基于群桩基础沉降估算确定压缩层厚度的探讨

在现行规范中,由于桩基沉降估算模式的不同,压缩层厚度的确定方法也不完全相同。对这些方法进行归纳、总结,并通过具体的工程实例,对由不同估算模式确定的压缩层厚度及沉降估算结果进行探讨与分析,认为对于工程场地地质资料掌握较为翔实的情况下,压缩层厚度可采用变形比法确定,否则,宜根据应力比法确定。     

一类新型的散粒型土体本构理论

详细地介绍了国际上近30才发展起来的具有独特建模思想的一类新型的散粒型土体本构建模理论--亚塑性本构理论。将该理论与经典的弹塑性理论进行比较后发现,亚塑性理论的本构表达式自动隐含了弹塑性理论中相对应的一些基本概念和假定,无需额外引入,因此增加了模型的客观性。以Gudehus-Bauer亚塑性模型为例,分析了模型在临界状态时的本构特征。此外,通过三轴试验和循环剪切试验的亚塑性数值模拟表明,亚塑性本构模型能很好地反映无黏性散粒型土体的非弹性、非线性及剪胀（剪缩）性等主要应力-应变特性。     

节理岩体大型地下洞室群稳定性分析

深入研究了加锚节理面的变形特点和节理面附近锚杆的变形特点;把断裂力学与损伤力学相结合,采用应变能等效的方法,建立了加锚断续节理岩体在压剪应力作用下的本构关系;按自洽理论的方法,得到了加锚断续节理岩体在拉剪应力状态下的本构关系,并将其理论模型应用于某大型地下厂房的三维稳定性分析中。应用加锚断续节理岩体断裂损伤模型模拟锚杆的支护效应,锚杆通过与围岩的联合作用,有效地限制了围岩变形,改善了围岩的应力状态,阻止了围岩破损区的发展演化,从而提高了围岩的稳定性。将断裂损伤计算结果与一般弹塑性（FLAC3D）计算结果进行了对比分析。相比于普通的弹塑性模型,加锚断续节理岩体断裂损伤模型考虑了岩体中节理裂隙对洞室围岩稳定性的影响,以及锚杆针对节理裂隙的加固作用,能更好地反映裂隙岩体洞室围岩稳定性特征,从而验证了该模型的有效性和优越性。     

螺旋群桩基础承载性状试验研究

根据螺旋群桩现场静载试验结果,分析了螺旋群桩基础承载性状的影响因素,讨论了极限荷载下群桩几何参数对螺旋群桩的桩端阻力和桩侧摩阻力的影响。结果表明,螺旋群桩承载性状受到相邻桩的叶片距离以及首层叶片到承台底面间的桩长度影响明显。在叶片桩距比（桩间距比叶片直径）小于2时,螺旋群桩静载试验的荷载-位移曲线呈缓变形,无明显的拐点,群桩破坏属于整体破坏。同时,螺旋桩的叶片有助于减小承台下桩间土变形活动区的高度,增强了桩-土-承台的相互作用,减小了群桩基础沉降量。     

散粒体材料间接触面力学特性的单剪试验研究

在清华大学土与结构接触面循环加载剪切试验机的基础上, 研制了可进行两种散粒体间接触面试验的叠环式单剪试验系统,并对糯扎渡高心墙堆石坝坝料的接触特性进行了系统的试验研究。结果表明,两种散粒体材料间接触面的强度包线为其单相材料强度下的包线。当达到破坏强度后,在接触界面附近会产生集中的“刚塑性”接触面剪切变形,其位置发生在强度最薄弱处。两种散粒体间的接触变形特性可通过刚塑性模型来描述。     

采空区上方高速铁路桥梁群桩基础模型试验研究

目前有关采空区桥梁群桩基础的受力机制和沉降特性的研究成果还十分匮乏。以合肥－福州高速铁路官山底特大桥采空区群桩基础为原型进行缩尺模型试验研究。根据相似理论计算出模型相似常数,试验确定相似材料后进行模型制作,通过多级荷载试验获取了桩的内力,桩间土的应力,桩、承台、土和采空巷道顶板的沉降3大类数据,得出了模型中桩和桩间土的荷载特性和基础沉降规律。研究表明：采空区对桩承载力的影响与荷载大小成反比关系;所有桩均未出现桩侧负摩阻力,穿过采空区的桩的侧摩阻力分布重心下移程度较正常地层桩明显;采空区群桩不均匀沉降存在临界荷载值,超过此值后,采空区顶板岩土层与基础下正常岩土层的差异沉降不再增加。基于试验结果和理论分析,建立了以现有规范为基础的采空区单桩承载力计算公式和采空区群桩沉降计算公式。     

软土地层高承台桥梁群桩基础横向承载特性研究

高承台群桩基础是高速铁路桥梁基础的一种常用形式,受到风、地震等荷载作用影响,常常需要承受较大的横向荷载。采用室内物理模型试验和三维有限元程序ABAQUS对软土地层中单桩、群桩的横向承载特性进行了研究,软土采用修正剑桥黏土本构模型,试验结果与有限元计算结果吻合较好。群桩研究方案包括了桩数的变化以及桩间距的变化。结果表明,群桩基础的基桩平均横向承载力（总承载力/桩数）较单桩基础显著增加,且水平荷载方向桩间距越大,其横向承载力越大;群桩基础基桩受力存在三维空间效应,不同位置基桩受力大小排序为角桩最大,其次为边桩,最小为中间桩,弯矩极值差异可达20%,群桩基础桩周土影响范围距外围基桩边缘净距离约为16D (D为桩径)。桩与桩相互影响效应对群桩水平承载不利,承台约束效应对水平承载有利。探讨了考虑上述两种效应的群桩效应系数计算方法,通过计算验证了该方法在软土地区高承台群桩基础横向承载力计算中的适用性。     

散粒体斜坡运动堆积特征试验研究

散粒体斜坡俗称“溜砂坡”,对其运动和堆积特征的研究是溜砂坡防治的关键.在斜坡模型架上模拟碎块石的运动过程和堆积过程,探索其颗粒大小、形态与斜坡角的关系.通过堆积体纵剖面取样发现,溜砂坡堆积呈现分形结构,其颗粒质量粒径分布分维数随黏粒含量的增大而增大.     

散粒体斜坡堆积特性与崩坍形式研究

通过圆盘沙堆以及斜坡堆积物理模拟试验,解释其崩滑的动力学机制.发现溜砂坡堆积的过程是一个典型的自组织临界过程,整个坡体是一个广延耗散动力学系统.从颗粒级配的角度探究其对散粒体边坡稳定性的影响.     

崩落矿岩散粒体流动性能试验研究

崩落矿岩散粒体的流动性能对于降低损失贫化具有重要的意义。分析了影响散粒体流动性能的因素,采用标志颗粒法进行了崩落矿岩散粒体流动性能试验,主要考虑的因素有放矿口大小、散体颗粒的粒径以及不同的散体材料。试验内容有放矿口大小与散体移动带试验;不同散体粒径与散体移动带试验、不同散体材料与散体移动带试验;平面和立体模型时放矿口尺寸对放出量影响试验;散体堆积高度与散体移动带试验。研究结果表明,（1）移动边界与散体的材料、颗粒的尺寸大小、放矿口大小等因素有关,而散体堆积高度对其影响不大;（2）散体的流动速度与散体颗粒的大小和放矿口尺寸有关。根据所得试验结果,提出了采矿设计参数的确定方法。     

基于颗粒组构特性的散体材料本构模型研究

通过散体介质材料单元颗粒排列组构表达的细观结构力学关系,建立了用颗粒密集度、颗粒排列组构关系和颗粒间摩擦特性等非连续介质材料特性参数描述的散体介质材料本构模型,从而实现散体介质材料宏观连续介质描述的等效应力表达.通过该模型可采用数值方法进行散体介质材料准静态情况下的力学特性分析.文中最后基于有限元软件ABAQUS,进行了该本构模型的二次开发.数值算例结果验证了所建立散体介质材料本构模型的适用性.     

超大型深水群桩基础的传感器保护技术

苏通大桥主塔墩群桩基础是世界上规模最大的群桩基础,由131根长117 m的超长钻孔灌注桩组成。在这样的工程环境下工作的传感器不仅要承受巨大的压力作用,还受一些施工因素影响,极易损坏。为了提高传感器埋设的成活率,经过多次现场试验,提出了包括混凝土应变计、表面应变计、静力水准和水深传感器等多种传感器的保护技术。传感器保护技术的实施,使得传感器成活率得到保证,整个监测系统的平均成活率超过96%。并利用实测数据分析了超长桩的荷载传递和不均匀沉降规律,结果表明,超长钻孔灌注桩的荷载传递规律有别于一般的桩基础;大型群桩基础的不均匀沉降主要表现在横桥向,纵桥向的不均匀沉降可以忽略。     

大规模超长群桩基础工作性能的数值模拟

超长桩基础在土木工程中的应用越来越多,但对其工作性状的研究相对滞后。以某超长群桩基础工程为例,用三维非线性有限元方法分析了超长单桩及群桩的工作性能。计算中桩、土和承台的有限元模型均用8节点六面体等参单元,桩-土界面用有厚度的接触面单元模拟;混凝土的应力-应变关系用线弹性模型,土体用非线性Duncan-Chang弹性模型模拟;承台施工过程用分级加荷的方法模拟,承台混凝土的硬化过程用变化模量的方法模拟。计算结果表明,超长单桩的承载性状属摩擦桩,其桩身失稳的原因是桩侧土体的破坏;在群桩基础中,不同位置基桩的工作性能不完全相同,承台周边桩的工作性能与单桩类似,而与内部桩的差别较大;现行规范中推荐的群桩效应系数和有限元计算结果间存在较大差别,表明现行规范可能不适用于超长群桩基础,对超长群桩基础的工作性能进行深入研究是必要的。     

螺旋桩基础抗拔试验研究

异型的桩体几何形式增加了抗拔螺旋桩的桩土相互作用复杂性,抗拔试验研究有利于了解螺旋桩基础的承载机制和影响因素。通过16次原型桩抗拔试验,实测了单桩上拔荷载-位移曲线（U-Z曲线）,该曲线表现出多拐点、渐进型特点,采用单位荷载的桩顶位移变化率、桩顶位移增量以及结合地基变形特征的方法判定了3种桩型的抗拔极限荷载。用U-Z曲线、lgU-Z曲线和P/Pu-Z曲线初步分析了桩体埋深、深宽比、首层叶片埋置深度以及叶片距宽比等参数对螺旋桩基础抗拔承载性状的影响。试验表明,抗拔螺旋桩的埋深、首层叶片埋置深度和叶片距宽比存在临界点,影响桩土的工作性状和破坏模式。     

承台外区土阻力群桩效应及效应系数的有限元分析

利用三维弹塑性有限元方法,对复合桩基承台外区土阻力群桩效应及其效应系数进行了研究,讨论了土类、桩长、桩距、桩数等对承台外区土阻力群桩效应及其群桩效应系数的影响,结果表明(1)承台外区土阻力随承台宽与桩长之比 (B/L)的增大而增大,但增幅不大;随桩距S增大而增大;受桩数n的影响不大。(2)承台外区群桩效应系数随B/L增大几乎无变化;随S增大而增大;不随n变化而变化。(3)承台外区群桩效应系数与土类有关。     

单一岩石变形特性及本构关系的研究

利用MTS815岩石材料试验机试验,得到了在不同围压下砂岩的应力-应变全过程曲线及曲线上的压密、弹性、应变硬化(塑性)和应变软化(破裂)的4个阶段。分析了各阶段岩石的变形特性和围压对岩石强度的影响。根据岩石的变形特性提出以Duncan模型为基础的、能够描述岩石压密、弹塑性和破裂段的单一岩石本构模型,用改进的模型分析了岩石变形破坏机理。实验表明,提出的改进本构关系能更好地描述岩石的变形和破裂。     

群桩效应有限元分析

利用有限元方法,对竖向荷载作用下复合桩基的群桩效应进行了计算分析,讨论了桩长L、桩距与桩径之比Sa/d、桩数n、土类等对群桩效应及群桩效应系数η的影响。结果表明：复合桩基中各个基桩的极限承载力Qu及η随L增大而增大;当Sa/d小于某个数值时,Qu,η随Sa/d增大而增大;当Sa/d大于某个数值时,Qu,η随Sa/d增大而减小。群桩效应及η与土类有关;η存在极大值,随n增多而减小,但减幅不大。     

一种新的本构理论及其在基桩分析中的应用

首次将岩土体荷载与位移特征曲线划分为3种类型,并定义高地应力的判别标准。提出一种新的本构理论,可以描述在不同正压力（或不同围压）下应力（或荷载）与应变（或位移）的全过程特征,只有3个描述材料结构和状态的力学参数。该理论不仅可以描述单个材料,也可以描述多种材料组成的复合材料和两种不同材料界面等力学特性,变形可达任意值。对于长沙湾特大桥基桩,在不同静载荷作用下不同土体与桩之间的力学特性采用新本构理论进行数值模拟,结果表明该本构理论可以描述不同岩土体和岩土体与基桩之间的力学特性。     

岩土本构模型的数学基础与广义位势理论

对于种类繁多的岩土材料的本构模型,认识其数学基础及假设以及相关的物理意义是深刻理解和正确使用它们的基础。在本文中,揭示了目前在岩土工程中现有的不同类型的本构模型的数学基础和假设及其联系;指出了其基本的问题是其中应力（应变）或者其增量是否为一有势场的梯度矢量。同时涉及到应力与应变及其增量的主轴是否相同;有势场的梯度矢量的旋度是否为零;刚度（柔度）矩阵是否对称及其秩是否为1等。还提出了广义位势理论：可以用唯一的势函数,也可以任意设立2个或者3个其梯度矢量线性无关的势函数,用它们的梯度矢量表示应力（应变）或者其增量及塑性应变增量,用简单的试验确定参数。对于具有极其复杂力学性质的岩土材料,广义位势理论为建立统一的岩土理论模型提供了基础。关 键 词：岩土本构模型;有势场;广义位势理论