软土地区填砂竹节桩抗压承载性能研究

软土地区土体工程性质较差,土体所能提供桩侧摩阻力和桩端阻力较小,预制桩桩身材料强度无法充分发挥。在预制桩压入土体过程中灌入砂石能够改善桩周土体性质,提高桩-土接触面摩擦性能,从而提高桩基的抗压极限承载力。为了研究填砂竹节桩的抗压承载性能,进行了一组现场静载试验和ABAQUS三维建模计算,通过对试验和计算结果的分析可以得出以下结论：软土地基中填砂竹节桩的抗压承载性能相比常规等截面管桩有了显著提高;填砂竹节桩桩身轴力在竹节节点处减少幅度较大,竹节节点能够提高桩侧承载性能;软土地基中填砂竹节桩桩侧承载性能相比常规等截面管桩有了显著提高,且侧阻增大系数为1.15～1.40。     

砂-黏土双层地基极限承载力的数值研究

在实际工程中,常见天然的或通过人工换填形成的上部砂土、下部黏土的层状地基,目前关于这种双层地基极限承载力和破坏机制研究还不够深入。通过有限差分法建立双层地基数值模型,分析基底粗糙程度、砂土剪胀角和超载对地基破坏模式及极限承载力的影响,并根据有限差分法计算结果对强度加权平均法、应力扩散法和冲剪破坏法等现有实用计算方法的估算正确性进行评价。研究结果表明,基底粗糙程度对极限承载力的影响随着砂土内摩擦角的增大而减小;当剪胀角较小时,剪胀角变化对承载力的影响更为明显;当下层黏土强度较小时,超载的作用更明显。强度加权平均法由于低估破坏面影响深度导致砂土层权重较大,计算结果偏大;应力扩散法忽略了砂土剪切强度,在砂土层较厚时出现低估;冲剪破坏法由于可较为精确地计算砂土破坏面上抗剪强度和被动土压力,是3种实用方法中计算最准确的,当砂土厚度和黏土强度较大时,建议按太沙基经验公式对下卧黏土进行局部剪切破坏修正后确定极限承载力。     

Bearing Capacity of a Model Scale Footing on Crude Oil-Contaminated Sand

Onshore and offshore oil spills contaminate soil. In addition to environmental concerns for ground water pollution and other possible effects, the geotechnical properties of the contaminated soil such as the shear strength and the hydraulic conductivity are also altered. This note is a report of research in progress to evaluate the variation of the shear strength of a sand contaminated by a crude oil and thus the ultimate bearing capacity of shallow foundations. The limited results of the tests reported here relate to only one type of sand and one crude oil. The oil content was varied from zero to 4.2%. Results of direct shear tests for determining the soil friction angle are given. Along with these, laboratory model test results for the ultimate bearing capacity of a surface strip foundation supported by crude oil-contaminated sand are also presented. Based on these test results, the effect of oil contamination in drastically reducing the bearing capacity is discussed.     

横-竖立体加筋地基中附加应力的分析计算

建立了横-竖立体加筋（H-V筋）地基的有限元模型,通过分析地基中的竖向应力分布、水平向位移分布以及筋-土界面相互作用,发现横-竖立体加筋地基中的竖向应力在筋材下方出现扩散和重分布,并逐渐向土体下部传递,使得土体中整体的应力分布更加均匀;同时,横-竖筋材中的竖筋类似于一个侧壁,其提供的垂直侧向力约束了介于竖筋间的土体,限制了土体的侧向水平位移,使得地基中筋材上部土体的侧向水平位移变小。基于有限元模拟对横-竖立体加筋地基加固机制的认识,将横-竖立体筋视为作用在地基上的一维弹性地基梁,通过弹性地基梁理论,根据弗拉曼解推导求解了横-竖立体加筋地基中任意一点竖向附加应力的计算表达式。将模型计算结果与有限元模拟所得结果进行对比发现两者吻合良好。     

大型石化地基振冲碎石桩处理现场试验研究

针对大型炼厂工程地基处理的复杂性,开展了振冲碎石桩的现场试验。利用静力触探试验检测桩体密实度和判别饱和砂土液化。基于旁压试验、标准贯入试验和重型动力触探试验结果,分析了施工前后地基承载力和土体工程特性变化情况。以单桩和复合地基载荷试验结果验证了桩间土、单桩及复合地基的承载性能。研究结果表明,振冲碎石桩对桩长范围的砂土具有明显的挤密效应,工程特性和场地的均匀性在处理后有了明显改善和提高,有效地消除了桩长范围内砂土的液化可能性。静载荷试验结果表明,振冲碎石桩复合地基承载力能达到设计要求;振冲碎石桩对砂土层下卧黏性土层的加固作用不明显,部分深度范围内土体强度降低;当地面以下10 m内不存在厚度大于5 m的软土夹层时,较薄的软土夹层状对挤密加固其余深度的砂土未产生明显影响,对地基承载力影响亦较小。     

水位升降对粗砂地基承载力和沉降影响的试验研究

随着城市地下空间的开发和利用,地下水位埋深较浅的地区,例如沈阳市,在施工过程中需要降水,工程完毕后停止降水又使水位恢复。水位的变化可能会导致地基土抗剪强度的变化、地基的回弹或沉降、渗透破坏引起地表塌陷等岩土问题,尤其是地基承载能力和既有建筑物的沉降是工程设计中必须考虑的岩土问题。对于辽沈地区,大多数文献只给出定性的回答,但工程设计需要的是定量回答,这是本文的研究目的。本文通过模型试验模拟粗砂地基上的浅基础,通过静载荷试验、水位观测、水压力和土压力传感器测试等方法测试地下水位升降时,粗砂地基的承载力、土中应力及基础沉降等的变化规律,并对试验结果进行分析和数值仿真分析,提出了利用拟合公式的方法弥补数值仿真分析与模型试验误差的思路。研究结果表明,对于密实的粗砂土地基,其地基承载力特征值在地下水位上升前后会降低,降低幅度达26%,主要原因是地基土抗剪强度降低导致承载力减小;在基础上施加一定荷载后,无论地下水位升和降,基础都会产生附加沉降。水位升高4.3m,沉降为0.565mm,主要原因是地基土的承载能力降低。水位下降4.3m,沉降0.315mm,主要原因是地下水位下降导致土中有效应力增大;数值仿真分析结果表明FLAC3D 可以较好地模拟试验过程,可用拟合公式的方法修正饱和砂土出现的误差。     

浅埋管道水平横向作用下砂土极限承载力研究

断层、滑坡、液化等地质灾害引起的场地大变形对埋地管道结构安全产生严重的威胁。开展了中密砂中埋地管道−砂土水平横向相互作用的系列三维数值模拟,根据数值模拟的结果探讨了不同深径比下管−砂土横向相互作用时土体的破坏模式,研究了深径比对砂土极限承载力的影响。基于管周土体的破坏模式建立了简化计算模型,根据极限平衡理论推导了管道水平横向运动时砂土极限承载力计算公式。研究结果表明：极限状态下,浅埋管道周围土体形成延伸到地表的破裂面,轮廓线近似对数螺线;砂土的极限承载力随着深径比增加,最终在临界深径比处达到稳定;随着深径比的增加,土体发生剪切滑动破坏所需的管道位移也逐渐增大;由于横向承载力系数取值依据不同,国内外规范计算所得土体极限承载力差异较大;得到的解析解能够较好地预测中密砂土中浅埋管道水平横向运动时土体的极限承载力。     

Bearing capacity of sandy soil treated by Kenaf fibre geotextile

Bio-based materials are widely used recently in order to introduce a more sustainable construction material. Kenaf is a type of bio-based material that can be easily obtained in a tropical country, which could be a potential material to be utilised as a geotextile material because it has good tensile strength. The geotextile could be used to improve the bearing capacity of a loose soil. This paper presents a series of small-scale physical modelling tests to investigate the bearing capacity performance of Kenaf fibre geotextile laid on and inside the sand layer. A rigid footing was used to replicate a strip footing during the loading test, and sand was prepared based on 50% of relative density in a rigid testing chamber for ground model preparation. In order to treat the soil, Kenaf fibre geotextile was laid at four difference locations which are on the soil surface and underneath the ground model surface at 50, 75 and 100 mm deep. It was found that the usage of the Kenaf fibre geotextile has improved the bearing capacity of the sandy soil up to 414.9% as compared to untreated soil. It was also found that the depth of the Kenaf fibre geotextile treated into the soil also affects the soil performance.     

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。     

土工格栅加筋土地基平板载荷试验研究

在近年来的岩土工程实践中,土工合成材料加筋土技术得到越来越广泛的应用。采用平板载荷板试验方法,进行了多组加筋砂土地基模型试验,监测和分析了不同加筋材料（双向格栅与四向格栅）和加筋层数对土工格栅加筋土地基承载特性的影响。研究结果表明：土工格栅加筋土地基与无筋地基相比,承载性能得到改善,双层加筋明显优于单层加筋;土工格栅加筋限制了浅层地基的侧向变形,相同荷载下地基沉降减小,可恢复变形增大;模型试验中测得加筋材料应变和拉力很小,与土工格栅强度相比,拉伸模量对加筋土地基承载力的贡献更大。     

考虑砂土地基预制桩侧向挤土影响的单桩承载力分析研究

预制桩的沉桩过程产生了对桩周土体的挤密作用,桩周土体的力学特性发生了相应的改变,这种改变会直接影响预制桩桩基础的承载力。利用有限元计算分析方法对砂性土地基预制桩沉桩过程进行了数值求解,得到了桩周土体的位移和应力变化规律;在应力路径控制的三轴试验中,模拟土体在受到预制桩沉桩影响的应力状态,试验研究了标准砂在再受荷载作用时的力学特性;在荷载传递法中,运用桩周土体性质的变化试验结果,进行了有限差分数值分析,得到了考虑和不考虑挤土作用的单桩P-S曲线。研究结果表明：预制桩的沉桩过程对桩周土中的径向和轴向应力都有明显的影响,对径向应力的影响大于对轴向应力的影响;挤土效应提高了桩周土的剪切模量值和强度,影响范围大致相当;考虑沉桩侧向挤土影响单桩承载特性有明显的提高,现行的预制桩设计偏于安全。     

桩-桶基础抗拔承载力分析

根据新型基础一桩-桶基础在上拔荷载作用下的颗粒流模拟试验结果,分析了桩桶基础在上拔荷载作用下土体的破坏过程,并对颗粒流模拟试验的颗粒的破坏面进行拟合,提出桩桶基础的上拔承载力计算模式。桩-桶基础的极限上拔承载力由破坏土体侧表面抗剪强度在竖直方向投影的集合及其包围土体土重和桩-桶基础自重组成,建立了桩-桶基础的上拔承载力计算公式,分析了上拔承载力影响因素。     

开口桩中土芯形成、影响因素及判别方法研究

开口桩打桩过程中桩端土体进入桩管内形成土芯,土芯在大直径钢管桩、新研发的大直径现浇混凝土薄壁筒桩的作用不容忽视,通过闭塞效应土芯会提高开口桩的承载力,减小桩的沉降量。比较分析了目前国际上两种土芯闭塞效应定义方法,研究认为,从土芯破坏机制出发定义土芯是否产生闭塞效应更为合理;并从土芯的形成出发,探讨了影响土芯形成及闭塞效应的各种因素,如桩径、桩端土的承载力、土芯与桩内壁的摩阻力等,此外还应考虑桩端土体侧向水平应力的影响。最后讨论了ICP方法中砂土及黏土中开口桩土芯闭塞效应的判别方式,认为该判别方式过于粗略,不能很好地反映土芯闭塞情况。     

波浪荷载作用下斜向抗拔桩的承载特性分析

针对浮式海洋结构采用的桩基础,考虑土的循环软化效应,将软土的循环强度与Mohr-Coulomb屈服准则相结合,基于拟静力弹塑性分析建立了循环波浪载荷作用下斜向抗拔桩循环承载性能的计算模型,确定了斜向上载荷作用下抗拔桩的循环承载力,并与单调加载作用下的斜向抗拔桩的极限承载力进行了对比,进一步探讨了桩长、桩径、桩体模量及载荷循环次数等因素对斜向抗拔桩循环承载力的影响。研究结果表明：循环波浪荷载的作用导致了斜向抗拔桩土体循环强度的分布不均匀,从而降低了地基的循环承载力。斜向抗拔桩的动态极限承载力随循环次数的增加而降低,随桩长、桩径及桩体模量的增大而增大。     

静压桩承载力时间效应的研究进展

由于静压桩沉桩后桩周土重塑,静压桩承载力表现出随着休止期的延长而增长的特性。本文从静压桩沉桩后桩周土体内孔隙水消散固结的角度出发,对静压桩承载力时间效应的理论和试验分别进行归纳,结合孔隙水消散路径及固结模型,对桩周土体初始超静孔隙水压力大小及其分布特征进行总结,分析承载力各种测试方法的优缺点,对静压桩承载力的时效性进行深化研究,并探讨了不同地质条件、不同桩的类型对休止期内静压桩承载力的影响,进一步对基于实测数据得出的经验公式进行总结。讨论了基于不同本构关系模型的应力场及位移场解答和沉桩后孔隙水压力消散解答,在此基础上总结了桩基极限承载力理论公式;探讨了黏性土、砂土条件下,考虑超固结比、不排水抗剪强度和塑性指数比对桩基极限承载力系数A的影响,在此基础上归纳了桩基极限承载力经验公式。建议在经验公式基础上设置多重参数,以提升经验公式的精确度,并完善对不同桩、土类型的参数解答;利用BP神经网络,导入静压桩承载力相关参数,以得到针对不同地质条件、桩型、休止期的承载力最优解。     

Pseudo-static Seismic Bearing Capacity of Shallow Foundations in Unsaturated Soils Employing Limit Equilibrium Method

There exist many structures founded on unsaturated soil deposits. Shear strength augmentation due to the evolution of the matric suction within the unsaturated porous media enhances the bearing capacity of the overlying foundation. This paper presents the evaluation of the pseudo-static seismic bearing capacity of the shallow foundations resting on unsaturated soil deposits using limit equilibrium method. Adopting the Coulomb failure mechanism and Bishop effective stress concept, the bearing capacity equations are solved. The distribution of the matric suction beneath the footing is assumed to be linear. The results of the bearing capacity evaluation are validated against some experimental data found in literature for the static condition. For the seismic loading consideration, the pseudo-static method is utilized. The dual effect of the earthquake acceleration vertical component is thoroughly discussed and a suction transition point is introduced in which the minimum bearing capacity is observed to bear the same value for both upward and downward directions. The increase in the matric suction throughout the soil deposit leads to the increase in the soil shear strength, thus posing more resisting forces as well as higher ultimate bearing capacity. The offered solution is deemed a consistent and useful tool for the accurate prediction of the seismic bearing capacity of shallow footings resting on unsaturated soil deposits.

     

安哥拉罗安达湿陷性砂的载荷试验研究

安哥拉罗安达广泛分布的湿陷性砂（Quelo砂）,是一种对水十分敏感的特殊砂土,具有浸水后强度降低,并产生湿陷变形的特殊性质,由于缺乏相应的资料和工程经验,其湿陷程度和承载特性是评价的难点。本文通过天然和浸水饱和条件下的载荷试验,实测和研究了罗安达Quelo砂的湿陷变形特点和不同条件下的承载力特征。试验研究结果显示,罗安达Quelo砂是一种湿陷程度为轻微—中等的湿陷性土;Quelo砂的承载力对水分异常敏感,地基土含水率的微小变化即可导致承载力数倍的降低,且饱和后的承载力较小,试验场地浸水饱和后的地基承载力深度修正系数可取1.07。试验表明,在工程实践中考虑地基土含水率变化对地基承载力的影响,不采用消除地基全部湿陷量或部分湿陷量的方法,而将红砂地基当做一般地基进行设计是可行的。     

含浅层生物气砂土孔压静力触探试验研究

含浅层生物气的砂土是一类特殊的非饱和土,由于此类砂土中含有数量不等的生物气,生物气的存在对砂土的工程性质影响较大,使其有着有别于一般砂性土的特殊工程特性。本文采用孔压静力触探仪,对河湖相沉积的砂土是否含有生物气进行了初步判别,然后对生物气释放前后砂土的承载性能进行了现场和室内试验对比研究,认为在不发生渗透破坏的情况下,生物气的缓慢释放会提高砂土的承载力,有利于砂土上部建筑物的稳定。     

The effect of strength anisotropy on the bearing capacity of spudcan foundations

The vertical bearing capacity of spudcan foundations in strength anisotropic soils is investigated numerically using the MIT-S1 model implemented in the AFENA finite element package. The model in AFENA is validated against existing laboratory test data of normally consolidated soil. The bearing capacities of spudcans in soils with isotropic and anisotropic strengths are compared. Soil with isotropic strength is simulated using an elasto-plastic model. It is found that the bearing capacity of a spudcan in an anisotropic soil is reduced by about 9% for a rough spudcan and 3% for a smooth spudcan on average. There is a combined effect of soil anisotropy and spudcan roughness on the spudcan bearing capacity. Moreover, the effect of the pressuremeter strength of an anisotropic soil on foundation capacity can’t be ignored.     

统一强度理论在地基承载力确定中的应用研究

基于统一强度理论,考虑中间主应力对地基承载力的影响,给出了静止侧压力系数 条件下的地基临塑与临界荷载公式。结合实例,对基于统一强度理论和Mohr-Coulomb准则的地基承载力计算结果进行了对比分析。新的理论公式更为确切地反映了地基承载力的实质,有利于地基土体强度的充分发挥。基于河北境内177组不同土质地基的土性指标及载荷试验资料的统计分析,对中间主应力系数b的取值进行了深入细致的探讨,研究表明,对于粉土及黏性土地基,b的取值范围在0～0.5之间变化,理论计算所得地基承载力特征值与载荷试验实测值间的相对误差一般不超过5%