均匀黏弹性地基中现浇X形桩低应变动测响应数值模拟

建立现浇X形桩(XCC桩)桩-土体系三维有限元模型,对XCC桩低应变检测动力响应进行数值模拟,得到完整桩和缺陷桩的桩顶速度响应结果,并分析完整桩及缺陷XCC桩桩顶速度响应特性及规律。计算结果表明:XCC桩低应变瞬态动测时桩顶速度响应存在明显的三维效应,桩心(激振点)附近点的入射波峰值较大,且到达时间较早;距离桩心越远点的入射波峰到达时间越滞后,入射波峰值从桩心到尖角边界先减小后增大。桩顶距桩心距离相同的环向上各点的入射波和反射波区别不大,而各点所受的高频干扰情况并不相同。变模量桩的入射波和完整桩相同,反射波峰值较完整桩小,反射波峰对应时间较完整桩滞后。局部缺陷桩桩顶距桩心距离相同环向各点的第一个缺陷反射波有微小差别,而第二个缺陷反射波有较大差别。     

深埋串珠状溶洞的超高层基础设计案例分析

超高层建筑对地基稳定性、地基承载力和地基变形的要求非常高。2007年某市拟建超高层建筑,详勘揭露地表80 m以下地层中分布深埋串珠状溶洞,溶洞顶板厚度薄,串珠状溶洞在水平方向和垂直方向的分布情况及连通性等方面的不确定性较多,若建筑基础浅埋,则地基承载力无法满足设计要求;若建筑基础深埋,则因套管回收及溶洞处理等问题施工的可行性差。设计原则最终确定为基础浅埋方案,首先初步确定满足地基稳定性的前提条件,随后工程设计及施工各专业围绕单桩承载力问题进行讨论并修改专业方案,最终决定应用当时的创新工艺−灌注桩后注浆工艺解决单桩承载力问题。该工程终于在2010年得以推进。工程一期建成后平均沉降与不均匀沉降均很好地满足了规范要求。此次多专业技术联动是勘察设计施工技术一体化的一次成功尝试,相比目前质量进度管理一体化更具前瞻性,也是今后技术优化一体化的发展方向。     

Prediction of the shaft resistance of nondisplacement piles in sand

Using pile segment analysis, the mobilized shaft resistance of axially loaded nondisplacement piles in sand is investigated here. It is accepted that the shaft capacity of piles constructed in granular soils is highly influenced by the mechanical behavior of soil–structure interfaces forming adjacent the piles skin. Adopting the thin interface layer as a load transfer mechanism, a simple but accurate critical state compatible interface constitutive model is introduced. After evaluation, the interface model in conjunction with the pile segment analysis is applied for the prediction of the shaft resistance mobilized in nondisplacement piles. The proposed approach takes into account the influences of pile diameter and surface roughness together with the effects of the surrounding soil density and stiffness on the mobilized shaft resistance. The performance of the proposed method is verified by comparing its predictions with the experimental data of various model piles covering wide ranges of length, diameter, roughness, and surrounding soil properties. Copyright © 2012 John Wiley & Sons, Ltd.     

冲孔灌注桩桩孔纠偏预防技术研究及应用

冲孔灌注桩虽然在各类地层都具有广泛的适用性,但是在复杂地质条件下,极易发生偏孔。结合某高层建筑冲孔灌注桩施工中频繁偏孔的情况,对冲孔过程中的偏孔问题进行全面分析研究。以桩孔纠偏预防为目标,从应对孤石和斜硬岩层2个方面来针对性进行研究,应对孤石时,合理控制钻头、冲程及冲孔频率;应对斜硬岩层时,研究了钻头增厚硬质合金块改进技术。经现场应用,有效地避免了偏孔的产生。     

国内外土壤环境调查声波钻机研究进展及发展探讨

主要论述了声波钻进技术在理论以及应用方面的研究进展。阐述了声波钻进技术的发展历程;其次调研并对比了国内外声波钻机代表机型,分析得出国内同类钻机存在的不足。分析了声波钻机在土壤环境调查中的应用,可满足不同地层的连续完整原位弱扰动采样要求。探讨了声波钻机研发方向,如高频声波动力头双振子结构和复合橡胶减振材料的研发,以稳定达标150 Hz高振频并增强动力头寿命;抗疲劳、抗冲击铬钼合金材料的研发,以解决高振频下钻具疲劳损伤问题;故障诊断识别和自动修复、远程无人化操作和挥发性有机污染物在线监测系统的研发,以提升高频声波钻机的智能化和自动化水平。     

周期性四组元局域共振桩带隙特征及隔振性能研究

基于既有的三组元局域共振结构,考虑到岩土材料流塑性及弹塑性特征,提出一种由管桩、软体层、桩芯和基体组成的四组元局域共振桩结构,并基于周期性理论,利用频散曲线分析了管桩密度、弹性模量、厚度对四组元结构带隙特征影响。研究发现：相比于无管桩的三组元结构,带管桩的四组元结构更加容易出现完全带隙,且管桩只对带隙上边界产生影响;相比于管桩密度,管桩弹性模量可对四组元结构带隙产生质变影响,影响程度更大;通过四组元结构带隙边界点模态分析,确立了四组元结构带隙计算公式。通过时域分析发现,相比于三组元结构,四组元结构在带隙内振动衰减效果可提升近30%,其内在原因是四组元结构中管桩提高了基体整体刚度,从而有效地预防了基体“击穿”带及泄露波的出现。相关研究可为新型局域共振结构设计及隔振效果改善提供新思路。     

复杂深海工程地质原位长期监测系统研发与应用

海底滑坡、浊流等深海底地质灾害严重威胁海洋工程安全,是国家深海开发亟待解决的风险问题。为避免深海海底地质灾害对海底工程造成危害,解决深海海底地质灾害监测预警的难题,我们研发了一套复杂深海工程地质原位长期监测系统。该系统通过声学、电阻率、超孔隙水压力等方法监测深海海底沉积物的物理力学性质变化,实现了对深海海底地质灾害的监测和预警。该系统主要包括海床基搭载平台、监测系统、通信控制系统、供电系统等。其中监测系统主要通过原位长期监测海底沉积物的电阻率、声学、超孔隙水压力等的变化来获取海底沉积物的物理力学性质变化;通信控制系统可以实现海底到海面,再到陆地的双向通信和数据传输。其中供电系统通过独特设计的海水电池工艺,可以满足该系统在海底长期工作一年的电量需求。复杂深海工程地质原位长期监测系统已完成了近海测试,并搭载“海洋地质六号”“东方红三号” “张謇号”等科考船在南海进行了多次远海海试,获取了丰富的实测数据。电阻率监测系统采用温纳法滚动测量,测得的水土界面位置平均电阻率为0.207 Ω·m。超孔隙水压力监测系统采用开放式结构的压差式光纤光栅孔压测量方法,监测到孔压观测的4个标志性阶段:(1)贯入过程引起的超孔隙水压力累计,峰值为34.942 kPa,历时0.182 h;(2)贯入完成后累积的超孔隙水压力衰减,衰减到9.973 kPa,历时为0.810 h;(3)环境应力引起的超孔隙水压力实时响应,超孔隙水压力的变化范围为8.327~14.384 kPa;(4)残余孔隙水压力平均值为11.150 kPa。声学监测系统采用两个一发三收模式,测量的海水平均声速为1 533 m/s,测量的海底沉积物自上而下的平均声速依次为1 586、1 587、1 784、1 735、1 831 m/s。复杂深海工程地质原位长期监测系统的成功研制将显著提升目前海洋工程地质原位长期观测的技术能力,解决复杂深海工程地质评价及地质灾害监测预警的技术难题。     

竖向入射S波作用下单桩水平地震响应简化解析方法

基于连续介质模型并考虑桩-土运动相互作用,将单桩视为一维线弹性梁,研究了竖向入射S波作用下的单桩水平地震响应问题。将竖向入射S波模拟为基岩水平位移,基于平面应变模型建立的土体控制方程,推导出地震作用下土体水平动力阻抗函数表达式。将土体阻抗代入单桩控制方程并联立桩-土接触条件及桩顶和桩底的边界条件,得出了竖向入射S波作用下单桩的地震响应解析解。通过将所得解与已有文献理论解和有限元结果进行对比,验证了该方法的合理性。基于所得理论解进行参数分析得出：桩-土模量比的增加可以明显降低桩-土运动相互作用因子的最小值,而较大桩身长径比以及土体滞回阻尼对桩-土运动相互作用因子的影响较小;对于桩顶水平地震放大因子来说,桩-土模量比的增加仅在高共振频率处抑制其幅值,较大桩身长径比对其影响较小,而滞回阻尼比的增加会显著抑制共振频率处的幅值;桩身地震响应仅在较小桩径比时受桩-土模量比的影响明显,并随桩-土模量比的增加而降低。     

黏土中超大直径钢管桩内侧摩阻力研究

随着当前海上风电装机容量逐渐增加,超大直径钢管桩基础得到了广泛应用。桩径的增加改变了桩-土相互作用模式,现行规范中钢管桩内侧摩阻力计算方法的适用性有待商榷。通过离心模型试验,采用双壁板桩和管桩模型揭示了黏土中有限范围土压力与不同桩径的内侧摩阻力发挥规律;采用有限元数值分析方法,开展了内侧摩阻力发挥规律的影响因素分析,建立了钢管桩内侧摩阻力计算方法,并与离心机试验结果进行了对比验证。结果表明：随着桩径增大,桩内壁土压力增大,内侧摩阻力也随之增大,并沿桩深呈指数型分布,其发挥范围为距桩端5倍桩径以内;提出的钢管桩内壁侧摩阻力计算方法与离心机试验结果吻合良好。     

抗滑桩应变特征与内力非线性研究

为探究抗滑桩实际内力与变形间的规律,特别是桩土相互作用下桩体受力、变形、稳定性等特征,通过抗滑桩大型物理模型试验,结合MATLAB拟合推导实现从桩表面应变散点数据到桩身挠度分布的求解。对比同桩长不同加载条件与同加载条件不同桩长两种情况下桩表面应变、桩身弯矩、剪力及挠度,分析抗滑桩的应变特征与内力变化规律。研究表明:单调与循环加载条件下抗滑桩工作阶段划分为三阶段,即未开裂阶段、混凝土开裂-钢筋屈服阶段、钢筋屈服-桩体破坏阶段。未开裂阶段一、二级荷载下由于土的压密性桩体略微回弹,桩表面应变、桩身弯矩、受荷段剪力及挠度出现较小的负值（绝对值约为破坏时的1%）。混凝土开裂-钢筋屈服阶段应变、弯矩、剪力、挠度增速明显加快。钢筋屈服-桩体破坏阶段应变、弯矩、剪力、挠度呈非线性增长,桩体的破坏模式均为弯剪破坏。随着自由端长度的增加,破坏时应变、弯矩增大,而剪力减小,破坏时应变增长约10%,弯矩增长约3%,剪力减少约20%;相对于单调加载,循环加载下最大弯矩值和最大挠度均有增大,最大弯矩增长约2%,最大挠度增长约1%。