The behaviour of geosynthetic-reinforced pile foundation under long-term dynamic loads: model tests

In order to reduce the effects of the low strength and high compressibility of soft soil, geosynthetic-reinforced pile foundations (GRPF) are widely applied for the construction of high-speed railways. Though its reinforcement effect is proved acceptable in practices so far, it is unclear whether it will keep this performance as the train speed continues increasing. Since it is impossible to study the problem in field tests, only mathematical and physical models can be used. However, the nonlinear behaviour of the soft soil complicates the use of analytical models. Therefore, this paper presents a small-scale model test to study the possible changes in stress distribution and deformation in the GRPF under increasing dynamic loads. One test with a natural foundation, without piles or geosynthetic, shows the difference with a similar construction with GRPF foundation. Furthermore, three GRPF tests show the influence of the embankment thickness. The results show the long-term dynamic loading significantly affects the dynamic stress and displacements of the subsoil between the piles of the GRPF. This effect can be divided into three stages with an increasing level of load amplitude: no impact, advantageous impact, and adverse impact. When the dynamic load reaches the adverse impact stage, the long-term dynamic loads reduce the dynamic pile–soil stress ratio, which means that more soil settlement will develop, because more dynamic stress is applied to the soft soil. The test results show that the reduction in dynamic stress on the subsoil in the GRPF construction is clearly lower than the dynamic stress on the natural foundation, due to the existence of rigid piles. Moreover, a thicker embankment gives significantly lower dynamic stresses on the subsoil between the piles. For the thickest embankment tested, the adverse impact stage was not found at all: the arching kept enhancing under long-term dynamic loading with high load amplitudes.

     

预制静压桩静动载现场试验分析

原位试验是获取桩基设计参数和了解桩基力学性能的最客观、最可靠方法。基于现有疲劳机和千斤顶等试验设备,研制了桩顶静载和动载组合加载装置,为现场静、动载试验解决了一个技术性难题。利用该装置对某工程混凝土预制静压桩进行了模拟交通荷载的现场静、动载试验。通过单桩竖向抗压静载试验和动载试验,分析了静动载对桩身轴力分布、桩身侧摩阻力和基桩沉降的影响及其变化规律。试验结果表明：在静动载作用下桩身侧摩阻力的分布规律基本一致,并且随着振动次数的增加,桩身上部侧摩阻力减小、下部略有增加,但动载循环超过30万次后,侧摩阻力趋于稳定。     

交通荷载作用下公路软土地基长期沉降的计算

合理预测公路软土地基在交通荷载作用下产生的长期沉降,对公路的设计有着重要的指导作用。基于以往试验规律的分析,提出了一个较为合理地描述软土在长期重复荷载作用下残余变形发展过程的经验模型。通过对上海软土的循环三轴试验的模拟,初步验证了模型的合理性。对于工程边值问题,首先,根据拟静力法将交通荷载视为长期重复作用的静分布力;其次,采用弹性层状体系理论计算交通荷载在地基中引起的附加动应力;最后,将提出的模型用于计算各土层的残余应变,并沿深度对应变积分得到沉降。以日本Saga机场公路为例,说明了公路软土地基沉降的简化计算方法的有效性。     

Seismic behavior of slopes by lower bound dynamic shakedown theory

Lower bound dynamic shakedown theory is a limit state method. It is employed herein to investigate the safety, which is associated with permanent displacement, of slopes under repeated dynamic loads, mainly earthquakes. An efficient numerical method, previously applied to the static shakedown of pavements, is extended to the dynamic shakedown of slopes in this study. It is shown that dynamic shakedown, unlike other limit state methods, is able to consider the dynamic properties of both the load and subsoil. The effect of the soil strength parameters and dynamic features of the soil and loads are examined thoroughly and some illustrative examples are employed. The short-term and long-term behavior of slopes under seismic loads are studied as well, comparing results of the present study with the well-known displacement method of Newmark.     

超长PHC管桩桩顶沉降特性的动静对比分析

通过静载荷试验可直接测到桩顶的荷载-沉降（Q-s）曲线。由管桩内预先埋设的应变计的内力测试结果可计算出土阻力与桩-土相对位移的关系,并进一步做高应变测试和拟合分析,得出了高应变拟合的Q-s曲线。对Q-s曲线作动静结果对比分析,探讨了在深厚软土中的超长PHC管桩的桩顶沉降特性。结果表明,当荷载不大时,高应变拟合的沉降大于静载实测的沉降,但当荷载接近极限值时高应变的沉降小于静载的沉降。结果亦表明,当超长PHC管桩桩身穿过一定深度的好土层、桩端进入全风化或更好的岩层时,不管是静载试验还是高应变动力测试,都很难使土阻力得到充分发挥,此时静载实测的和高应变拟合的Q-s曲线都呈缓变型特征。     

变参数刚-柔性桩复合地基研究

为了研究刚-柔性桩复合地基的承载和变形特性,在温州地区进行了6个大型不同试验参数条件下刚-柔性桩复合地基试验,并在静荷载试验中对刚性承压板下压力盒进行同步检测。根据检测成果较系统地分析了褥垫层的设置与否、褥垫层厚度及材料、刚性桩置换率对刚-柔性桩复合地基特性的影响,为工程设计提供一些可以借鉴的结论。     

多荷载作用下层状土路基的力学特性研究

依据荷载叠加理论,建立了动、静荷载耦合作用下的加载模型,并提出了组合荷载、组合应力、组合沉降变形等概念;根据相似理论建立层状土路基模型,通过室内相似模型试验,对层状土路基在动荷载和静荷载耦合作用下的应力、变形发展规律进行研究,保持动载不变,通过改变静载的大小,研究动、静组合荷载作用下层状土路基的应力和沉降变化规律。结果表明：层状土路基中,各层的组合应力和组合变形随组合荷载的增加而增大,且呈线性变化;组合荷载、沉降变形随着深度的增加呈非线性减小,并成指数函数递减。其结果为公路路基的设计、施工、运行和维护提供了参考依据。     

基于静荷载作用软黏土动力长期变形预测研究

动力循环荷载作用下长期变形是工程实践中值得关注的问题。由于试验条件的限制,目前对于动力长期变形研究取得的成果比较有限,而静力作用下的流变成果则相对较多。本文以天津滨海新区海积软土为研究对象,利用TSS10土体三轴流变试验仪和GCTS空心圆柱扭剪仪,对其分别进行流变试验以及大数目循环动荷载试验。试验数据分析表明,同围压条件下,当动应力与静偏应力相等时,动力累积变形与静力长期变形具有相似性,区别在于动力累积变形量略大于静力流变变形。基于此,以静力流变元件模型为基础,同时计算同条件下动静荷载作用下变形差值,建立动力长期变形预测公式,并对试验数据进行验证,结果表明该预测公式较为合理,可为相关工程建设提供理论支持。     

深置矩形基础与地基共同作用解析分析

基于集中力作用下的Mindlin解位移公式,推导得到均布荷载作用下的地基柔度系数,对地基上的四周自由板与地基共同作用进行简化计算,得出了考虑埋深时地基基础共同作用的解析公式。在基础板为刚性和弹性、荷载为集中荷载及均布荷载的情况下,对考虑埋深时的Mindlin解与不考虑埋深时的Boussinesq解的计算结果进行比较,表明,埋深比对于基础沉降、地基反力的分布、基础板的弯矩等都有一定的影响。给出了考虑埋深时的沉降修正系数公式,以供工程应用参考。     

我国北方某热电厂桩载试验研究

高应变动测法目前得到了越来越广泛的应用,研究其测试结果的可靠性对实际工程具有重要意义。对PHC桩应用高应变法、竖向静载方法进行试验,以确定桩基的单桩极限承载力。首先对2组不同直径的6根试桩进行高应变测试,采用国际上推荐的GOBLE-CAPWAPC-CASE方法,得到试桩的单桩极限承载力; 然后按慢速维持荷载法进行竖向抗压静载试验,将所得极限承载力与高应变法所得结果进行对比,高应变法所得结果高于静载试验的结果, 2种方法结果不同是由于2种方法的测试原理、计算方法、影响因素等不同所致。高应变法的理想化桩-土体系以及主要参数的设定对结果都有很大的影响,实际试验中应充分考虑如何取值。     

低能级强夯+CFG桩复合地基处理新填土地基

以工程实例对低能级强夯+CFG桩加固新填土地基的技术和施工方法在贵州山区的应用作了介绍,并结合静载试验,动力触探测试,低应变测试,沉降观测等数据对试验结果进行了分析总结,为山区建设中新填土地基处理提供了新的思路和经验     

超长PHC管桩轴向受力试验研究

通过高应变动测试验和静载荷试验,对深厚软土地基中PHC管桩的受力特性进行了研究,探讨了深厚软土地基中超长PHC管桩的竖向承载特性和荷载传递机理.结果表明,高应变动测试验和静载荷试验得出的极限承载力结果很接近.在深度小于30 m时,动静试验所得的侧摩阻力比较接近,但是随着深度的加深,动测试验所得的侧摩阻力比静载试验要大.     

单桩极限承载力的静力触探估算法研究

结合上海现行规范,在利用高应变动力测试获得单桩极限侧摩阻力和极限端阻力的基础上,提出静力触探估算单桩极限承载力的修正公式,并对其中的修正系数进行分析,从而获得了修正系数的统计结果。为减少高应变动力测试可能带来的误差,利用静载荷结果对所得的修正公式进行再次修正,并最终获得由静力触探估算单桩极限承载力的公式。工程实例验证表明,用所得公式计算单桩极限承载力的结果精度更高,从而为研究静力触探确定单桩极限承载力提供了一种新的途径。     

PHC管桩动力特性试验研究

系统地阐述了竖向/水平-回转耦合强迫振动和扭转自由振动等动力特性测试的原理和计算方法,并对某新建火力发电厂PHC管桩进行了动力特性试验。试验分析计算所得的抗压刚度Kz、抗剪刚度Kx、抗弯刚度Kj、抗扭刚度Ky和竖向振动阻尼比zz、水平-回转耦合振动第1振型阻尼比zxj1、扭转振动阻尼比zy 离散性小,有很好的规律性。试验是在桩头自由条件下进行的,实际桩头嵌固在桩基承台中,增加了桩头的嵌固条件和承台侧面填土抗力的影响,故具体应用时可根据承台结构、承台侧面填土、承台底面与地基土接触等具体情况酌情予以提高。     

加筋土挡墙静动力学特性大模型试验研究

为了研究加筋土挡墙在交通荷载作用下的受力变形特性,分别设计了在静载和动载作用下的加筋土挡墙大模型试验,分析了加筋土挡墙的竖向土压力、挡墙面板变形、加载板沉降以及动力加速度等参数的分布规律。试验结果表明：静、动荷载作用下加筋土挡墙受振源荷载的水平影响范围约为0.16H～0.54H（H为墙高）,挡墙土压力均呈现水平方向上由振源中心向两侧减小的趋势;同时静动荷载下挡墙面板水平位移的主要影响范围为墙顶往下约为0.55H;加载前期加筋土挡墙内部结构是一个逐渐压密的过程,动荷载作用下加载板沉降量在整个逐级荷载值变化临界处随荷载值的增大呈斜坡“阶梯”式发展;筋土结构对加速度响应有着显著的消散作用,且随着离荷载作用点距离的增大而减小。     

Coupled deformation–seepage analysis of dynamic capacity tests on open-ended piles in saturated sand

Open-ended piles such as tubular piles or I-beams are used as foundations for offshore and nearshore construction. After the pile installation a load test to estimate the bearing capacity of these open-ended piles is necessary. Due to the offshore conditions and the high bearing capacity of the installed piles a static load test is not normally feasible. Therefore, dynamic load tests are carried out where the wave propagation due to an dynamic impact at the pile head is measured. The methods to estimate the bearing capacity from the measured signal of the dynamic tests were derived for solid pile profiles. It is questionable whether these evaluation techniques are applicable for open-ended piles. Hence, the influence of various important system parameters as well as the differences between static and dynamic load tests on open-ended piles is investigated in this paper.     

路基砾类填料土动力特性影响因素试验分析

动应力-动应变关系作为反映路基填料土动力特性的重要参数,对其进行影响因素试验研究可为路基填料土的工程特性研究提供参考依据。本文借助动三轴试验手段进行砾类土动应力-动应变关系影响因素研究,采用应力控制的加载方式进行加载,分析了试验压力、土样含水率、土样压实度、荷载作用频率和初始静偏应力等5种条件和砾类土动力特性的作用规律,并总结砾类土动应力-动应变关系变化规律。研究结果表明：当动三轴试验的围压为30 kPa、土样压实度为96%、含水率为最佳含水率7.5%时,其动应力-动应变关系曲线接近应力轴,砾类土的动强度大;荷载作用频率为1、2 Hz变化时以及小于10 kPa的初始静偏应力对砾类土的动应力-应变关系影响较小;针对各影响因素下的动应力-动应变关系曲线,对其采用的双曲线模型拟合相关系数均大于0.96,说明该模型能够有效拟合其关系曲线;根据试验模型可知,试验中压力越大,参数a、b值越小,同理,土样的压实度越大,a、b值也越小。     

CM桩复合地基桩土应力比及垫层效应现场试验研究

通过现场4桩大压板静载试验,布置土压力盒,测定并分析C桩（刚性桩）桩顶、M桩（亚刚性桩）桩顶和桩间土体应力,计算桩（C桩+M桩）土荷载分担比,分析CM桩复合地基静载试验过程中桩、土的受力特性。通过设置不同垫层厚度,对比大压板试验P-S曲线,结合单桩静载试验,分析CM桩复合地基垫层的破坏模式及垫层效应。试验结果表明,CM桩复合地基工作时C桩桩顶应力集中现象明显,C桩桩土应力比大于10,M桩桩土应力比小于10;随着试验加载,桩土应力比逐渐增大,C桩桩土应力比增大幅度大于M桩;在复合地基设计荷载条件下,桩土荷载分担比接近6:3:1;将M桩和桩间土体视为一整体,即地基处理后相对于C桩的“桩间土”,则桩土荷载分担比为6:4,设计较为合理;随着垫层厚度增大,CM桩复合地基沉降值增大;当C桩成桩质量较好时,垫层破坏模式为C桩桩顶刺入破坏,试验时应合理选取褥垫层的材料和厚度。     

受静载荷的岩石在周期载荷作用下破坏的试验研究

为了研究受静载荷的岩石在周期载荷作用下破坏及变形发展规律,在Instron电液伺服材料试验机上进行了红砂岩的单轴动静组合加载试验。采用自制的一维水平静压加载装置,配合Instron电液伺服材料试验机进行了红砂岩的二维动静组合加载试验。试验表明,受静载荷的红砂岩在周期载荷作用下的破坏形态因所受静载荷的状态不同而不同,在周期载荷作用下的应力-应变曲线表现为滞回圈先疏后密再疏,直至破坏;相同条件的受静载荷的红砂岩受不同周期载荷作用时,尽管其应力-应变曲线表现为不同的滞回圈数和不同的全应变,但仍与岩石在周期荷载作用下疲劳破坏的极限变形规律一致,并且破坏岩石所消耗的有效全应变能有向相同值发展的趋势。     

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。