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。      

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。     

预应力混凝土管桩桩土相互作用的有限元分析

以软土地区某桥梁基桩动载试验为背景,采用有限单元法对桩土动力相互作用进行了分析。采用等效线性模型模拟了土体材料的非线性,并考虑桩的材料阻尼以及桩土接触界面处状态非线性对动力响应的影响,并分析了桩的材料参数和土的参数对桩顶动位移的影响。分析表明,基桩弹性模量和材料阻尼对桩顶动位移有一定的影响,但基桩材料阻尼的影响很小,桩顶位移随桩侧土压缩模量和阻尼的增大而减小。     

多级荷载下弱膨胀土的膨胀变形特性试验研究

为研究压实弱膨胀土的膨胀变形特性,对取自高淳某边坡的弱膨胀土进行固结及浸水膨胀变形试验,研究了在300,200,150,100,75,50,25和12.5 kPa共8种上覆压力下不同初始干密度及初始含水率土体的固结及膨胀变形特征。试验结果表明:初始含水率及初始干密度对弱膨胀土的膨胀变形特性均存在一定的影响,在其余条件相同的情况下,膨胀土的膨胀变形量随着初始干密度的增大而增大,随着初始含水率的增大而减小。分析了膨胀土固结及膨胀变形过程的典型曲线特点,研究了不同初始干密度及初始含水率下土体固结与膨胀曲线膨胀区与压缩区分界点特征,得出在初始含水率相同时,分界点的上覆压力与分界点孔隙比及土体的初始干密度均呈正比关系。通过对土体试验数据的分析拟合,结合土体变形过程中的孔隙比与初始状态关系的推导,提出了弱膨胀土的膨胀变形量计算方法,结合工程包边法路堤填筑的荷载分布,采用分层总和法推导了工程包边法膨胀土路堤填筑的膨胀变形量计算方法,并用于路堤膨胀量的预估中。     

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。     

注浆成型螺纹桩抗拔承载特性的数值分析

注浆成型螺纹桩为一种利用施工工艺创新,结合钻孔灌注和二次注浆技术的新型螺纹抗拔桩型,目前已在软土地区开展应用。为了对其受力承载特性深入研究,使该桩型得到广泛推广,通过数值分析方法对其抗拔性能和承载机制进行了三维有限元数值模拟。首先,通过数值模拟桩-土界面室内大型直剪试验得到了有限元分析需要的桩-土接触面参数,而后将得到的参数带入注浆成型螺纹桩抗拔三维有限元数值模型,通过计算得到了不同距径比S/D（即螺距与桩径的比值）螺纹桩的抗拔荷载-位移曲线和轴力分布,并观察了抗拔过程中桩周土体塑性变形的发展。数值分析表明,螺纹桩与桩周土体的机械咬合作用增大了桩侧摩阻力,从而使桩体极限抗拔承载力较等截面圆桩提高约2～5倍;同时,其承载能力与桩体的S/D有关,当S/D取最优时,荷载-位移曲线的初始切向刚度最大,极限承载力最高,桩周土体形成的连续拱形破坏区域最大。     

竖向荷载下GRF承载机制数值模拟研究

岩土加固基础（geo-reinforcement foundation,简称GRF）是一种新型岩土增强型桩基础,其承载机制目前尚未明确。通过建立GRF的三维非线性模型,并考虑地基中的桩-土接触、锚杆-土接触效应,利用岩土专业计算软件FLAC3D,分析研究了GRF桩土变形以及土体屈服特性、桩身轴力变化规律、侧阻力和端阻力的变化规律。数值计算结果表明：GRF更能调动桩周土体来承载,其侧阻力、端阻力、极限承载力均大于等直径桩;由于锚杆作用,GRF的桩身轴力在锚杆附近出现“台阶式”突降;锚杆作用的发挥与桩顶位移密切相关,只有在桩顶产生一定位移条件下,锚杆才能发挥其承载作用,且土体在锚杆上部形成松弛区,在锚杆下部形成压密区;锚杆随桩体向下移动,与桩体相互作用,锚杆下部及锚杆附近桩体内会产生拉应力。研究结果为GRF在工程中推广应用奠定了一定的理论基础,对设计GRF有一定的参考价值。     

基于改进荷载传递法计算降水引起的基桩沉降

现有研究采用荷载传递法时均未计算桩体自重,若直接应用于国内软土地区超长桩基的沉降计算,其精度难以满足高速铁路线下工程严格的沉降控制要求。基于佐藤?悟双折线模型提出侧阻荷载传递函数的假定模式,引入桩体自重并对荷载传递法的基本微分方程进行修正和求解,结合降水引起的桩周土体沉降计算和基于端阻弹性模型的桩端土体沉降计算,获得地下水位变化诱发的基桩沉降计算方法;采用理论推导的基桩沉降解析解,并借助嵌入荷载传递函数的有限元方法,分别对单纯桩顶荷载作用和桩顶荷载与降水共同作用两种工况下的桩侧摩阻力、桩体轴力和基桩沉降进行算例对比分析;有限元计算因考虑了由桩体沉降产生的桩周土体附加竖向位移而与理论计算略有偏差,但两种方法计算结果的变化规律基本一致,验证了降水引起的基桩沉降理论计算公式的合理性及正确性。     

堆载条件下单桩负摩阻力模型试验研究

通过对粉土中混凝土单桩竖向静载荷的模型试验,分析了在桩周土堆载条件下,端承桩、摩擦端承桩在桩周土含水率变化时,桩侧摩阻力、桩端阻力的变化规律及不同土层的沉降、“中性点”位置和下拽力的变化。研究发现,摩擦端承桩“中性点”位置随桩周土含水率、堆载等级的变化而变化,在最优含水率附近,土层的下陷量较大,致桩体沉降量也大,故“中性点”的位置会有所上升;随着桩周土堆载的增大,桩周土对桩侧的下拽力也增大,桩体进一步下陷,使桩土相对位移反而减少,“中性点”有所上升。     

重塑膨胀土的三向膨胀力试验研究

用三向胀缩仪对南阳陶岔重塑膨胀土做了12个三向膨胀力试验,9个湿胀干缩试验和9个控制变形的膨胀力试验。试验结果表明,三向膨胀力不等,水平膨胀力小于竖向膨胀力;湿胀干缩使重塑膨胀土的膨胀力降低,第一次干湿循环后膨胀力减小最多;微小的位移可以使膨胀力大大降低,膨胀力与位移呈对数关系;给出了膨胀力与初始含水率和干密度的关系式。     

含水率对土工格栅与膨胀土界面拉拔性状的影响

含水率对土工格栅加筋膨胀土结构的运行具有直接影响,而国内外对其作用机制少有研究。为此,采用填土尺寸为600 mm×600 mm×600 mm的大型叠环式剪切仪进行一系列拉拔试验,研究了含水率对土工格栅与膨胀土界面拉拔性状的影响。试验结果表明,含水率对拉拔力与土工格栅位移特征、界面应力变形特征、界面强度参数等具有显著影响。含水率较高,土工格栅发生刚体平动的时间较早,刚体平动时的单宽拉拔力更接近峰值,界面更偏于理想刚塑性特征;含水率较低,界面似黏聚力较大;而含水率对界面似摩擦角的影响不显著。     

重塑膨胀土非线性强度特性及一维固结浸水膨胀应力-应变关系

采用南水北调中线工程南阳膨胀土和新乡膨胀岩重塑试样,开展一系列干湿循环后的强度试验和一维固结后的有荷浸水膨胀试验。试验结果表明,(1) 膨胀土强度随竖向应力增加表现出明显的两阶段特性,低应力状态与高应力状态下的强度指标差别很大;(2) 同一上覆压力下,膨胀土的有荷膨胀率随着初始含水率的增大而线性减小,随着初始干密度的增大而线性增大,分别给出考虑初始含水率、上覆压力双因素影响的膨胀率表达式和考虑初始干密度、上覆压力双因素影响的膨胀率表达式,给出膨胀土一维固结后有荷浸水膨胀的应力-应变关系。分析认为,(1) 膨胀土边坡多发生浅层滑动,应测定低应力状态下的强度参数用于边坡稳定分析;(2) 膨胀土边坡浅层部分和坡脚的压实度不宜过高。     

珊瑚砂地基中膨胀混凝土桩竖向受压承载性能研究

为研究珊瑚砂地基下膨胀混凝土桩竖向承载特性,开展了室内单桩竖向静载模型试验,分析了膨胀混凝土桩的单桩荷载-位移曲线以及轴力、桩侧摩阻力等沿桩长分布特性,与PLAXIS 3D软件数值模拟结果进行对比并探究了线膨胀率对承载特性的影响。结果表明：珊瑚砂中膨胀混凝土桩的荷载位移曲线呈现缓变型,在加载过程中,荷载主要由桩侧摩阻力承担,轴力随着深度的增加而减小,桩侧摩阻力随深度先增加后逐渐减小,随荷载的增加逐渐发挥作用。随着膨胀剂用量的增加,桩身线膨胀量逐渐增加,桩-土相互作用更加明显。添加25% HCSA型膨胀剂可提高近20%的极限承载力和56%的极限侧阻力,提高桩体线膨胀率可以有效提高桩的极限承载力和侧摩阻力。该研究可为珊瑚砂桩基工程设计提供参考。     

百色重塑膨胀土抗剪强度的试验研究

通过对不同初始含水率、不同干密度下百色重塑膨胀土直剪试验,研究了百色击实重塑膨胀土在不同垂直压力下的峰值强度和残余强度,分析了其抗剪强度的作用机制。研究表明：随着干密度的增加,土体的峰值强度增大,残余强度变化不大;随着上覆荷载的增加,土体的抗剪强度明显增加,表明物理处治技术填筑膨胀土路堤能保证其强度和稳定性;干密度对重塑膨胀土的峰值强度影响较大,而对残余强度影响很小;重塑膨胀土的残余强度与它的结构、应力历史、起始含水率没有关系,而只取决于黏土颗粒的形态、大小、含量和矿物成分等因素。     

膨胀土强度影响因素与规律的试验研究

针对同一种膨胀土,通过直剪试验和三轴试验研究了土体由无裂隙天然非饱和状态到无裂隙饱和状态再到裂隙充分发展的饱和状态的过程中强度的影响因素和变化规律。试验结果表明,含水率、密度以及裂隙是影响膨胀土强度的三个因素,其中含水率和裂隙对强度的影响较大,密度对强度的影响较小。膨胀土强度指标的确定应考虑裂隙的开展。建议用试样做5次干湿循环后的强度指标作为膨胀土裂隙发育区的强度指标。通过膨胀土残余强度试验分析表明,所得指标与裂隙充分发展的膨胀土强度指标是接近的,故也可用其作为裂隙发育区的强度指标近似值。     

南水北调渠坡膨胀土胀缩特性及变形模型研究

南水北调工程膨胀土渠坡变形受大气降雨、蒸发等干湿循环作用较为显著,揭示渠顶膨胀土在干湿循环作用下的胀缩变形和垂直位移变形特征,可为渠坡的稳定性评价与处治方案提供依据。利用膨胀土室内胀缩特性试验结果,结合垂直位移量、含水率、降雨量、蒸发量和气温监测等现场观测数据,分析渠顶位移量和影响因子间关联度,建立了干湿循环作用下渠顶膨胀土的竖向变形模型。研究结果表明,以含水率、降雨量、蒸发量等构成的胀缩因子与渠顶垂直位移呈负相关关系,胀缩因子引起垂直位移分量较小;温度因子与渠顶垂直位移呈正相关关系,对渠顶垂直变形有较大影响,是影响渠顶变形的主要因素;渠坡开挖（时效因子）在施工初期对渠顶垂直变形有一定的影响,开挖完成后对渠顶垂直变形影响甚微。     

结构性对膨胀土收缩特性影响的试验研究

膨胀土的收缩性明显,容易引发边坡与地基开裂,但有关结构性对收缩特性影响的认识甚少。采用收缩自动试验装置,在恒湿恒温条件下对原状膨胀土和重塑膨胀土开展了收缩对比试验和扫描电镜（scanning electron microscope,简称SEM）测试分析,结果表明：与原状土相比,重塑土在土中水流动阶段的蒸发速率较小,蒸汽扩散阶段收缩稳定速率较慢,最终体积收缩应变量更大;重塑土体积收缩−含水率关系曲线的线性段较长,斜率较大,直线段与稳定段之间的过渡不明显,而原状土则反之;重塑土和原状土的收缩特征曲线（soil shrinkage characteristic curves,简称SSC）在较高含水率段基本重合,随着含水率下降,重塑土的SSC下降更快,对应的含水率范围更宽,最后进入残余−零收缩阶段时,孔隙比明显较小;Chertkov收缩模型适用于原状膨胀土,但不适用于重塑膨胀土。SEM测试结果表明,原状膨胀土较重塑膨胀土具有更强的原生结构性,初始密度与湿度相同情况下,两者颗粒排列、接触方式、胶结状态、孔隙大小与分布特征等微观结构上差异明显,导致蒸发过程中重塑土的水分迁移速率较小、基质吸力较大,是重塑土收缩更剧烈的内在原因。研究结果可为膨胀土边坡的坡面工程防护设计提供参考依据。     

南阳膨胀土的工程地质特征和填筑适宜性

施工阶段的工程地质调查发现,宁（南京）西（西安）铁路内乡-镇平段南阳膨胀土成因类型上不仅有第四系冲积洪积粘土,而且发育上第三系湖相沉积粘土。不同成因的膨胀土具有不同的空间分布特征和工程性质,X射线衍射测试表明,南阳膨胀土的主要膨胀性粘土矿物是伊利石/蒙脱石混层矿物。物质组成和物理化学性质差异导致击实土在含水量变化条件下膨胀力和膨胀变形有明显的差别;对同一种膨胀土材料,其击实含水量越小,膨胀性越强,甚至含水量降低1 %～2 %,膨胀力就可以增加到200 %以上;击实膨胀土的直剪强度受到钙质结核含量的影响,对于膨胀势为高或强的膨胀土,结核含量小于15 % 时,经过干湿循环后直剪强度衰减量为40 %～65 %,结核含量为25 %～30 % 的强膨胀土直剪强度衰减量则低于30 %;对膨胀土的地质特征、工程性质、击实土的膨胀性和直剪试验结果进行分析,探讨其用于填筑铁路路基的适宜性,进行了填筑适宜性分级。依据研究成果制定的路基施工工艺取得了比较理想的工程效果     

弱膨胀土浸水变形特性及其预测

对取自江苏省淮安市的膨胀土进行了浸水后的膨胀变形和压缩变形试验。在竖向压力25~800 k Pa范围下,研究了不同初始含水率和初始干密度对浸水膨胀变形特性的影响。结果表明:浸水饱和膨胀变形量主要取决于初始干密度,且初始含水率也有一些影响;在相同的含水率下,膨胀变形量随着干密度的增加而增大;在相同干密度条件下,含水率越大,浸水膨胀变形量略微减小。根据各组的固结状态线和浸水饱和膨胀后状态线的交点,得出了介于浸水膨胀和浸水压缩的分界状态线,此线基本上不受初始含水率的影响,进而可以判定不同孔隙比、不同竖向压力下土样处于浸水膨胀还是压缩。最后,基于浸水变形试验结果,提出了一种简便的预测弱膨胀土在不同竖向压力下膨胀变形量的方法。