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基于微结构指标主成分分析的沉桩挤土效应研究

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工程地质学报 2011年第2期19卷 231-237页

作者：张建新赵建军牛磊天津城市建设学院土木工程系天津300384 天津市软土特性与工程环境重点实验室天津300384

前期研究已认识到,土的宏观力学性质及其表现从本质上应取决于土的微观结构。在结构性较强的软土中沉桩,桩周土体内部结构会发生显著变化,土体的强度与变形性质是这种内在变化的宏观表现,研究土体微观结构与宏观力学行为变化之间的关系... 详细信息

前期研究已认识到,土的宏观力学性质及其表现从本质上应取决于土的微观结构。在结构性较强的软土中沉桩,桩周土体内部结构会发生显著变化,土体的强度与变形性质是这种内在变化的宏观表现,研究土体微观结构与宏观力学行为变化之间的关系,对认知土体的力学性质,从微观出发去认识沉桩挤土效应的机理,指导工程实践具有重要地理论和现实意义。本文基于天津滨海地基土实际静压桩工程,在沉桩的不同时刻、沿桩身的不同位置取桩周土体原状土样进行室内三轴固结不排水剪切试验,得到土体强度指标参数,同时进行对应的微观结构试验,得到垂直与水平方向的10个微结构指标。采用主成分分析方法,在微结构指标中提取3个主成分,较好地分析了土体微结构特征。研究表明:3个主成分与黏聚力之间存在较好的相关关系,而与内摩擦角之间的相关性相对较弱;第一主成分对各微结构信息的提取比较充分,第二、第三主成分是对第一主成分未反映信息的进一步补充。同时主成分分析表明,土体微结构性质对强度性质起控制作用,在沉桩过程中,近地表和下部土层宏观力学指标表现出了相反的变化规律。主成分分析方法较好地表述了土体的微结构性质,为进一步从微观入手解释沉桩挤土效应机理提供了有力依据。

关键词：微结构主成分分析沉桩挤土效应

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沉桩挤土效应的参变量有限元分析

岩土工程学报 2005年第7期27卷 796-799页

作者：郑俊杰邢泰高赵本华中科技大学岩土与地下工程研究所同济大学地下建筑与工程系上海200092

参变量有限元法是一种特别适合于岩土类非线性材料数值计算的新方法。应用圆柱形空腔体扩张理论模拟沉桩挤土效应,考虑土体服从Tresca和Drucker-Prager准则的理想弹塑性本构模型,编制了轴对称应变的参变量有限元程序,对圆柱形孔的内壁... 详细信息

参变量有限元法是一种特别适合于岩土类非线性材料数值计算的新方法。应用圆柱形空腔体扩张理论模拟沉桩挤土效应,考虑土体服从Tresca和Drucker-Prager准则的理想弹塑性本构模型,编制了轴对称应变的参变量有限元程序,对圆柱形孔的内壁位移、桩周土体的应力场、位移场进行了计算分析,并与解析解和ANSYS的解作对比,计算结果表明用参变量有限元法分析沉桩挤土效应是有效的和可行的。

关键词：参变量有限元法沉桩挤土效应二次规划弹塑性模型

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基于统一强度理论的管桩挤土效应分析

水利水运工程学报 2011年第2期 60-64页

作者：罗小艳刘伟平江西科技师范学院江西南昌330013 南昌大学建筑工程学院江西南昌330031

基于统一强度理论和圆孔扩张理论对管桩的挤土效应进行分析,考虑了中间主应力的影响,并得出了相应的桩周土体弹塑性阶段的应力场和位移场等的解析表达式.通过算例分析,探讨了中间主应力对管桩挤土效应的影响程度.结果表明:与Mohr-Coulom... 详细信息

基于统一强度理论和圆孔扩张理论对管桩的挤土效应进行分析,考虑了中间主应力的影响,并得出了相应的桩周土体弹塑性阶段的应力场和位移场等的解析表达式.通过算例分析,探讨了中间主应力对管桩挤土效应的影响程度.结果表明:与Mohr-Coulomb强度理论结果对比,中间主应力对计算结果有显著影响,随着中间主应力参数b的增大,塑性区半径明显减小,孔内最终压力则明显增大,在相同半径处,孔内的径向压力也增大.强度理论中的参数b对塑性区半径、径向位移及应力分布等均有影响.

关键词：统一强度准则管桩挤土效应弹塑性分析

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有孔管桩静压沉桩挤土效应理论分析

有孔管桩静压沉桩挤土效应理论分析

作者：柳俊南昌航空大学

学位级别：硕士

静压管桩因其质量可靠,施工无噪声、无振动、应力小等诸多优点而被广泛用于工程中。但静压管桩属于部分挤土桩,在沉桩过程中,桩周土体不仅会产生较大位移,而且会在短时间内形成较高的水压力。有孔管桩能使土中自由水流入管腔,从而减小... 详细信息

静压管桩因其质量可靠,施工无噪声、无振动、应力小等诸多优点而被广泛用于工程中。但静压管桩属于部分挤土桩,在沉桩过程中,桩周土体不仅会产生较大位移,而且会在短时间内形成较高的水压力。有孔管桩能使土中自由水流入管腔,从而减小局部土体位移,加速超孔隙水压力的消散并降低其最大值。本文基于圆孔扩张理论,针对有孔管桩沉桩过程产生的挤土效应开展研究工作,推导了平面状态和空间状态下,无孔管桩及有孔管桩沉桩过程中土体产生的应力增量和径向位移解,并对其解析式进行对比分析。利用有孔管桩的应力增量解,对有孔管桩沉桩产生的超孔隙水压力进行了分析,推导了沉桩过程中超孔隙水压力与径向距离、沉桩速率、深度、开孔孔径以及时间之间的解析式。运用数值模拟手段,对桩体的贯入过程进行模拟,得到超孔隙水压力与各因素之间的关系,从而验证了理论分析的合理性。具体研究内容结果如下:(1)对无孔管桩沉桩时桩周土体应力增量和径向位移的一般解析解进行回顾,考虑到桩身开孔处应力的变化,推导了有孔管桩的应力增量及径向位移解。对比分析可得:有孔管桩桩周土体的应力增量及径向位移小于无孔管桩。(2)考虑到深度对沉桩的影响,推导了有孔管桩沉桩过程中的应力及位移空间解析解。对比分析有孔管桩和无孔管桩可得:空间状态下,有孔管桩的应力增量及土体径向位移比无孔管桩的应力增量及位移要大。并以此推导了基于土塞效应的有孔管桩塑性阶段土体径向位移解。(3)推导了桩周土体超孔隙水压力与径向距离、沉桩速率、深度、开孔孔径及时间之间的解析式。结合工程实例可得:超孔隙水压力随径向距离的增大呈对数衰减;随沉桩速率的加快不断增大;随深度的加深呈递增趋势;随开孔孔径的加大逐渐减小。(4)运用有限元分析软件ABAQUS,对有孔管桩贯入土体的过程进行了数值模拟,得到超孔隙水压力随径向距离的增大而衰减;相同径向距离处,超孔隙水压力随深度的加深不断增大;同一深度、同一径向距离处,超孔隙水压力随沉桩速率的加快逐渐增大。

关键词：有孔管桩挤土效应圆孔扩张理论超孔隙水压力数值模拟

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管桩处理软土路基挤土效应试验研究

施工技术 2015年第17期44卷 56-59页

作者：夏晋华季广辉李中良河南广播电视大学建筑工程系河南郑州450046 河南高速公路发展有限责任公司河南郑州450052

在路基处理范围内设置竖向排水体可以克服管桩施工过程中超静孔隙水压对地基土层产生的不利影响。依托河南某高速公路管桩路基工程,在施工现场布置2个不同排水间距的试验区,通过对管桩打设过程中孔隙水压力、土体侧向位移和地表沉降与... 详细信息

在路基处理范围内设置竖向排水体可以克服管桩施工过程中超静孔隙水压对地基土层产生的不利影响。依托河南某高速公路管桩路基工程,在施工现场布置2个不同排水间距的试验区,通过对管桩打设过程中孔隙水压力、土体侧向位移和地表沉降与隆起等内容的对比测试,探讨了排水板间距1.2m与2.4m对抵消管桩挤土效应的不同效果,为路基设计中竖向排水体的布设间距以及管桩的施工顺序提供参考。

关键词：道路工程路基管桩塑料排水板孔隙水压力挤土效应

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软土地基松木桩挤土效应模拟的有限差分方法

广西大学学报（自然科学版） 2014年第4期39卷 794-801页

作者：燕柳斌胡李华苏国韶广西大学土木建筑工程学院广西南宁530004

针对松木桩加固软土地基时软土出现非线性大变形且挤土效应难以精确预测的问题,基于圆孔扩张原理与FLAC3D计算程序,提出饱和软土中松木桩挤土效应模拟的快速拉格朗日有限差分法。单桩和群桩挤土效应的数值计算结果表明,该方法是可行的,... 详细信息

针对松木桩加固软土地基时软土出现非线性大变形且挤土效应难以精确预测的问题,基于圆孔扩张原理与FLAC3D计算程序,提出饱和软土中松木桩挤土效应模拟的快速拉格朗日有限差分法。单桩和群桩挤土效应的数值计算结果表明,该方法是可行的,计算精度明显高于经典的Vesic解析法,与模拟桩体贯入土体过程的挤土效应的有限元法相比较,具有实现容易、计算耗时较少且计算容易收敛等优点,克服了有限元法存在的桩土接触面力学参数获取困难、计算耗时大、三维群桩沉桩过程难以模拟等局限性,为软土地基松木桩加固工程的挤土效应合理预测提供了一种有效可行的实用技术手段。

关键词：软土地基松木桩挤土效应数值分析

安徽老粘土地区预应力混凝土管桩挤土效应研究

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安徽老粘土地区预应力混凝土管桩挤土效应研究

作者：陈可合肥工业大学

学位级别：硕士

预应力混凝土管桩在施工过程中会产生显著的挤土效应,从而引起桩周土体产生位移,容易导致预应力混凝土管桩发生质量事故。随着预应力混凝土管桩在我国的推广应用,国内专家学者对预应力混凝土管桩挤土效应的研究越来越多,归纳起来,主要... 详细信息

预应力混凝土管桩在施工过程中会产生显著的挤土效应,从而引起桩周土体产生位移,容易导致预应力混凝土管桩发生质量事故。随着预应力混凝土管桩在我国的推广应用,国内专家学者对预应力混凝土管桩挤土效应的研究越来越多,归纳起来,主要有圆孔扩张理论、应变路径法和有限元分析法三种研究方法。本文收集大量安徽地区工程资料并通过室内实验、现场试验等手段研究老粘土的特性,运用圆孔扩张理论求得挤土效应解析解,并将解析解运用到工程实践中解决工程问题。采用Abaqus对沉桩过程进行数值模拟,分析模拟结果并与解析解相互对照来探究挤土效应引起的径向、竖向、环向位移场和应力场规律,进一步加深对挤土效应的理解。研究发现老粘土具有膨胀性和剪胀性,剪胀现象主要出现在三轴试验中轴应变为5%以内时,轴应变超过5%后,体应变维持在1%%范围内。利用圆孔扩张理论求得挤土应力和位移解,发现沉桩产生的塑性区半径平均为2.8倍的桩径;通过Abaqus数值模拟得到挤土效应影响范围为4倍的桩径,沉桩后桩周土体的固结稳定时间为18天,18天后超孔隙水压力基本消散,应力、位移趋于稳定;本文研究发现增大桩距、采用预钻孔法、合理安排打桩顺序、限制打桩速度、设置防挤土沟、设置非封闭式地下隔离墙等措施均可有效减小或消除管桩挤土效应的危害。

关键词：老粘土管桩挤土效应剪胀性有限元法