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。     

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。     

扩底楔形桩竖向抗压和负摩阻力特性研究

扩底楔形桩是基于结合常规扩底桩和楔形桩的优点而开发的一种新桩型,能同时提高桩侧正摩阻力和桩端阻力,并能有效降低土体沉降引起的负摩阻力对基桩的影响。简要介绍了扩底楔形桩的受力机制和施工方法;基于FLAC3D有限差分软件,通过针对实际工程的数值模拟验证数值模拟的可靠性,对该新桩型在竖向抗压和负摩阻力特性方面的力学特性进行了初步探讨,并与等体积混凝土的常规扩底桩、楔形桩和等截面桩进行了对比分析;进而研究了桩端土体与桩周土体模量比、楔形角、扩大头直径以及桩体模量等因素对扩底楔形桩力学特性的影响。研究结果表明,同等级地面堆载作用下,扩底楔形桩中桩侧负摩阻力引起的桩顶下拽位移最小、桩身下拽力值介于常规楔形桩和扩底桩两者之间。     

填海造地嵌岩桩负摩阻力探讨

本文探讨在填海造地时,欠固结淤泥场地对嵌岩桩产生的负摩阻力计算方法与中性点的确定原则。     

竖向荷载作用下桩筏基础可视化模型试验研究

进行了群桩基础可视化模型试验。在试验过程中对各级竖向荷载作用下群桩基础桩、土的变形采用高清晰数码相机拍摄了照片。通过对照片进行后处理分析,得到了桩、土的位移场,也对桩身轴力也进行了量测,在该基础上研究了群桩基础的变形性状和破坏模式,重点分析对比了桩间距和桩长对桩端土体沉降以及桩身侧摩阻力的影响。试验发现,桩距是影响桩土相对滑移量的主要因素,桩距越大,桩身与土的相对滑移量就越大,桩端刺入量也越大。在柔性筏基下,随桩距增加中桩的桩土相对滑移量可能会大于边桩。桩端刺入量是大桩距桩基础主要的沉降构成,以桩端刺入量为研究对象建立一套大桩距基础新的沉降计算理论,似乎值得进一步研究。桩顶向上刺入（可通过设置褥垫层、桩顶预留净空或设置可压缩垫块来实现）有利于桩间土的压密,减小桩端刺入量,甚至改变破坏模式。     

桩基设计中考虑负摩阻力时中性点位置的确定

从负摩阻力的定义出发,以某工程为实例,确定了中性点的位置,其结果与规范取值相符合,并分析了该工程中负摩阻力的影响。     

礁灰岩嵌岩桩的模型试验

援建马尔代夫的马累－机场岛跨海大桥项目作为我国“一带一路”的经济建设规划之一,桥梁桩基坐落于与我国南海珊瑚礁岩土体结构极为相似的珊瑚礁中。由于国内外开展珊瑚礁嵌岩桩的设计经验不足,故需要通过试验方法获取珊瑚礁嵌岩桩的承载特性和相关数据。对取自马累岛和机场岛桥基位置的礁灰岩岩芯开展室内桩基承载特性试验研究。测得礁灰岩的密度、相对密度、饱和单轴抗压强度、三轴剪切强度等基本物理力学指标,结合礁灰岩中嵌岩桩模型试验结果,获得模型桩承载力随桩端位移的变化规律。试验结果表明：桩岩界面先后经历弹性剪切、剪应力跌落和摩擦剪切3个阶段。在弹性剪切阶段,界面剪切变形以弹性变形为主,极限弹性位移 呈现出随弹性模量E增大而递减的趋势。在剪应力跌落阶段,应力软化急剧,并很快过渡到界面的摩擦剪切。通过试验发现,在低围压下,礁灰岩的残余侧摩阻力与饱和单轴抗压强度呈正相关关系。随着围压增大,残余侧摩阻力受围压影响较大。     

不同堆载形式对群桩负摩阻力的影响

在既有桥墩桩基础周围土体堆载时,会引起土体的沉降和侧向变形,进而在桩身产生负摩阻力,对桩基变形及承载性能有很大影响。为研究围载和单侧边载作用下群桩中不同位置桩基的受力差异,以3×3群桩基础为研究对象,进行围载和单侧边载作用下的模型试验,分析了不同位置桩基轴力、侧摩阻力、中性点位置和基桩承载力安全系数等的变化规律及差异。研究结果表明：围载工况下,角桩的轴力、侧摩阻力最大,边桩次之,中心桩最小;中性点位置角桩最深,边桩略高,中心桩距桩顶最近。边载工况下,靠近边载侧和中间一排桩基轴力、侧摩阻力与围载时的变化规律类似,远离边载侧的一排桩基受边载影响较小,无负摩阻力;各桩基中性点位置变化规律类似于围载工况。与围载工况相比,边载时同一位置桩身轴力、负摩阻力均较小,中性点位置较高。与单侧边载工况相比,围载时各基桩承载力安全系数FS均较小且随荷载的增大衰减梯度较大。该研究成果为不同堆载形式下群桩基础的设计提供参考。     

颗粒图像测速技术在桩基负摩阻力模型试验中的运用

在桩基负摩阻力的研究中桩土位移需重点关注。作为一种成熟的流场测试手段,颗粒图像测速(paticle image velocimetry, PIV)技术已逐步推广至岩土研究领域,将该技术运用至桩基负摩阻力模型试验,可以弥补传统位移测试方法无法获得位移场分布等缺点。基于试验特点,设计由钢板和有机玻璃壁组成的试验箱,采用千斤顶配合置于土表的载荷板实现对土体加载。试验中,对不同土表超载作用下的土体分层沉降、桩身沉降及轴力进行测定,采用PIV技术对桩端处砂土的位移场实施了采样分析。试验表明,PIV所测位移数值与传统方法测得值吻合较好,PIV分析结果能够直观反映桩基受负摩阻力作用而产生的附加沉降;并且可以判断桩端沉降的影响范围,深度方向基本不超过1.75D（D为直径）,水平方向则基本在桩底边界范围内。最后,总结了PIV技术在模型试验中的运用,提出了几点在今后试验中可待改进的地方。     

现浇X形混凝土桩竖向承载性状模型试验研究

为研究现浇X形混凝土桩的荷载沉降特性及其荷载传递机制,利用河海大学的大型试验模型槽开展X形桩的足尺模型静载荷试验。通过在桩身设置的钢筋测力计及在桩底埋设的土压力盒,实测了在竖向荷载作用下X形桩与土相互作用时的工作性状。试验结果表明：X形桩的荷载沉降曲线为缓变型;桩侧摩阻力与桩端阻力随桩顶沉降的增加均呈递增性;但随着桩顶荷载的增加,桩侧摩阻力分担桩顶荷载比例却呈递减性,其分担桩顶荷载比例由初期的约90%下降到极限状态时的70%左右,而桩端阻力分担桩顶荷载的比例呈递增性,其分担桩顶荷载比例由初期的约10%上升到极限状态时30%左右。研究成果可为今后竖向受荷X形桩的设计与研究提供重要参考。     

湿陷性黄土场地湿陷下限深度与桩基中性点位置关系研究

湿陷性黄土场地的湿陷下限深度与桩基中性点位置密切相关,为了解决桩基设计方案不当问题,如何准确判定湿陷下限深度显得十分重要。在系统分析并总结宁夏固原桩基系列浸水试验、兰州和平镇黄土浸水试验及其他地区桩基浸水试验研究成果的基础上,揭示了黄土湿陷下限深度与桩基中性点位置确定的相互关系,得出了以下研究成果：（1）指出了均质黄土现场浸水试验水的竖向渗透深度是有限的（一般为20～25 m）,现场黄土湿陷发生的下限深度也是有限的,不宜按室内试验的湿陷系数确定的下限深度来直接评判;（2）给出了室内湿陷性评价试验中湿陷系数 或自重湿陷系数 随地区和深度变化的取值建议,同时,建议在湿陷量计算时引入深度修正系数和地基土浸水机率系数,初步给出大厚度湿陷性黄土场地不同地区湿陷下限深度评价系数 ,可以有效减小湿陷性评价的室内外差异;（3）由室内试验计算确定的湿陷下限深度偏于保守,导致桩基设计过分夸大了负摩阻力的不利作用,造成桩基设计承载力偏低;（4）大厚度湿陷性黄土场地桩的中性点最深位置不宜大于20～25 m,湿陷性评价下限深度小于20 m的场地,宜按评价深度确定中性点位置;给出了桩侧负摩阻力估算方法,并建议桩基负摩阻力平均值取20～35 kPa为宜。     

桩基负摩阻力沿桩长变化的试验研究

结合中国移动甘肃定西分公司新城区移动通信综合楼项目,在大厚度自重湿陷性黄土场地上进行长时间的桩基浸水载荷试验（试桩直径为800 mm,桩长26 m,试坑深度为2 m）,对不同深度下、不同范围内的桩侧负摩阻力的变化特征以及土体的沉降过程进行分析。试验结果表明,特殊浸水条件下桩侧负摩阻力沿桩身出现多个峰值,并且正、负摩阻力出现交错分布的现象,无法给出建筑桩基技术规范[1]规定的平均负摩阻力值;桩周土体沉降量亦沿桩身出现多个峰值,并且其变化趋势直接影响桩侧正、负摩阻力沿桩身交替变化的走势;中性点位置并未得出建筑桩基技术规范[1]所提供的单一参考值而是沿桩身出现了多个中性点;黄土的实际湿陷情况是分段发生湿陷的,而不是如传统观点所述在单一中性点以上突然出现整段湿陷。     

桩基负摩阻力时间效应试验研究

由于黏土固结缓慢,桩基负摩阻力存在明显的时间效应,然而目前相关研究仍显不足。设计实施了能实现桩顶加载及较大超载值的单桩及双桩负摩阻力模型试验,桩周土采用砂土和软黏土夹层,测定了模型桩身应力、桩顶位移以及土体分层沉降随固结时间的变化。试验结果显示,沉降、负摩阻力具有明显的时间效应。土表超载作用下土体沉降带动桩沉降,桩与土体的沉降均表现出早期快、后期慢的趋势。试验加载初期,黏土夹层处的负摩阻力略小于砂层,但随土体固结而增长,其基本变化规律与沉降相同。因桩端砂土层沉降稳定迅速,中性点随桩身沉降增长略呈上移趋势。此外,相同荷载作用下桩间距较小的双桩,由于下拉力较小,其沉降较小。试验条件下,3D桩间距的负摩阻力群桩效应系数在0.71～0.77之间,6D桩间距时不存在负摩阻力群桩效应。     

论桩的中和点和中性点的Gan-Chen模式求解法

桩的中和点和中性点的问题,直接关系到在垂直荷载作用下单桩实际承载力的计算.半个世纪以来,各国土力学家均致力于桩的中性点的试验研究,得到的桩中性点在0.5L～0.9L(L为桩的入土深度)范围内.关于桩的中和点问题,现有教科书和文献资料均未提及.笔者应用黄金分割原理建立的Gan-Chen模式,能正确地计算出:桩的中和点在0.382L处;中性点则在0.618L处.     

水平荷载下纵截面异形桩承载特性试验

针对纵截面异形桩（扩底桩和楔形桩）、等混凝土用量常规等直径桩的水平向承载特性进行对比模型试验研究,测得不同水平荷载等级下扩底桩和楔形桩的内力、变形、极限承载力和桩侧土压力分布等变化规律特性;初步探讨3种桩型的水平极限承载特性和桩侧土压力分布规律。考虑纵向截面异形效应,基于水平土抗力与水平位移（p-y）曲线法建立纵截面异形桩水平向承载特性理论计算方法,进一步分析弯矩分布规律,并开展影响因素分析。研究结果表明,在当前试验条件下,等混凝土用量楔形桩的水平向承载力比等直径桩的高,砂性土和黏性土中楔形桩水平向极限承载力约分别为等直径桩的1.25倍和1.33倍。相关研究成果可为今后类似土层下水平受荷纵截面异形桩的设计与计算提供参考依据。     

极限荷载下纵向截面异形桩破坏形式对比模型试验研究

由于基桩纵向截面形式的差异,竖向荷载作用下桩侧摩阻力和桩端阻力发挥存在明显的差异,尽管纵向截面异形桩在工程中得到了一定的应用,然而针对极限荷载下桩端和桩侧土体破坏形式的研究却相对较少。基于透明土材料和粒子图像测速（particle image velocimetry）技术,针对等体积的扩底楔形桩、楔形桩和等截面桩的承载特性及破坏形式进行对比模型试验,测得桩顶荷载-沉降曲线,研究了各级荷载下桩端和桩侧土体位移场的变化规律以及极限荷载下桩端和桩侧土体的破坏形式;同时分析了不同桩长情况下各类型桩的承载力特性。研究结果表明,在此试验条件下,扩底楔形桩的极限承载力约为常规楔形桩的3.5倍和等截面桩的2.5倍;极限荷载作用下各类型纵向截面异形桩桩端的破坏形式规律基本一致。     

负摩擦作用下PCC桩沉降计算

从桩-土相互作用的机制出发,建立了均质地基中PCC桩负摩阻力传递的弹性微分方程。提出了基于有限差分法的一种桩身位移的迭代算法,计算结果表明,该计算方法收敛性好,且符合实际情况。根据中性点定义得出其位置在桩身中下部,与以往的研究结果相吻合。结果还表明,PCC桩比等截面的实心桩有较小的沉降。