分层土中支盘桩水平承载特性模型试验研究

制作支盘桩单桩和群桩模型试验装置,对处于分层土和均质土中的单桩和群桩基础进行室内水平静载荷模型试验,分析土层性质和承力扩大盘位置对桩水平承载特征的影响.结果 表明上层土的性质对支盘桩水平位移、桩身弯矩和桩侧土压力的影响明显,特别是对扩大盘靠近桩身上部的单桩,上层土加固能显著降低桩顶的水平位移,提高桩的水平承载力;对支盘桩群桩基础,扩大盘所处的上层土较软弱时,群桩效应明显;上部土层加固后群桩效应减弱,各基桩近似独立工作,再加上承台对桩顶的固接约束作用,桩身弯矩和桩侧土压力均显著减小.     

单桩水平承载特性研究综述

单桩水平承载作用下的工程性能是桩基工程的主要课题之一.该文回顾了单桩水平承载力特性的研究历史及现状,总结了国内外相关研究的理论方法,探讨了水平受荷桩试验研究进展,分析了当前对水平荷载下桩基受力特性,并对单桩桩基受水平荷载的研究方向进行了展望.国内外试验与研究表明,合理选取方法及参数对桩基的水平承载力进行分析计算,能够有效保障桩基工程水平承载安全性的基础上降低工程成本.     

多级扩径桩承载特性模型试验及计算研究

在宁波砂质粉土中开展了等直径桩、扩底桩、扩径桩(多级扩径)抗压静载模型试验,测试获得了单桩承载力–沉降(Q–s)曲线、桩侧摩阻力,对比分析了3种桩的承载特性,并推导建立了多级扩径桩承载力和沉降计算公式,结果表明:多级扩径桩更能充分地发挥扩大头下端土体的承载作用,具有提高承载力、减小沉降的作用;受到扩大头的影响,多级扩径桩中部侧阻无法充分发挥,但扩径阻力是荷载传递的重要方式;建立的多级扩径桩的承载力及沉降计算公式较为合理。     

PCC桩水平承载特性足尺模型试验研究

桩在水平荷载作用下的受力性状是一个复杂的桩土相互作用过程。针对双层地基中现浇混凝土大直径管桩(以下简称PCC桩)受水平荷载的问题,利用河海大学岩土所自行研制开发的大型试验模型槽进行水平承载桩静载足尺模型试验,实测得到了水平荷载下PCC桩与土共同作用时的工作性状,分析了PCC桩受水平荷载时的内力、变形、极限承载力和桩侧土压力分布等。试验结果可为今后类似土层下水平受荷PCC桩的设计与研究提供参考。     

分层土中单桩和群桩水平动力阻抗的统计特性

基于Winkler地基梁模型,提出了计算分层土中单桩动力阻抗的有限元方法。假设土的弹性模量为随机场,利用Neumann随机有限元法得到了单桩水平动力阻抗的统计特性。在分析了动力相互作用因子的统计特性后,推导了群桩的水平动力阻抗的统计表达式。最后通过算例分析,得到了一些有意义的结论。     

水平荷载下扩底楔形桩承载力特性透明土模型试验

通过改变纵向截面形式以提高单位材料利用率、提高桩侧摩阻力或桩端阻力的异形桩在工程界逐步得到推广应用;然而,针对纵向截面形式改变对基桩水平向承载力特性影响的研究却相对较少。为分析纵向截面形式改变对水平向承载特性影响规律及桩-土相互作用机理;基于透明土材料和PIV(particle image velocimetry)技术,采用非插入式测试方法开展水平荷载作用下扩底楔形桩的承载力特性模型试验,测得水平荷载下基桩H0-y0曲线、基桩变形、以及桩周土体扰动位移场等规律特性,继而探讨水平荷载下扩底楔形桩的极限承载力、基桩变形对桩周土体位移场的扰动规律以及桩-土相互作用机理;同时进行等截面桩、楔形桩的水平向承载力特性透明土模型试验作为对比分析。试验结果表明,文中试验条件下,由于扩大头的存在,扩底楔形桩的水平向承载力约为楔形桩的2.0倍;水平荷载下,桩周土体的竖向位移略比水平向位移要大,桩端附近土体水平向位移变化比竖向位移变化要更明显;水平极限荷载下桩端略有一点向上拔出。     

挤扩支盘桩承载变形特性的试验研究

通过对挤扩支盘桩的静载荷试验，由钢筋应力计测试出挤扩支盘桩的桩身轴力，支盘阻力的变化规律，分析竖向荷载作用下挤扩支盘桩的荷载传递机理和变形特性，结果表明挤扩支盘桩在加荷后期，支盘承担50%以上荷载。     

变截面工字形钢筋混凝土桩水平承载特性模型试验研究

为研究变截面工字形钢筋混凝土桩在水平荷载作用下的受力特性,对其进行了单桩水平静载缩尺模型试验,实测得到了水平荷载作用下变截面工字形钢筋混凝土桩与土共同作用的工作性能,分析了变截面工字形钢筋混凝土桩受水平荷载作用时的内力、变形、极限承载力。结果表明,垂直翼缘方向的水平临界荷载近似为垂直腹板方向水平临界荷载的3倍,桩身最大弯矩分布在距桩顶0.34m处,桩身弯矩影响深度约为0.96m。     

软土中桩顶水平承载离心模型试验

为研究软土中刚性桩水平承载性状,设计开展了离心机试验,分析不同桩端情况和截面形状刚性桩水平承载特性及桩土相互作用。结果表明:闭口桩的水平承载力大于开口桩;桩土响应处于线弹性阶段时,水平荷载-桩顶位移曲线与桩端类型和截面形状无关;桩身材料、桩端开口形式及桩入土深度相同时,H形桩水平承载力最大,而圆形桩最小。综合分析试验结果表明:归一化桩顶水平荷载-桩顶水平位移曲线符合指数函数关系。     

膨胀土中单桩性状的模型试验研究

桩基是一种有效处理膨胀土的方法,膨胀土中桩基的工作性状会受到膨胀土浸水膨胀的影响。通过大型模型试验分析了浸水对膨胀土中单桩承载特性的影响,研究了浸水过程中单桩的上升和胀切力的变化规律。试验结果表明:由于膨胀土浸水软化作用,膨胀土中桩的侧摩阻力和承载力明显降低,而由于膨胀作用,桩中产生胀切力而使桩上升。     

扩体锚杆承载特性的模型试验研究

面对许多规模宏大、技术难度与风险程度高的岩土工程,与普通土层锚杆相比,扩体锚杆能够提供更大的承载能力并解决复杂工程问题。利用自行研制的自动化锚杆载荷仪,分别进行了拉力型与压力型扩体锚杆竖向力室内模型试验。试验结果表明,模型锚杆的破坏基本呈锥形,扩体段直径对破坏圆锥体的直径和极限承载力影响较大,扩体段长度对破坏锥体的直径和极限承载力影响较小,随扩体段直径的增大,模型锚杆的极限承载力增大幅度逐渐减缓,单位横截面积荷载提高比由正变负,随扩体段长度的增大,单位侧周面积荷载与单位扩体长度荷载提高比均为负值。两类锚杆的Q-s滞回曲线呈抛物线状,在相同对比条件下的弹性变形曲线十分相似,塑性变形曲线也基本一致,压力型扩体锚杆能更快的提供约束荷载。在工程实践中,对扩体锚杆的扩体段直径与长度以及上覆土层的厚度进行优化设计,有助于提高扩体锚杆的技术优势和经济效益。     

大直径加翼单桩水平承载性能离心模型试验研究

采用离心模型试验,研究近海风电场风机基础中的大直径单桩及加翼单桩的承载机制。加翼单桩是基于近海风电场常见的单桩基础,为进一步利用近地表浅层土的土抗力,在泥面下加装稳定翼钢板的新型基础型式。共开展9组离心模型试验,研究不同翼板的尺寸参数(宽度、长度)和埋深以及加载高度条件下加翼单桩的水平承载力。试验结果表明,翼板的设置可以明显增强单桩的水平承载力,增强的幅度与翼板的尺寸参数及埋深有关。研究成果为指导加翼单桩的设计和施工提供了可靠的试验依据。     

大直径加翼单桩水平承载性能离心模型试验研究

 采用离心模型试验,研究近海风电场风机基础中的大直径单桩及加翼单桩的承载机制。加翼单桩是基于近海风电场常见的单桩基础,为进一步利用近地表浅层土的土抗力,在泥面下加装稳定翼钢板的新型基础型式。共开展9组离心模型试验,研究不同翼板的尺寸参数(宽度、长度)和埋深以及加载高度条件下加翼单桩的水平承载力。试验结果表明,翼板的设置可以明显增强单桩的水平承载力,增强的幅度与翼板的尺寸参数及埋深有关。研究成果为指导加翼单桩的设计和施工提供了可靠的试验依据。     

混凝土扩盘桩的半面桩小模型试验方法研究

主要介绍了创新性的半面桩小模型试验方法,该方法克服了传统全截面桩试验只能测数据的缺陷,能够全过程观察桩周土体的真实破坏状态。详细阐述了试验方案、过程和试验注意事项,并给出了试验结果的新发现,为今后复杂截面桩的试验研究奠定了基础。     

竖向荷载作用下支盘桩水平动承载性能模型试验研究

在对模型桩基施加水平振动荷载的同时,施加桩顶竖向荷载,对一根等直径桩和两根承力盘位置不同的支盘桩进行模型对比试验。结果表明:支盘桩与等直径桩相比,其承担水平动荷载的性能更加优越,且支盘桩的承力盘的位置接近桩顶时,这种优越性表现更明显;桩身动弯矩的大小随着水平振动荷载幅值的提高而增大;在水平动荷载数值较小时,竖向荷载的存在能够适当降低桩身弯矩值,对桩的水平动承载性能有利;当桩身水平动荷载数值增大,竖向荷载将会增大桩身弯矩而变为不利因素。     

支盘桩的承载特性研究

采用ANSYS软件,建立支盘桩-土的三维有限元模型,对桩土之间的作用进行接触分析,研究了挤扩支盘桩在荷载作用下位移场、应力场的变化规律和桩土之间的相互作用。分析认为,支盘桩桩侧摩擦力比较小,支盘上斜面及靠近支盘的上、下桩体表面与土体脱开,主要依靠支盘下斜面及桩底承受荷载。     

斜坡地形单桩竖向承载特性模型试验与数值模拟研究

为探明斜坡地形条件对桩基竖向承载特性的影响,结合模型试验和数值模拟方法,设计多组斜坡工况和水平对照工况,对单桩竖向承载特性进行研究,在相同桩长条件下对比分析平地、不同坡度的单侧斜坡和连续斜坡地形中桩基的竖向承载力、桩身轴力及桩侧摩阻力的变化规律和荷载传递机理。研究结果表明:在相同坡度条件下,单侧斜坡工况的单桩承载能力小于连续斜坡工况,且桩基竖向承载力随着坡度增大而降低,斜坡影响度呈非线性增长;斜坡地形主要影响桩侧阻力峰值大小,当桩侧阻力出现峰值时,对应的桩端阻力大小接近相等;斜坡地形中,桩身前后存在应力分布差异,坡前位置竖向应力和剪应力大于坡后位置,但剪应力差异仅存在于0～4倍桩径的浅层区域。     

粉砂地层中超长桩承载特性室内模型试验研究

通过室内模型试验,研究了粉砂地层中超长桩的荷载-沉降(Q-s)关系、桩身轴力、桩侧摩阻力、桩身压缩、桩端阻力、桩土相对位移等承载性状及荷载传递规律。结果表明,超长桩的Q-s曲线为缓降型,与端承摩擦桩的Q-s曲线相似。随桩顶荷载的增加,桩侧摩阻力沿桩身分布逐步由一个峰值转变为两个峰值,桩身压缩主要发生在桩身上部,桩侧摩阻力随桩土相对位移增加基本符合双曲线发挥规律。桩端阻力随桩顶荷载增加变化可分为缓慢增长段、加速增长段和减缓破坏段,荷载较小时,桩端阻力与桩端位移基本呈线性关系,随荷载增大,桩端位移加速增长,极限荷载后,桩端出现刺入变形。     

开挖条件下黏土中单桩竖向承载特性模型试验与分析

利用已有的离心机预固结加荷装置,开发了一套可以有效控制超固结比的模型桩竖向加荷系统,进行了开挖条件下饱和黏土中单桩竖向承载特性的室内模型试验。在模型试验用高岭土单元体试验的基础上,考虑开挖引起土体K0系数和不排水抗剪强度变化对桩侧极限摩阻力的影响,提出了开挖卸荷条件下饱和黏土中单桩竖向承载特性的非线性简化计算方法,并通过与模型试验结果进行对比验证了计算方法的正确性,算例分析表明:开挖将会使得竖向桩顶刚度和极限承载力的降低,合理的预测方法应该既要考虑开挖卸荷引起的桩侧土上覆压力的减少,又要考虑桩侧土体K0值和不排水抗剪强度的提高。     

黄土地区挤扩支盘桩承载特性非线性有限元模拟研究

采用非线性有限元法分析了黄土地区挤扩支盘灌注桩桩端和承力盘下土层的性质,研究了荷载传递特性和承力盘的受力机理,通过现场静载荷试验,进一步表明挤扩支盘桩的荷载传递规律是由上向下逐渐传递,支盘承担60％以上的桩顶荷载;盘间存在着应力叠加效应.并对盘与盘之间的最小临界间距提出建议.