粉质黏土中单桩竖向承载力的离心模型试验研究

桩基础研究的核心问题是桩承载力和桩-土相互作用,包括桩周土的变形和饱和土中孔隙水压力的变化。通过离心模型试验的方法,利用竖向压桩设备把桩压入土体,研究饱和及非饱和粉质黏土中单桩的竖向承载力,以及加载过程中桩周土体的变形和孔隙水压力的变化。粉质黏土饱和后,桩基的承载特性表现出软化的特点,且桩基的承载能力比非饱和粉质黏土中的桩基小,非饱和粉质黏土的压桩试验中桩基没有出现明显的极限承载力。桩基的加载特性与桩周土的变形响应具有显著的相关性,桩的加载过程对桩周土体变形的影响有一定范围,超过这个范围,土体的变形可以忽略不计。饱和粉质黏土中桩基的加载对桩周土体孔压的变化也有一定的影响范围,与桩周土体的变形范围体现出类似的规律。距离桩较近时,桩周土的变形较大;距离桩越远,土体的变形受到桩的影响越小。     

竖向荷载作用下挤扩支盘桩的试验研究及设计分析

结合实际工程,通过挤扩支盘桩的静载荷试验和桩身轴力测试试验,深入地分析了竖向荷载作用下挤扩支盘桩的荷载传递机理和变形特性,同时,给出了挤扩支盘桩的单桩承载力计算公式。结果表明,挤扩支盘桩在加荷后期支盘承担50 %以上荷载,且支盘阻力体现端承力的性质;挤扩支盘桩与普通直桩相比,单桩承载力可提高60 %～100 %。     

DX桩的试验研究

简要介绍DX桩及其工艺，并通过单桩垂直载荷试验，对其工作性状进行研究，结果表明，分布于桩身的支盘能较充分地利用柱侧土的承载力，支盘承受了桩的大部分荷载，桩的荷载－位移曲线类似如端承桩的缓变形曲线，桩的破坏形式表面为支盘附近土体的剪切破坏。     

多支盘锚杆的原型试验与荷载传递特征分析

多支盘锚杆是新近研发的新型锚固结构,与普通锚杆相比具有优良的工程特性。在多支盘锚杆室内模型试验研究的基础上,通过极限平衡理论推导出多支盘锚杆极限承载力理论计算公式,计算模型结果与室内实测数据基本一致,验证了计算公式的有效性。为了进一步掌握多支盘锚杆的荷载传递特性,开展了现场边坡锚固原型试验,利用现场多支盘锚杆拉拔测试所得数据研究了多支盘锚杆的支盘直径、支盘间距和支盘个数对多支盘锚杆极限承载力和变形控制能力的影响。试验结果表明：在粉质黏土中,当支盘间距大于等于4倍支盘直径时,可认为各支盘能独立工作,充分发挥多支盘锚杆的承载力;在相同条件下,与普通锚杆相比,随着多支盘锚杆的支盘直径从300 mm增大到500 mm以及支盘个数从1个增加到3个,多支盘锚杆的抗拔承载力提高非常明显,其变形控制能力也大幅度增强;多支盘锚杆的轴力传递曲线在支盘位置发生突变,呈陡降型,充分体现支盘在抗拔方面的贡献作用。该研究成果为多支盘锚杆的工程应用奠定了良好的理论基础。     

竖向荷载下挤扩支盘桩试验研究

通过6根挤扩支盘桩的单桩静载试验和桩身应力及桩端反力测试试验成果,分析挤扩支盘桩在竖向荷载下的变形受力特征,揭示了桩侧阻力的分布规律和发挥过程,计算了极限状态下端阻对桩顶荷载的分担比,提出若将支盘阻力当作侧阻考虑,支盘桩属于摩擦桩范畴。文章还采用灰色系统理论的灰色关联分析方法,揭示了支盘桩的承载性状。     

桩-土荷载传递机理的试验研究

静载荷试验是一项方法可行,理论上无可争议的桩基检测技术。在确定单桩极限承载力方面,它是目前最为准确,可靠的检验方法。为了进一步分析桩的荷载传递和承载力性状,预先在试验桩主筋上布置钢筋应力计以测量桩身轴向应力,在桩底埋设压力盒以测量桩端阻力。通过对实测数据的计算,便可得到试桩在各级荷载作用下的侧摩阻力和端阻力分布图,从而了解该桩的荷载传递和承载力性状。结合工程实践,通过对一工程三组测试桩静载荷实验及应力测试结果的分析,说明了桩-土的荷载传递机理。     

水平荷载作用下风电机桩基础的离心模型试验研究

桩基础是近海风机经常采用的基础形式。由于风电机组对基础的承载力和变形有着严格的要求,而水平荷载常常是控制荷载,因此,研究水平荷载作用下风机桩基础的应力、变形特性具有重要意义。针对风机单桩基础,选取典型的黏土地基,进行了水平加载条件下的离心模型试验,重点分析了桩身的响应及桩周围土体的变形特点。试验结果表明,在水平荷载作用下,桩顶的水平位移随着水平力的增加而增加,位移的增加速率在临界荷载之后增长较快;桩身弯矩分别在埋深1/5和3/5处附近分别出现极大值和极小值,且桩底具有一定弯矩值;桩周围土体的变形随着离桩距离的增加而减小,可分为主动区和被动区。桩对土体变形的影响区域随着水平力的增加而不断扩展,最后基本稳定在2倍桩径范围内。     

水平周期荷载作用下支盘桩受力性状的模型试验

为了研究桩在水平动荷载作用下的受力和变形规律,自制了一套能施加动荷载的加载装置,并对两根承力盘位置不同的模型桩进行了水平动荷载试验,研究了桩顶所加荷载幅值、加载频率、承力盘的位置等因素对支盘桩桩身弯矩和桩侧土压力的影响规律。结果表明:随着桩顶荷载幅值的增加,桩身上部正弯矩和弯矩的最大值均呈现增大趋势,桩侧土中压力亦逐渐增大;随着加载频率的增大,桩身上部弯矩先变大,后又减小,土中压力一直呈增大趋势;承力盘位置靠上的桩在同样条件下桩身正弯矩和最大弯矩值较小,桩侧土中的压力也较小。      

冲击荷载下土体动力响应与加载速率效应研究

为揭示土体在冲击荷载作用下的动态响应特征,运用自主研发的附加激发力式平板动力载荷试验系统（flat dynamic load test,简称FDLT试验）对广州大学城区内两种典型土体（砂土和黏土）进行了不同荷载大小和加载速率的FDLT试验,获取了土体在冲击荷载下的荷载-时程曲线、位移-时程曲线、荷载-位移曲线的3种关系曲线。建立了动态变形模量与加载速率的经验公式,对比分析了两种土体在冲击荷载作用下的加载速率效应。研究表明：（1）砂土的FDLT试验存在一个充电量临界值,在该充电量冲击试验过程中,加载速率对砂土的动态强度及变形有较大的影响,而对黏土在本次试验条件下未有明显影响。（2）加载速率对黏土与砂土的位移响应的相同之处在于,最大荷载和最大位移均随加载速率的增大而提高;不同之处在于,黏土达到位移峰值时间会随加载速率增大而延长,而砂土达到位移峰值时间随加载速率增大呈现先增加后减小的规律。（3）土体的动态变形模量与加载速率曲线呈对数变化关系。本研究成果可为土体动力特性研究、土的动静参数换算和工程设计提供依据。     

人工挖孔支盘桩承载性状试验研究

通过人工挖孔支盘桩的静载荷试验,研究了桩身荷载的传递规律和承力盘的承载作用。对极限荷载下支盘桩承力盘和桩侧摩阻力分担荷载的比例进干丁了分析,并得出了一些结论。     

CFG复合桩在软弱地基处理中的应用

某工程采用CFG复合桩对软弱地基土进行处理,持力层为粉质粘土,设计单桩承载力标准值180kPa,复合地基承载力标准不低于220kPa,采用沉管法施工。成桩后进行桩间土的力学性质测试发现,施工前后桩问土的强度没有提高,土的挤密度不明显;运用单桩静力载荷试验分析发现,I区的l号桩发生刺入破坏,单桩承载力标准值按比例荷载计算为105kPa,远低于理论预估值,Ⅱ区单桩承载力标准值按比例荷载计算为185kPa,与设计值相近。用单桩动测试分析发现原因是由于桩间土的差异及施工桩身的施工质量问题所致。     

软岩地基中大直径布袋桩抗拔试验研究

西北地区深大基础工程日益增多,兼顾基础抗浮和耐久性问题的研究空白,借助西宁火车站综合改造工程,引入大直径布袋桩技术,有效解决了基础抗浮和耐久性问题;选择6根试桩进行了现场单桩抗拔载荷试验,最大加载量为9 060 kN;运用MATLAB软件分别拟合出3种抗拔极限承载力预测函数模型的曲线,同时运用PLAXIS软件对不同等级荷载桩-土位移进行模拟,并与实测的荷载-位移曲线对比分析。研究发现：双曲线和幂函数模型较适合此类抗拔桩极限承载力预测;本地区类似地基预测大直径缓变形抗拔桩极限荷载所需的极限位移标准应由0.030D减小为0.025D;仅根据土层的物理力学特征确定抗拔桩桩周土的极限摩阻力不够完善,至少还要考虑埋深不同对具有相似物理力学特征土层性质的影响。     

考虑侧填荷载的分离式基础涵洞地基承载力新算法和试验

为了研究涵侧填土对采用分离式基础涵洞地基承载力的提高效应,先结合基底土体的受力特点,进行受力分析,建立计算模型,构建求解分离式基础地基极限承载力的算法,给出承载力表达式。然后在相似理论的指导下,设计了5组模型,试验模拟粉质黏土地基受荷变形直到破坏的全过程,绘出荷载-沉降曲线,测得涵侧填土高度为0、4、8、12、16 m时的地基极限承载力。试验发现:随着侧填土高度的增加,承载力显著提高,当填土为12 m时已达到885 kPa;但提高幅度表现出非线性特性,先从18.42%增加到36.11%,然后减小到3.39%;当填土达到16 m时承载力达到915 kPa且不再增加;同时发现使用本文算法与试验实测值的误差小于10%,可以考虑用此算法计算分离式基础涵洞的地基极限承载力。继而得出结论:当涵洞地基沉降满足设计要求时,涵侧填土显著提高了地基承载力,节约工程造价,且提高的幅度先增加后减少,当达到16 m时地基承载力便逐渐趋于915 kPa。     

桩端后注浆对大直径灌注桩影响的现场对比试验研究

基于郑州三环快速路工程开展的6个场地19根大直径灌注桩现场足尺试验,通过对比分析后注浆桩与未注浆桩实测结果,研究桩端后注浆对大直径灌注桩承载变形性状、荷载传递规律、桩端承载特性及桩侧摩阻力发挥性状的影响。结果表明,桩端后注浆条件下大直径灌注桩承载变形性能明显提高,且提高幅度受注浆龄期影响较为显著;在黄河中下游以中密～密实粉土、粉细砂及可塑～硬塑粉质黏土为主要冲积地层中桩长40 m左右的大直径灌注桩表现为摩擦型桩,但相比于未注浆桩,桩端后注浆桩传递至桩身下部及桩端的荷载更小;桩端后注浆在桩端下形成水泥沉渣坚硬固结体,有效地处理了桩端沉渣问题,且通过渗透劈裂作用,形成深度可达1 m的网状分布的水泥胶结体,加之对桩端土层的压密效应,显著提高了桩端支承性能与承载刚度;桩端后注浆显著提高大直径灌注桩桩侧极限摩阻力发挥水平,并降低了桩侧极限摩阻力对应的桩土相对位移,使得大直径灌注桩在较小的沉降下表现出较高的承载能力。     

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。     

沈阳地区砂土碎石土层抗拔桩承载力的试验研究

通过沈阳砂土地区旋挖成孔抗拔桩的现场静载试验、钢筋应力测试等试验,研究单桩抗拔承载能力、侧摩阻力的分布规律,得出以下结论：按地层年代划分土层确定侧摩阻力比按岩性名称划分更为合理;压浆前、后增强段侧阻力增强系数约在1.15～1.62之间;扩径支盘现象可以使局部摩阻力发挥较大,但也限制了其下部一定桩长范围内摩阻力的发挥.     

湿陷性黄土中成孔方式对桩基承载力影响试验研究

为了研究黄土地区成孔方式对桩基承载特性的影响,依托永寿至咸阳高速公路工程,对两个试验区4根试桩进行了静载试验,分析研究了不同成孔方式下桩基荷载传递规律。研究结果表明：成孔方式对桩基承载特性影响较大,黄土地区旋挖钻孔灌注桩承载力高于泥浆护壁循环钻孔灌注桩;循环钻孔灌注桩在成孔时需泥浆护壁,桩侧形成的泥皮会严重影响桩侧土体摩阻力的发挥,桩侧极限摩阻力值较小,桩端承担桩顶荷载比例较高;浸水后湿陷性黄土结构破坏,单桩承载力较原始状态有所下降;由于上覆黄土层湿陷量较小,浸水状态下桩侧土体并未产生负摩阻力。     

Numerical analyses of uplift behavior of pile foundation for transmission line structure in frozen soil regions北大核心CSCD

Pile foundation is one of the most commonly used and suitable foundations to support transmission line structure, especially in seasonally frozen soil regions and permafrost regions. Axial compression is the controlling condition in the design of foundations for such structures as bridges and buildings, while uplift and overturning will control the design of transmission line structure foundations. This paper presents an extensive overview of previous studies including experimental (e. g., laboratory model test and full-scale field load test), analytical/theoretical (e. g., limit equilibrium and limit analysis based on plasticity)and numerical(e. g., finite difference and finite element methods). The review indicates that study on the uplift behavior of pile foundation in frozen soil is relatively limited, particularly in the case of combined effect of axial uplift and lateral loading. Interaction between pile and frozen soil and mechanism of load transfer along the pile shaft and around the pile tip still remain unclear. Therefore, this paper implements finite difference analysis within FLAC3D to investigate the behavior of pile foundation in frozen silty clay and gravelly sand under axial uplift behavior and the effect of ground condition and lateral loading on the uplift behavior. Because of the axisymmetric condition of the problem studied, only half of the model is simulated. The chosen domain of the medium is discretized into a set of quadrilateral elements and the pile is discretized by the cylinder element. The interaction between the soil and pile is considered according to interface elements. Mohr-Coulomb criterion is adopted to model the soil behavior (perfectly elastic-plastic), while the pile is simply considered as a rigid body. The soil parameters such as Young’s modulus, cohesion and internal friction angle used for numerical analyses are determined by laboratory tests and estimated according to the empirical correlations with in-situ tests. The present numerical modeling is verified with the results from field loading tests on pile foundations in Qinghai-Tibet ±550 kV transmission line project. On this basis, parametric studies are carried out to uncover the behavior of pile in frozen soil. It is observed that pullout is the dominant failure mechanism of pile and the uplift load-displacement curve clearly exhibits an asymptote, consisting of initially linear elastic, nonlinear transition, and finally linear regions. These results are consistent with the observations in a few previous studies. In addition, larger uplift capacity of pile foundation in freezing period and gravelly sand is gained (about 20%). Lateral loading increases the deflection and therefore, decreases the uplift capacity of pile foundation. For the convenience of using the results obtained in practice, the values of uplift factor for pile foundation in silty clay and gravelly sand are provided. Finally, it should be noted that the method used, and the results obtained in the current work could be useful for engineers and designers, at least providing them some qualitative evidence for pile design in seasonally frozen soil regions and permafrost regions. This is important and necessary to ensure the safety of construction in such regions. Meanwhile, numerical analyses in the current work can be a benchmark example for subsequent research studies. © 2022 Science Press (China).