桩-砂土界面循环弱化宏细观机制

循环荷载下桩-土界面研究是桩土体系相互作用的重要研究方向,循环荷载下桩-土界面弱化效应主要包括界面剪应力循环弱化、界面法向应力循环弱化以及界面砂土颗粒破碎机制3部分,三者彼此影响共同制约桩-土界面的承载性能.界面粗糙度是影响桩-土界面力学机制的重要影响因素,为此,利用自主研发的可视化恒刚度界面剪切仪结合数字图像技术(DIC),研究不同界面粗糙度下桩-土界面循环弱化效应的宏细观机制.结果表明,界面剪应力、法向应力与剪切位移关系曲线分别呈"滞回环"和"碟"状发展;相同粗糙度下,界面剪应力、法向应力随循环次数的增加呈对数型弱化,界面粗糙度越大弱化系数越大;应力路径曲线呈"蝴蝶环"状发展,界面摩擦角随着界面相对粗糙度的增加而增大;界面剪切带随剪切循环数和界面粗糙度的增加逐渐增厚,30个循环剪切后剪切带厚度稳定在(4～5) D_(50);剪切带内颗粒破碎明显,相对破碎率为1. 86%～10. 25%,随粗糙度增大而增大.     

开挖卸荷桩土界面荷载传递模型的修正与验证

为了准确预测深开挖条件下桩基的承载变形性状,在桩土界面荷载传递计算模型中考虑了卸荷效应．基于快速拉格朗日法(FLAC3D),将线弹性-完全塑性的桩土界面荷载传递模型修正为双曲线计算模型,修正后的模型可以考虑开挖卸荷后桩周土体法向应力减小对桩土界面剪切刚度的影响,也可以考虑开挖深度、面积和桩长对桩端阻力的影响．利用修正模型对开挖条件下砂土地基中的单桩进行了足尺数值试验,分析计算了开挖后桩基的承载性能,并将修正后模型的计算值与软件内嵌的线弹性-完全塑性模型的计算值及试验值进行对比分析．结果表明:修正后计算模型和传统计算模型都能够较准确地预测开挖条件下桩基总极限承载力,但是,修正计算模型考虑了支护结构外围土体对桩端承载力的贡献,能更准确地预测桩身下部侧摩阻力与桩端阻力．因此,修正计算模型更适合开挖条件下的桩基承载力计算．     

港珠澳大桥长短组合桩基础有限元分析及受力研究

由于"m"法计算桩基时未考虑桩侧土摩阻力,为研究桩侧土摩阻力对长短组合桩基础桩基轴力分布的影响,以港珠澳大桥浅水区非通航孔桥桩基础为例开展分析,采用Midas有限元软件建立模型进行计算分析,模型中采用多折线弹簧模拟桩侧土摩阻力。结果表明,桩侧土摩阻力对长短组合桩基础桩基轴力影响较大,计算方法对桩基设计及工程造价控制具有重要意义。     

静压桩与土体间滑动摩擦及其时效性研究

静压桩贯入地基时,桩侧面与土之间会产生滑动摩擦。采用改进直剪仪进行试验,研究了静压桩与天津滨海新区土体间的滑动摩擦及其时效性,得出了静压桩与土的外摩擦角及其变化规律,并总结了静压桩与土摩阻力的时效性机理。研究发现滑动摩阻力与土的类型、法向应力有关,且与法向应力近似呈直线关系;随着时间的增长,粘土和淤泥质土与桩之间的摩阻力显著增大,且与桩的承载力增长曲线相近。对进一步研究天津滨海地区静压桩的挤土效应和承载力具有一定的参考价值。     

静钻根植竹节桩荷载传递机理模型试验

针对静钻根植竹节桩这种新型组合桩基的荷载传递机理的问题,在模型槽中进行竹节桩的模型试验.通过埋设在竹节桩表面与水泥土中的应变片及桩底的土压力传感器对加载过程中桩身、桩端以及水泥土中的应力进行测量.模型试验结果表明:桩侧水泥土与桩端水泥土在荷载传递过程中所起作用不同,靠近桩端水泥土处桩侧水泥土中应力较大,在实际工程中需要提高该区域水泥土强度;模型试验测得的水泥土与桩周土极限侧摩阻力比现场试桩水泥土与桩周土的极限侧摩阻力大,在实际工程中搅拌水泥土时应提高搅拌均匀性以增加桩侧摩阻力;可以用传统桩基沉降计算公式计算静钻根植竹节桩的桩端沉降.     

不同组合下高喷插芯组合桩抗拔承载特性试验研究

基于自主研发的大型桩基模型试验加载系统,采用砂雨法施工,对4种不同组合形式的高喷插芯组合桩（JPP桩）进行了抗拔承载性能对比试验研究。结果表明：1）JPP桩的不同组合形式对抗拔承载力有较大影响,下组合抗拔承载能力最高,其承载能力是分段组合II的1.1倍,是分段组合I的1.3倍,是上组合的1.4倍。2）极限荷载下,组合段所提供的总侧摩阻力中,下组合最高。3）在桩体上拔过程中,桩身轴力沿桩身向下依次递减;随着荷载的增加,桩身上部侧摩阻力首先达到极限值并趋于稳定,然后桩身中下部侧摩阻力逐渐发挥。4）侧摩阻力随桩土相对位移的增加而逐渐变大,在桩土相对位移较小时便达到较大值,桩身上部的侧摩阻力在达到较大值后趋于稳定,桩身中下部不同位置处的侧摩阻力在达到较大值仍有不同程度递增的趋势,总体上呈现出双曲线的分布形式。     

泥质岩地区大直径深嵌岩桩的承载特性

基于自平衡桩基测试技术,根据坝陵河大桥现场的2根桩基（SZ1、SZ2）和北盘江大桥的1根桩基（SZ3）的静载荷试验报告,对泥质岩地区大直径深嵌岩桩（嵌岩比hr/d〉3.0）在万吨级荷载作用下的承载特性进行了研究,包括桩顶荷载和位移的关系、桩侧阻力、桩端阻力等。结果表明：在泥岩地区大直径深嵌岩桩桩顶荷载-位移曲线主要以缓变型为主;桩端岩石风化程度对端阻力影响较大,微风化的泥质砂岩和白云岩极限承载力要比弱风化的泥质灰岩高;桩侧阻力的发挥与桩土界面相对位移关系比较密切,泥质白云岩桩侧阻力发挥所需桩土位移相对位移较小;最后把桩极限侧阻力与勘探报告预估值进行了分析。     

低承台对桩侧摩阻力、端阻力的效应分析

分析了低承台复合桩基，在竖向荷载作用下承台底压力作用对桩侧摩阻力，端阻力的效应，以及不同几何心尺寸的桩与承台对桩侧摩阻力、端阻力的影响。     

桩端土和桩侧土在荷载传递过程中的相互强化

通过模型试验和现场测试,对桩侧土和桩端土在荷载传递过程中的相互强化作用进行了研究,并对这种相互强化作用机理进行了深入的理论分析。研究发现:不但桩端土的强度对桩侧土的极限摩阻力的发挥具有强化作用,同样,桩侧土的强度对桩端的极限端阻力的发挥也具有强化作用。     

桩端土和桩侧土在荷载传递过程中的相互强化

通过模型试验和现场测试，对桩侧土和桩端土在荷载传递过程中的相互强化作用进行了研究，并对这种相互强化作用机理进行了深入的理论分析。研究发现：不但桩端土的强度对桩侧土的极限摩阻力的发挥具有强化作用，同样，桩侧土的强度对桩端的极限端阻力的发挥也具有强化作用。     

温度影响下能量桩-土接触面剪切特性试验研究

能量桩工作过程中,桩体受温度变化影响会产生热变形,进而引起桩周土体的循环剪切作用,弱化地基承载力,给桩基的正常使用带来风险。由于传统直剪仪无法模拟能量桩工作过程中的温度变化,因此对桩-土接触面力学特性受温度影响的变化规律研究较少。对传统直剪仪进行改造,使其可以改变剪切试样温度;所用土体从重庆某施工现场取样,开展不同温度变化下桩-土接触面的室内土工直剪试验,分析单次温度变化和循环温度变化对桩-土接触面力学性能的影响,并对温度影响下桩-土接触面力学特性与土体力学特性的差异进行比较。结果表明,能量桩-土接触面的抗剪强度受温度影响较大;随着温度的升高,能量桩-土界面摩擦角和黏聚力先减小后增大;低法向应力下温度循环对桩-土接触面力学特性影响较大,而高法向应力下温度循环对桩-土接触面力学特性影响不显著;土体的抗剪强度、黏聚力和摩擦角随温度变化规律与桩-土界面类似。     

循环荷载下砂与钢板界面的弱化机制

针对桩-土界面的循环弱化机制,采用自主研发的大尺度恒刚度界面剪切仪,进行不同剪切位移幅值和初始法向应力下砂与钢板界面的循环剪切试验研究.研究结果表明,界面剪切应力、法向应力与剪切位移关系曲线分别呈“滞回环”和“阶梯”状发展,且随循环次数的增加趋于“扁平”,相邻循环应力应变曲线趋于重合,两者的循环弱化速率均随初始法向应力和剪切位移幅值的增加而增大;同组试验不同循环下的最大剪切应力随循环次数的增加近似呈对数型弱化;循环剪切过程中界面摩擦角的发展趋势与剪切位移幅值密切相关;循环剪切形成毗邻界面1 cm厚剪切带,剪切带内砂土颗粒破碎率达5%以上.     

考虑粗糙度的黏性土-结构接触面力学特性试验

目前土与结构接触面的粗糙度定义未达成统一认识,不利于量化分析粗糙度对结构接触面力学性质的影响。同时,粗糙度对粘性土与结构接触面相互作用影响的研究也有待深入。为此,基于对灌砂法的修正,提出了一种测定土-结构接触面粗糙度的方法。针对试验自制的混凝土试块的半圆凹槽状粗糙表面和其他学者设计的齿形粗糙表面,使用修正后的灌砂法、常规灌砂法和试验常用的峰谷距测定法测定它们的粗糙度,并进行对比。利用大型直剪试验仪对红粘土-混凝土试块接触面进行了直剪试验,定量分析了粗糙度对接触面剪切破坏、变形等的影响,并探讨了粗糙度的影响机理。研究成果表明：针对接触面粗糙度的测定,修正后的灌砂法比常规灌砂法或峰谷距测定法都有效。接触面剪切破坏满足摩尔-库伦剪切破坏准则。粗糙度对接触面摩擦角影响不大。接触面抗剪强度和粘聚力的增长速率随粗糙度的增大而降低。随着粗糙度的增大,接触面粘聚力增大且逐渐趋近红粘土的粘聚力,此时剪切破坏可能发生在接触面上或接触面附近土体内。随着法向应力的增大,临界粗糙度减小且粗糙度对接触面抗剪强度的影响降低。粗糙度较小时,接触面剪切破坏后出现较为明显的应力跌落现象。     

颗粒粒径对立体格栅网-砂界面剪切特性影响

立体格栅网在传统平面格栅基础上增强了横肋与土体的侧阻力作用,有助于提高加筋土结构中筋土界面相互作用。为了研究网孔尺寸和颗粒粒径对立体格栅网-石英砂界面剪切特性的影响,通过3D打印技术制作不同网孔尺寸的立体格栅网,进行一系列单调直剪试验。试验分析了颗粒粒径、竖向应力和格栅网孔开口率变化时界面的摩擦角、剪胀角以及剪切强度系数的变化规律;在试验基础上,建立了界面剪胀系数模型,定量分析了颗粒平均粒径和格栅网孔开口率对立体格栅网-砂界面剪胀特性的影响。结果表明：颗粒粒径对立体格栅网-砂界面的似黏聚力影响更明显,对摩擦角的影响较小;界面最大剪胀角随竖向应力的增加而逐渐降低;颗粒粒径较大、格栅网孔开口率较小时,界面的剪胀性更强;剪切强度系数随粒径的增大而增加,表明立体格栅网与粒径较大的填料之间具有更好的互锁作用。     

透明砂土休止角和起动流速基本特性试验研究

人工合成透明土材料结合粒子图像处理技术在模型试验中已得到广泛应用,但使用该技术研究桩基冲刷问题还需对其开展更多特性研究.基于熔融石英砂与正十二烷和15#白油混合液制备成透明砂土,通过室内试验研究透明砂土的基本物理特性、休止角和起动流速.结果 表明:透明砂土的透明度除1～2 mm粒径组显著较差外,其余相差不大;各粒径组透...     

考虑粗糙度影响的不同土与混凝土界面大型直剪试验研究

土与结构接触界面的力学特性对于土体与结构相互作用系统的研究具有重要意义,结构周围土体性质与结构表面粗糙度是影响接触面力学性质的重要因素。为研究结构表面粗糙度对不同土体与结构接触面的剪切力学特性的影响,采用大型直剪试验仪进行了3种土体（红黏土、砂土与碎石土）与混凝土接触面剪切试验。通过在混凝土表面预制不同数量的规则半圆型凹槽来改变表面粗糙度,并采用灌砂法对混凝土表面粗糙度进行定量评价,研究粗糙度对不同类型接触面的剪切应力与剪切位移曲线以及强度参数的影响。结果表明：土体类型对接触面的剪切应力与剪切位移曲线形态具有较大的影响,红黏土与混凝土接触面剪切曲线表现为剪切软化型,砂土与混凝土接触面剪切曲线表现出理想弹塑性特征,碎石土与混凝土接触面剪切曲线主要表现为应变硬化型。粗糙度对接触面的剪切强度有着显著的影响,不同土体与混凝土接触面的剪切强度随粗糙度的增大均有明显提高,但法向应力的增大会弱化粗糙度对接触面剪切强度的影响。不同粗糙度条件下接触面的剪切强度与法向应力之间均存在着良好的线性关系,表明接触面的剪切破坏符合摩尔-库伦准则。粗糙度的增大能显著提高接触面的表观黏聚力,但对接触面内摩擦角的影响较小。     

土与混凝土接触面反向单剪本构模型

土与混凝土接触面的反向剪切性质是土木工程中一个重要的课题。根据接触面反向单剪试验结果,定量分析了正向剪切历史对不同含水率接触面反向抗剪强度、摩擦角、黏聚力等因素的影响,给出了相关的经验公式。提出了接触面临界正向剪切比的概念。根据改进的应力应变方程,建立了接触面正反向剪切模量公式,其包含了10个土体参数,均可通过接触面试验求得。确定了该公式中各参数的取值方法,推荐了初步的取值范围。进行了不同正向剪切比情况下的接触面剪切应力应变模拟,得到良好的模拟效果。研究成果可供相关的工程设计参考。     

层状地基中单桩-桩帽-土共同作用等效剪切位移法

基于单桩-桩帽-土共同作用的特征,推导了桩和桩帽下土体的荷载传递矩阵,提出了层状地基中带帽单桩的等效剪切位移法。当桩与桩帽下土体以及桩帽下土体与桩帽外侧土体交界面处的位移协调时,分别建立桩与桩帽下土体的平衡微分方程;考虑交界面处的相对滑动时,桩与桩帽下土体交界面处的侧摩阻力较大导致非线性,主要表现在桩与桩帽下土体间的相互滑动;当帽桩较小时,桩帽下土体与桩帽外侧土体交界面处的侧摩阻力引起的桩帽外侧土体自由位移场比较小。与有限元法、已有理论分析方法以及模型试验的对比表明桩帽的加入可明显增大带帽桩的整体刚度,并且一定尺寸的桩帽下桩体长径比的增大不会无限增大带帽单桩的整体刚度,桩帽始终贡献一定的荷载分担比例。     

Evaluation of group effect of pile group under dragload embedded in clay

A simple semi-empirical analysis method for predicting the group effect of pile group under dragload embedded in clay was described assuming an effective influence area around various locations of pile group. Various pile and soil parameters such as the array of pile group, spacing of the piles (S), embedment length to diameter ratio of piles (L/D) and the soil properties such as density (γ), angle of internal friction (φ) and pile-soil interface friction coefficient (μ) were considered in the analysis. Model test for dragload of pile group on viscosity soil layer under surface load consolidation conditions was studied. The variations of dragload of pile, resistance of pile tip and the layered settlement of soil with consolidation time were measured. In order to perform comparative analysis, single pile was tested in the same conditions. The predicted group effect values of pile group under dragload were then compared with model test results carried out as a part of the present investigation and also with the values reported in literatures. The predicted values were found to be in good agreement with the measured values, validating the developed analysis method. The model test results show that negative skin friction of pile shaft will reach 80%–90% of its maximum value, when pile-soil relative displacement reaches 2 mm. Foundation item: Project(50679015) supported by the National Natural Science Foundation of China     

土工格栅复合夯实水泥土桩-土界面接触特性分析

针对桩-土接触面的摩擦特性,在夯实水泥土桩-土界面中设置土工格栅,以增强夯实水泥土桩-土的相互作用。采用三维数值软件模拟直接剪切试验和静载试验,对土工格栅复合夯实水泥土桩-土界面接触特性进行分析,研究土工格栅复合夯实水泥土桩-土接触面的应力、变形和强度的变化规律。结果表明:土工格栅复合夯实水泥土桩-土接触界面的摩阻力峰值有所增加,达到峰值后,摩阻力曲线下降速率缓慢;静载试验中,在夯实水泥土桩表面复合土工格栅后,对应的基础沉降比普通夯实水泥土桩复合地基的沉降小,且夯实水泥桩的轴向压缩变形也小。