间歇与持续加热下含承台能量桩基础现场试验

能量桩基础兼具承担上部荷载和浅层地温能利用的双重功能,基础埋深条件和运行模式对能量桩的换热性能及热力响应均有一定影响.依托中国三峡大学水科学与工程楼桩基础工程,针对3.0 m埋深条件下含承台能量桩基础,开展时长各16 d的两组现场对比试验,每日对应的运行模式分别为16 h加热-8 h自冷的间歇循环加热(IH-16)和持续24 h加热(CH-24),实测能量桩及承台的温度、热致应变等的变化.结果表明,该试验条件下,CH-24和IH-16试验加热稳定阶段的换热效率值分别约为5.32 kW和5.38 kW,中性点均出现在距桩顶0.78倍桩长处,桩顶位移分别为0.38 mm及0.19 mm,对应的桩身平均温度升幅分别为8.9℃和4.7℃,热扰动范围约1.7 m;CH-24试验桩身最大约束应力为-3.01 MPa,比IH-16试验的最大约束应力-1.68 MPa提升了79%. IH-16试验在非运行对角桩对应的承台部位产生了约1.75 MPa的附加拉应力,约为C40混凝土抗拉强度值的73.2%.两组运行模式下承台均出现了细微的差异变形,在设计运行时应予以考虑.     

平衡饱和度差异性产生机理及其对非饱和土力学特性的影响

通过双孔隙结构分析结果确定在同一基质吸力下的试样将因孔隙分布的随机性而表现出不同的平衡饱和度, 进一步通过理想非饱和土的水气分布确定饱和度差异将影响非饱和土的力学性质研究. 采用压力板仪与直剪仪的简化组合试验对上述理论分析结果进行验证, 研究结果表明：平衡饱和度差异存在并随着基质吸力的增大而逐渐减小;在同一基质吸力下试样的抗剪强度随平衡饱和度的增加而降低;进一步的拟合结果显示平衡饱和度对与基质吸力相关的内摩擦角影响显著;通过对试验数据及其平均值的研究建议在最小与最大基质吸力下进行多次平行试验, 可以在不显著增加试验时间的同时减小平衡饱和度差异的影响.     

海相淤泥质土中后注浆微型钢管桩浆液扩散及承载特性研究

后注浆微型钢管桩以其施工速度快、场地适应性好及承载力高等技术特点,广泛应用于基础托换及软基加固工程中;然而,针对海相淤泥质土中浆液扩散规律及承载特性的研究仍相对较少。开展连云港海相淤泥质土中静压微型钢管桩及后注浆微型钢管桩承载特性现场试验,对比分析桩侧注浆对微型钢管桩承载特性的影响规律。基于透明黏土材料和PIV技术,开展后注浆微型钢管桩沉桩及注浆过程可视化模型试验研究,观测分析微型钢管桩静压沉桩过程中桩周土体位移场、桩侧注浆施工过程中浆液扩散规律。研究结果表明,现场实测后注浆微型钢管桩竖向抗压承载力约为常规微型钢管桩承载力的2.4倍;静压微型钢管桩沉桩挤土效应小于4.5D,海相淤泥质土中注浆浆液扩散形式以水平向二次劈裂注浆为主。     

基于ＣＤＩＯ理念的中外合作办学《能源地下结构》课程实践教学探索

中外合作办学是我国加入ＷＴＯ开放教育市场的承诺、也是我国高等教育的重要组成部分,随着“一带一路”建设的持续推进,中外合作办学培养复合型国际化人才也逐渐成为其重要职能。结合中外合作办学《能源地下结构》课程教学实际情况,将兴趣（Ｉｎｔｅｒｅｓｔ）、创新（Ｉｎｎｏｖａｔｉｏｎ）、责任（Ｒｅｓｐｏｎｓｉｂｉｌｉ-ｔｙ）和德育（Ｍｏｒａｌ）等因素引入ＣＤＩＯ工程教育模式中,形成基于ＩＩＲＭ-ＣＤＩＯ的教学改革方案;开展教学目标、内容、方法与评价等环节的构思（Ｃ）、设计（Ｄ）、实施（Ｉ）和运行（Ｏ）优化,并挖掘新时代思政元素,有效融入能源地下结构专业课程教学实践中。实现以人为本的立德树人目标,为中外合作办学的课程教学改革、新工科和“一流学科”内涵建设和卓越工程师培养提供参考和支撑。     

化学电渗法加固软黏土地基对比室内试验研究

基于室内试验方法,开展了阳离子摩尔量、CaCl_2和Na_2SiO_3化学作用等因素对软黏土电渗排水及加固效果的影响规律研究;实测了化学溶液联合电渗试验中排水量与排水速率、土体导电性、能耗以及试验结束后土样含水率、抗剪强度的分布规律,并开展了常规电渗试验作为对比分析。研究结果表明,增加土样中阳离子摩尔量,是增加电渗排水量、提高排水速率及缩短电渗时长的有效方法之一;与常规电渗试验相比,联合注入CaCl_2和Na_2SiO_3溶液的土体平均抗剪强度提高了约120%,较单独加入Na_2SiO_3或CaCl_2溶液多提高约20%;联合注入CaCl_2和Na_2SiO_3溶液对改善电渗处理后土体含水率和抗剪强度分布不均问题作用明显。     

冬季工况多次温度循环下微型钢管桩群桩热力响应特性现场试验

能量桩技术具有支撑上部结构和浅层地热能换热器双重作用;作为一种节能减排新技术,近年来获得了一定的发展。依托微型钢管桩加固既有基础托换工程,开展冬季工况多次温度循环下微型钢管桩群桩的热力响应现场试验;实测不同间歇时长情况下桩身温度与应力等变化规律,探讨不同运行模式下的桩基换热性能系数（C_OP,coefficient of performance）。试验结果表明：文中试验条件下,桩身附加温度应力随循环次数增加而增大,且随间歇时间的延长而减小;桩基C_OP随循环次数增加而减小,且随间歇时间的延长而增大;附加拉应力未超过设计控制范围、不会导致桩体破坏。     

现浇X形桩复合地基静载荷试验研究

结合南京市桥北污水处理厂软土地基处理工程,开展了现浇X形桩单桩、单桩复合地基和多桩复合地基的静载荷试验研究,现场测得其荷载-沉降关系曲线、桩身轴力与桩侧阻力、桩土荷载分担与桩土应力比、桩侧阻力与桩端阻力的分布规律,重点论述分析了多桩复合地基竖向承载力的变化特性和规律。试验研究结果表明:X形桩单桩承载力、单桩及多桩复合地基承载力均符合设计要求;布桩间距、布桩方式及桩长是影响单桩复合地基承载力的主要因素;多桩复合地基的受力特性及变形规律与单桩复合地基基本相同;多桩复合地基桩侧阻力的整体分布规律符合传统圆形桩特点,且中性点位置在桩长的1/4～1/3处;在满足设计要求时,桩土荷载分担比例桩约为63%、土约为37%,桩土应力比约为27;桩的最大侧阻力值是桩承载力值的73.2%,具有典型的摩擦桩的特性。试验研究成果为X形桩复合地基在市政构筑物软土地基处理设计和施工应用提供了可靠的参考依据。     

楔形角对基桩负摩阻力特性影响的数值模拟分析

负摩阻力引起的基桩下拽力和下拽位移是桩基础设计中必须考虑的重要问题之一,楔形桩中的倒楔形角是一种有效减少基桩下拽力和下拽位移的结构形式;但是针对楔形角在减少负摩阻力效果方面的研究却相对较少。结合工程实例,建立单、群桩负摩阻力特性分析的三维数值模型,并通过与现场试验结果和已有文献分析结果的对比分析,验证所建模型的准确性和可靠性。对比分析4种不同楔形角组合形式对基桩负摩阻力的减少效率以及是否考虑土体固结形式对基桩负摩阻力特性的影响规律。研究结果表明,桩体上部分楔形角对基桩负摩阻力特性影响较显著;桩体下部分楔形角的影响相对不明显;小角度范围内,楔形角增加1度,最大基桩下拽力减少约20%。     

基于科研资源的路基工程课程设计实践教学探索

路基工程课程设计是交通工程、土木工程等本科专业的重要专业必修课程。文章在分析河海大学路基工程课程设计教学现状与存在问题的基础上,结合并利用岩土力学与堤坝工程教育部重点实验室和岩土工程国家首批重点学科的科研资源,提出“科研—实验—教学—工程”四位一体的课程教学方案,构建路基工程课程设计实践教学模式,并初步探索推进实践教学的具体措施,促进相关专业学生对路基工程有更深层次的认知与理解,提高学生的专业综合素养和创新能力。     

埋深条件下含承台能量桩基础换热效率及热力响应现场试验

依托埋深条件下低承台2×2群桩基础,在钻孔灌注桩钢筋笼上绑扎换热管形成能量桩,布置振弦式应变计/温度计以测试桩身温度及热致应变。开展恒定水温(35 ℃)输入情况下,单根能量桩运行对邻近桩基、承台的热力响应特性试验; 实测进/出口水温随时间变化、桩身热致应变等变化规律,分析埋深条件对单根能量桩的换热效率及其对承台和邻近桩体热力响应特性的影响规律,并与无埋深条件下的换热效率、热力响应特性展开对比分析。结果表明:试验条件下,3 m埋深条件下的换热效率为2.65 kW,较无埋深条件下提升了约68%,体现出上覆回填土存在一定的持热能力; 有/无埋深条件下,桩身热致应力最大值分别出现在桩身中部及桩顶,分别为1.66 MPa和2.14 MPa; 随加热过程的进行,桩端阻力呈现先增大后逐渐下降至稳定值的变化趋势,在加热24 h后达到最大值约20 kPa,与进/出口温度差变化趋势一致; 有/无埋深条件下承台在加热工况均出现了细微的差异变形,在设计承台能量桩结构时应给予一定的考虑; 有/无埋深条件下承台最大热致应力值分别为0.65 MPa和2.34 MPa,对应的最大温度升幅分别为3.6 ℃和11.0 ℃。