戈壁地基扩底掏挖基础抗拔试验及其位移计算

在甘肃和新疆7个戈壁碎石土场地完成了46个扩底掏挖基础抗拔现场试验,分析了基础抗拔荷载-位移曲线的阶段特征,应用L1-L2方法确定了所有基础抗拔承载力和位移。采用归一化荷载-位移双曲线模型对实测荷载-位移曲线进行拟合,得到了各试验基础归一化荷载-位移双曲线模型拟合参数取值及其统计规律,给出了同时考虑抗拔基础极限承载力计算理论模型误差和归一化荷载-位移双曲线模型不确定性时基础荷载和位移的计算方法。结果表明：戈壁碎石土扩底掏挖基础抗拔荷载-位移曲线呈初始弹性直线段、弹塑性曲线过渡段和直线破坏的3阶段变化规律,归一化荷载-位移双曲线模型可较好拟合基础实测荷载-位移曲线,归一化荷载-位移双曲线模型不确定性可转化为该双曲线模型拟合参数的不确定性,基于强度和变形统一的工程设计更有利于工程安全。     

强风化岩中挖孔基础抗拔试验及荷载位移曲线模型参数研究

挖孔基础是目前我国山区架空输电线路强风化岩地基中最常用的基础形式之一。以强风化岩地基中的直柱型、扩底型两种结构型式的挖孔基础为研究对象,通过开展16个全尺寸基础现场抗拔试验,获得各试验基础和地表不同位置处的荷载-位移曲线。试验结果表明:基础及地表的荷载-位移曲线整体变化特征相似,均可划分为初始直线段、中间曲线段和终了直线段3个特征段。采用M值表示相应阶段位移量占总位移的百分比,不同的特征段M值的大小不同,并且其值随着远离基础边缘而逐渐减小。分别对直柱型、扩底型两种结构型式的基础荷载-位移曲线进行归一化处理,采用双曲线模型获得无量纲荷载(Q/Q_(L2))与上拔位移s之间的关系曲线,通过对比分析同种结构型式挖孔基础在黄土、强风化岩两种地基中荷载-位移曲线的差异性,得出地基岩土体抗剪强度参数c、Φ值与双曲线模型参数b值呈负相关,与基础抗拔承载力呈正相关。采用推荐的模型及参数对挖孔基础的荷载位移曲线进行预测,预测值与试验值吻合较好,从而验证了该模型及参数对于强风化岩地基挖孔基础荷载-位移变化行为预测的适用性。     

上拔扩底基础与地基土体承载特性差异性分析

工程中多采用基础上拔静载试验中基础顶部荷载-位移曲线获取基础的承载力,忽略了基础周围土体的变形破坏过程,而实际工程中均是基础周围地基土体发生破坏。为研究扩底基础与其周围土体在抗拔承载特性方面的差异,以黄土地基中的9个扩底基础为研究对象,通过现场全尺寸基础的上拔静载试验,分别获得基础顶部与地表的上拔荷载-位移曲线,并进一步对基顶与地表处的荷载-位移曲线变化特征、抗拔承载力取值进行对比分析。结果表明,两处的荷载-位移曲线变化特征相似,相同上拔荷载作用下地表处的位移量均小于基础处位移量,差异以初始弹性阶段变形最为突出;两者在弹性极限荷载QL1取值方面,相差较大,但随着地基基础由弹性向塑性发展,差异逐渐减小,两者塑性极限荷载QL2取值基本相同。结合上拔扩底基础的破坏模式,分析出上述差异主要由于基础与周围土体之间变形不协调所致,加载初期基础顶部的上拔位移包括基础拔出量和上部土体压缩量,当上部土体压密后压缩变形消失,地基基础成为一个整体,上拔基础与周围土体的变形趋于协调。     

塔克拉玛干沙漠输电线塔装配式基础试验研究

为研究新疆塔克拉玛干沙漠地区输电线路工程中的组合装配式杆塔基础承载特性,开展了2种尺寸规格共4个基础在上拔与水平力组合作用下的现场试验,得到了基础顶部和基础底板的荷载-位移曲线、基础底板土压力变化规律。结果表明：上拔与水平力组合作用下,基础顶部上拔荷载-位移曲线为缓变型、水平荷载-位移曲线近似为直线;由混凝土底板和角钢支架所构成的组合装配式基础因自重轻、基础底板上覆沙体结构松散,使得基础的抗倾覆承载能力低。由混凝土底板和角钢支架组成的装配式基础各部件具有良好的协同工作性能,但水平荷载对装配式基础的承载性能影响大。根据基础上拔极限承载力试验值,采用柱式破裂面力学计算模型得到风加沙柱面平均摩擦阻力为2.6 kPa     

扩径率与入岩深度对岩基挖孔基础抗拔承载特性影响的试验研究

扩径率和入岩深度是影响岩基挖孔基础抗拔承载特性的两个重要因素。通过开展8个不同扩径率、不同入岩深度挖孔基础的现场真型上拔静载试验,从荷载位移变化规律、抗拔承载力和地基岩体破坏模式三方面分析了扩径率与入岩深度对基础抗拔承载特性的影响,结果表明扩径率对荷载位移曲线初始线性阶段影响显著。采用图解法分别获得代表基础低、中、高3种承载能力的抗拔承载力QL1、QDLI、QL2,分析表明,随着扩径率与入岩深度的增加,基础抗拔承载力均有不同程度提高,但两种因素对基础承载力影响机制不同,扩径率可明显提高初始弹性阶段的承载力QL1,而入岩深度可明显提高塑性阶段的承载力QDLI和QL2。通过分析地基破坏时地表岩体裂缝的分布特征,得出岩基中上拔岩体的破坏模式与基础结构型式无关,均是从基底开始出现裂缝,沿着一定角度的开口延伸至地面,直至地基发生破坏,并且破坏范围随着入岩深度的增加而减小。综合考虑基础施工安全性、经济性和机械化程度,建议优先选择加深入岩深度的措施来提高基础抗拔承载力。     

中密风积沙地层金属装配式基础抗拔模型试验与承载力改进计算方法

金属装配式基础因施工方便与综合造价低而被越来越多地应用于风积沙地区输电线路基础工程。针对中密风积沙开展全模和半模抗拔模型试验,研究了不同深宽比下基础的上拔荷载-位移特性和抗拔破坏模式。结果表明,抗拔荷载-位移关系曲线随着基础深宽比λ变化而改变。当λ=1.0时,曲线呈缓变型;当λ=2.0～5.0时,曲线呈软化型。随着λ的增大,抗拔拔承载力随之增大。在加载过程中,地表以基础顶部为中心逐渐形成近似为圆形的隆起区域,隆起程度随着上拔位移增大而不断增加,最终形成整体破坏,此时滑动面贯穿地表;通过半模试验观测的上拔土体滑动面子午线可用直线方程近似描述,且抗拔角随着λ的增大而减小。根据上述试验结果,基于Veesaert滑动面摩擦强度理论和极限平衡原理,提出了金属装配式基础的抗拔承载力改进计算方法,计算结果相较于土重法和剪切法更接近试验值,且离散程度更小。     

上覆土嵌岩扩底桩抗拔承载特性离心模型试验及计算方法研究

随着我国西部输电线路工程的快速发展,杆塔基础抗拔问题日益突出,岩体的破坏模式、极限抗拔承载力的计算方法都是目前亟待解决的关键问题。根据离心模型试验结果,分析了岩体破坏模式、荷载-位移曲线、桩身轴力分布和桩侧摩阻力曲线。基于试验结果对岩体破坏形状进行无量纲化处理并拟合,得到了统一的函数描述形式。在此基础上,利用极限平衡法推导出上覆土嵌岩扩底桩极限抗拔承载力的计算方法,并对该计算方法作了简化分析,将积分计算值和简化计算值分别与离心模型试验结果进行对比。研究结果表明:上覆土嵌岩扩底桩的软质岩破坏模式为喇叭型曲面,可用统一的幂函数形式进行描述。简化计算方法的结果与离心模型试验结果吻合良好,提出的新方法对西部山区杆塔基础的抗拔设计具有参考和应用价值。     

输电线路掏挖基础极限上拔承载力变分解法

针对输电线路掏挖基础极限上拔承载力问题,根据塑性极限平衡原理,假设基础周围土体发生整体剪切破坏并服从Mohr-Coulomb破坏准则,建立静力学平衡方程式,并结合变分法原理求解不同加载条件下基础的极限抗拔力。通过变参数计算,分析土体强度及基础埋深比对中心上拔、偏心上拔及倾斜上拔时基础极限上拔力的影响。经归一化处理,分别给出水平力和弯矩存在对基础抗拔力折减的影响系数。当归一化弯矩与上拔力比值Nm 0.4时,? m减小速度放缓。相对于内摩擦角,黏聚力变化对? m的影响更明显。水平力影响系数? h同时受到土体内摩擦角、黏聚力以及基础埋深比的共同影响,规范建议值较变分解法的计算结果偏大。通过与规范公式法计算结果及试验结果进行对比,验证了所提方法的合理性和准确性。研究结果为偏心上拔及高露头基础顶部作用水平荷载时基础抗拔承载力的计算提供参考。     

用于砂岩加固的锚杆的承载性能试验研究

针对中风化砂岩地质条件,开展了单锚基础和承台式群锚基础的现场足尺试验研究,得到了荷载-位移曲线,分析了基础的破坏模式和承载性能。通过锚筋应变测试,研究了锚杆基础的内力分布规律和有效锚固深度。研究结果表明,岩石锚杆基础应用于中风化砂岩地基分布地区,满足输电线路上部结构对基础承载力的要求,具有良好的经济和社会效益;当锚杆锚固深度小于有效锚固深度时,增加锚固深度和承台嵌岩深度能够有效地提高基础的抗拔承载性能;水平荷载不是基础发生破坏的控制因素,但水平荷载对群锚基础上拔稳定存在不利影响。     

风积沙地基装配式偏心基础抗拔试验研究

在毛乌素沙漠中开展装配式偏心基础在上拔、上拔+水平力组合荷载作用下的现场试验研究。根据试验加载过程中监测的基础顶部位移、地表竖向位移及基础底板土压力数据,分析基础顶部的荷载-位移特性,研究装配式偏心基础的抗拔承载机制。结果表明,（1）在上拔、上拔和水平力组合作用下,基础顶部上拔和水平位移曲线均呈二阶段的承载特性;（2）当仅受上拔荷载作用时,基础偏心引起的附加弯矩,使得基础底板产生偏转,基础及底板上覆部分沙土自重抵抗上拔荷载,而在上拔和水平力组合荷载工况下,基础偏心引起的附加弯矩小,与上拔荷载工况相比,基础极限抗拔承载力提高8.7％,即在组合荷载工况下装配式偏心基础能够发挥更多的沙土来抵抗上拔荷载;（3）根据装配式偏心基础的抗拔承载机制,引入外荷载合力作用线与支架作用线之间的夹角δ来反映水平荷载对装配式基础抗拔破坏因子的影响,其影响规律为装配式基础的抗拔破坏因子随δ增加而降低。     

基于试桩试验的桩侧注浆抗拔桩承载变形特性的荷载传递法

依托上海虹桥综合交通枢纽工程开展了4组桩侧注浆抗拔桩的现场试桩试验,得到了各试桩各土层的桩侧摩阻力与桩土相对位移关系曲线（?-w曲线）。首先,对前述现场试桩试验得到的?-w曲线以及文献[1]中通过桩土接触面大型直剪试验得到的?-w曲线进行归一化处理,归一化参数为各土层极限侧摩阻力?ult及其相应的临界桩土相对位移wult;然后采用双曲线函数拟合归一化后的各土层?/?ult-w/wult曲线,得到一个统一的?/?ult-w/wult函数关系式;最后,将该双曲线函数应用到荷载传递法中,用于分析预测桩侧注浆抗拔桩的承载变形特性,可求得桩侧注浆抗拔桩桩身各处的荷载-位移曲线、桩身轴力分布曲线以及桩侧摩阻力分布曲线。通过工程案例的验证表明,其计算结果与工程案例实测值较接近,在上海地区具有一定的适用性。     

Serviceability limit state design for uplift of helical anchors in clay

Presently, no displacement-based design methodology exists for helical anchors subjected to tensile or uplift loading. This study investigates the statistical and probabilistic aspects of the load-displacement uncertainty associated with a database of thirty-seven uplift loading tests of helical anchors founded within cohesive soils. Initially, an ultimate resistance model is identified, and the semi-empirical uplift breakout factor statistically characterized. A relationship between ultimate resistance and slope tangent capacity is established, and used to form the basis for normalizing the load-displacement response. Hyperbolic and power law models are statistically evaluated for use in serving as a reference load-displacement model; the hyperbolic curve was selected based on goodness-of-fit statistics. Monte Carlo reliability simulations are used to establish an equivalent-deterministic load factor that associates the selected load factor with a probability of exceeding a pre-determined allowable uplift displacement, given uncertainty in the undrained shear strength, ultimate resistance model, transformation uncertainty, uncertainty in the allowable displacement, and variability in uplift loading. A practical example is provided to show the intended use of this probabilistic helical anchor displacement model.     

扩底桩的上拔试验及其颗粒流数值模拟

通过原型试验和应用颗粒流理论及其PFC2D程序数值模拟,研究了黄土中扩底桩承受上拔荷载的宏观力学性能及其细观结构,以及扩底桩在上拔荷载下的位移、极限上拔承载力和破坏机理.结果表明增加扩底桩扩大端的高度对提高承载力是有效的;破坏机理为土的减压软化和损伤软化的渐进性破坏.并提出了扩底桩极限上拔承载力计算式,计算值与实测值相吻合.应用颗粒流理论分析了颗粒细观结构、受影响区域、扩底桩的上拔位移和土中滑裂面.颗粒流模拟的土中滑裂面、荷载与位移关系和宏观试验实测结果相一致.     

砂土中吸力式沉箱基础的最佳荷载作用点位置模型试验研究

通过一系列模型试验研究了倾斜荷载作用下吸力式沉箱基础的最佳作用点位置,试验中考虑了荷载作用点、荷载作用角度和长径比3个重要因素。基于模型试验得到的荷载-位移曲线,采用合适的破坏标准确定了各工况下吸力式沉箱基础的抗拔承载力,根据承载力的变化规律分析确定了吸力式沉箱基础的最佳作用点位置。结果表明,荷载作用角度对吸力式沉箱基础承载力的影响显著,当荷载水平作用于基础时,其承载力最大。荷载作用点位置对吸力式沉箱基础承载力的影响取决于荷载作用角度的大小,当荷载作用角度较小时,荷载作用点位置的影响显著,且最佳作用点位置位于沉箱高度的2/3～3/4处;当荷载作用角度较大时,荷载作用点位置的影响很小,可以忽略。结合荷载与吸力式沉箱基础的转角关系,分析了荷载水平作用于最佳作用点下吸力式沉箱基础的破坏模式。     

注浆桩土接触面试验研究及后注浆抗拔桩承载特性数值分析

桩侧后注浆抗拔桩是一种新型的抗拔桩基础。借助于试验和数值手段对这种抗拔桩的承载变形特性开展了深入研究。首先进行了接触面的大型剪切试验,以揭示桩土接触面在注浆与未注浆前后其力学特性的差异性,并基于大型接触面剪切试验成果,建立了桩土接触面的修正库仑摩擦模型。将接触面模型应用到有限元数值分析,分别模拟了传统等截面抗拔桩与后注浆抗拔桩的承载变形特性。研究表明,相比传统的抗拔桩,桩侧后注浆抗拔桩的侧摩阻力得到了显著的改善,特别是深处的桩侧极限摩阻力得到了更充分的发挥,从而桩侧注浆抗拔桩的承载能力有了较大程度的提高。     

用双曲线切线模量方程计算地基非线性沉降

提出了一种利用原位试验成果求解非均质非线弹性地基最终沉降的新方法。对分层原状土载荷试验或螺旋板试验成果进行双曲线拟合,建立分层原状土切线模量与竖向附加应力的关系方程;在沉降计算公式中引入附加应力修正系数,以考虑基础埋深、地基非均质非线性特征等因素对应力分布的影响;利用双曲线切线模量方程及附加应力弹性解,可准确求解地基的总沉降。通过对几个压板载荷试验成果的拟合分析,得出了各土类的双曲线切线模量方程,用于求解地基在各级荷载下的沉降。计算结果表明,计算值与实测值吻合得很好。该方法原理简单、参数可靠、结果准确,为地基沉降计算开辟了一条新途径。     

桩-土界面特性对砂土地基中抗拔桩承载特性影响的模型试验研究

针对砂土地基中不同L/d的抗拔桩进行了模型试验,模型桩采用了3种不同界面,结合界面剪切试验探讨了桩-土界面特性对抗拔桩荷载-位移曲线、极限承载力及残余承载力的影响,得到了以下几点结论：模型桩长径比L/d不同时,每种界面抗拔桩荷载-位移曲线是类似的,光滑钢桩上拔力达极限承载力后保持不变,粗糙界面模型桩上拔力达极限承载力后降低,直至达残余承载力;抗拔桩达极限承载力时的静止土压力系数K受桩-土界面粗糙程度的影响,界面越粗糙,K值越大;界面越粗糙,抗拔桩残余承载力与极限承载力的比值越小,该比值随L/d的变化较小;对于粗糙界面抗拔桩,残余承载力与极限承载力的差别一部分是由于桩-土界面摩擦角的降低引起的,另一部分是抗拔桩达到极限承载力后作用在桩表面上的水平土压力降低引起的。