相互作用,提出了考虑沉桩效应的群桩非线性荷载-沉降混合计算方法。通过开展离心模型试验对该计算方法解答进行了验证,研究了沉桩效应和桩-土界面非线性特征对群桩承载特性的影响。研究结果表明,沉桩效应对桩周土体起到挤密作用,使得桩周土体的强度和刚度增大,从而提高了群桩的承载特性。群桩加载过程中桩-土界面刚度随沉降变形而逐渐减小,使得群桩荷载-沉降曲线呈现出明显的非线性特征。     

抗液化排水刚性桩沉桩过程的土压力响应

抗液化排水刚性桩是一种将刚性桩与竖向排水体相结合的新桩型。基于某建筑桩基工程,开展了抗液化排水刚性桩和不含排水体的普通刚性桩的沉桩对比现场试验,采用了动态土压力传感器实时监测沉桩过程中桩周土体内产生的土压力响应,对比了排水桩与普通桩沉桩对桩周土体水平方向应力及有效应力影响的差异。试验结果表明：抗液化排水刚性桩能够有效减小沉桩过程对桩周深部可液化土体的扰动,在桩身近侧（距桩心0.6 m）深部埋深（-15 m）位置,排水桩的水平土压力响应峰值仅为普通桩的1/4;排水桩能够有效降低沉桩对可液化土层有效应力的影响,使桩周土体更加稳定;在单次沉桩过程中,对于浅部埋深（-5 m）,排水桩对桩周土压力峰值的影响作用较小,对于存在可液化土层的深部埋深（-10、-15 m）,排水桩对土压力峰值的有效影响半径可达4倍桩径。现场试验数据为抗液化排水刚性桩的桩间距选择提供了有力的设计参考依据。     

复合基桩与桩复合地基的区别

复合基桩和桩复合地基同时考虑了桩和桩间土共同承担荷载的作用。在设计参数时,又都同时采用了桩基础的两个抗力公式,但两者的设计及计算方法上是不同的,应用时不可混淆。     

静压沉桩桩体受力全过程数值分析

沉桩是十分剧烈的桩-土相互作用过程,沉桩过程中桩体受力形态对桩后期承载力和耐久性有重要影响。本文运用有限单元法对静压沉桩进行数值模拟,通过位移控制法实现沉桩,模拟计算沉桩过程中桩土径向压缩和竖向摩擦,对沉桩全过程桩体受力情况进行分析。结果显示,沉桩过程中桩主要承受竖向压应力,尤其沉桩后期桩顶部受到的竖向压应力较大。采用单因素控制法对影响桩体受力的各项因素进行分析,并对各影响因素进行相关性和敏感性分析。分析表明,静压沉桩过程中桩体受力与摩擦系数、内摩擦角、粘聚力和桩尖角呈正相关,与桩径呈负相关,桩尖角对桩体所受竖向应力敏感性较弱。     

大直径灌注桩的桩身完整性检测

桩身完整性检测的目的是查明桩的完整性,查清缺陷及其位置,以保证工程质量,不遗留事故隐患。常用的高、低应变,声波透射法三种动力测试方法在大直径灌注桩中所具有的特性及三种测试方法互为验证、多角度的分析研究可综合评价桩身完整性。     

劲性搅拌桩芯桩荷载传递规律理论研究

劲性搅拌桩是一种典型的复合材料桩,基于复合材料力学原理及明德林位移解,对劲性搅拌桩中芯桩轴向应力、水泥土桩-芯桩界面剪应力进行理论分析,得到了劲性搅拌桩芯桩轴向应力、界面剪应力的分布规律,并与现场试验结果进行对比分析,结果表明：该理论分析结果与现场试验结果规律是一致的,可与试验结果互为验证,对于分析劲性搅拌桩的工作机制具有一定的理论价值。     

夯实水泥土桩桩身压缩量对承载特性的影响

针对夯实水泥土桩的施工方法,在桩身埋设特制的应变传感器,测定桩身应变。基于试验测试数据,探讨桩身压缩量的计算方法,分析桩身压缩变形的分布规律及其对桩侧摩阻力的影响,并探讨不同桩长、不同水泥掺入比情况下,夯实水泥土桩桩身压缩量及其对承载特性的影响。研究表明,（1）对夯实水泥土桩,桩身压缩主要集中在桩身上部8 d（d为桩径）范围内,且变形速率变化较大,桩身压缩在桩顶位移中占比达80%以上;（2）桩身轴向荷载传递、桩侧摩阻力分布主要发生在此范围内;（3）桩身侧摩阻力分布非常不均匀,上部发挥较为充分,而下部发挥较少;（4）在工程常用水泥掺入比下,桩长大于12 d后,桩长径比和水泥掺入比的变化对桩承载特性影响不显著。     

锚杆抗滑桩桩侧地层抗力分布模式的试验研究

介绍了锚杆抗滑桩系统桩侧地层抗力分布规律的室内模型试验成果,试验共分3组,其中2组在坡体后缘加载,第3组采用千斤顶直接在桩后加载,桩身上各贴有一定数量的土压力盒,用以测定作用于桩身上的地层抗力。从3组试验中得出了锚杆抗滑桩桩身的荷载分布图,分析这些荷载分布图可以看出,对于锚杆抗滑桩来说,其滑面以下桩身的地层抗力主要分布在桩前一侧,与普通悬臂式抗滑桩计算模型中采用的地层抗力主要分布在桩背一侧的模式是不同的。根据试验结果给出了锚杆抗滑桩系统桩侧地层抗力的3种分布模式,并给出了桩前滑面以下部分被动抗力值的大致范围。     

夯实水泥土桩复合地基有效桩长与桩身强度关系试验研究

通过室内模型试验,实测得到水泥土材料的破坏形式、夯实水泥土桩复合地基桩土荷载分担比、桩土应力比、桩间土深层变形等承载及变形性状。给出了文中试验条件下,给定桩身强度的夯实水泥土桩复合地基的有效桩长或有效复合土层厚度,认为设计夯实水泥土桩复合地基时,应考虑桩身强度对承载力的影响桩体,设计应以桩身强度控制,使由桩身强度确定的单桩承载力大于（或等于）由桩周土和桩端土的抗力所提供的单桩承载力。