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饱和黏土中静压沉桩特性与数值模拟

饱和黏土中静压沉桩特性与数值模拟

作者：曹锦楼燕山大学

学位级别：硕士

随着中国建筑类工作者在海内外参与承建的项目越来越多,我们的土木工程地下基础施工水平也越来越高。桩基础因其承载力高、稳定性好、沉降量少且均匀、沉降速率低且收敛快等特点,在工程实际中得到了广泛的应用。目前,静压桩因其噪音小... 详细信息

随着中国建筑类工作者在海内外参与承建的项目越来越多,我们的土木工程地下基础施工水平也越来越高。桩基础因其承载力高、稳定性好、沉降量少且均匀、沉降速率低且收敛快等特点,在工程实际中得到了广泛的应用。目前,静压桩因其噪音小、污染少、施工效率高、对桩身损伤小等优点获得了沿江沿海软土地区工程建设的青睐。静压桩属于挤土置换桩,在沉桩过程中会对桩周及桩端土体进行挤压而产生不利的影响。因此,对沉桩特性的研究可以帮助我们有效地预估挤土效应对周围建筑物等公共设施的影响,以及合理地估算桩端承载力。本文以饱和黏土为研究对象,主要工作如下:（1）基于柱孔扩张理论,采用拓展Lade-Duncan屈服准则求得饱和黏土中静压沉桩挤土效应的柱孔扩张解答;其次,针对开口管桩,在考虑其土塞效应的基础上推导出其桩身柱孔扩张理论解,并通过模型试验验证了该解答的合理性。（2）对静压桩在饱和黏土中沉桩所产生的桩端挤土效应通过球孔扩张理论进行分析,并在此基础上得到了极限桩端阻力的理论公式。通过室内模型试验,将沉桩最终桩端阻力与极限桩端阻力理论值进行对比,验证的理论解答的合理性,由结果可知极限桩端阻力的计算公式更适合于细长桩承载力的估算。（3）为了更加直观地观察静压桩的挤土效应,采用大型通用有限元分析软件ABAQUS对静压桩的连续贯入过程进行了数值仿真模拟,对桩土相互作用规律进行研究,得到了沉桩挤土过程中桩周土体的应力场、位移场以及桩端阻力,并对结果进行了分析。

关键词：静压桩饱和黏土圆孔扩张理论挤土效应土塞效应桩端阻力数值模拟

新建道路对临近高架桥相邻影响的控制措施讨论

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中国水运 2022年第1期 158-160页

作者：连小良五矿二十三冶建设集团有限公司湖南长沙410014

建(构)筑物的相邻影响是新建工程设计工作中必须解决的重要问题之一。本文以某新建市政道路与相邻地铁高架桥的工程实例为研究背景,采用Midas-GTS软件模拟新建道路的施工过程,分析各工况下临近高架桥的变形及施工道路的沉降规律。基于... 详细信息

建(构)筑物的相邻影响是新建工程设计工作中必须解决的重要问题之一。本文以某新建市政道路与相邻地铁高架桥的工程实例为研究背景,采用Midas-GTS软件模拟新建道路的施工过程,分析各工况下临近高架桥的变形及施工道路的沉降规律。基于数值模拟结果分析讨论建(构)筑物的相邻影响的设计施工控制措施。

关键词：相邻影响市政道路高架桥变形变形控制措施挤土效应

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随钻跟管桩钻孔卸荷与后注浆效应的试验研究

岩土力学 2023年第4期44卷 1044-1052页

作者：李波唐孟雄胡贺松刘春林凌造苏定立侯振坤广州建筑股份有限公司广东广州510030 华南理工大学土木与交通学院广东广州510641 广州市建筑科学研究院集团有限公司广东广州510440

为了克服管桩施工的挤土效应,研发了钻进成孔、同步沉桩和后注浆的嵌岩非挤土大直径随钻跟管桩。通过足尺寸原位试验,测试了钻孔沉桩和桩侧注浆施工引起的桩周土体变形及压力变化情况,分析了钻孔卸荷和后注浆效应沿水平方向和深度方向... 详细信息

为了克服管桩施工的挤土效应,研发了钻进成孔、同步沉桩和后注浆的嵌岩非挤土大直径随钻跟管桩。通过足尺寸原位试验,测试了钻孔沉桩和桩侧注浆施工引起的桩周土体变形及压力变化情况,分析了钻孔卸荷和后注浆效应沿水平方向和深度方向的变化规律,揭示了随钻跟管桩施工对桩周土体的扰动。此外,基于圆孔收缩理论提出了随钻跟管桩钻孔卸荷变形预估方法。研究表明,随钻跟管桩的施工扰动主要表现为钻孔卸荷效应和桩侧后注浆效应,钻孔卸荷使孔壁收缩3.5~18.9mm,后续的桩侧注浆使收缩变形恢复了28%~50%,部分消除了钻孔卸荷效应的影响。修正后的圆孔收缩理论,可预估钻孔卸荷引起的桩周土体径向位移及压力变化。与锤击/静压管桩及中掘法管桩的挤土效应相比,随钻跟管桩的钻孔卸荷效应小,在城市建筑和管线密集区域应用更具优势。

关键词：随钻跟管桩钻孔卸荷后注浆挤土效应足尺寸原位试验

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劲性复合桩挤土效应及承载力作用机制研究

岩土力学 2023年第12期44卷 3577-3586页

作者：朱锐周峰陈廷柱邓亚光南京工业大学交通运输工程学院江苏南京211816 陆军工程大学爆炸冲击防灾减灾国家重点实验室江苏南京210007 南京江北公用建设工程有限公司江苏南京211800 江苏劲桩基础工程有限公司江苏南通226000

劲性复合桩施工工艺复杂,为了明晰其成桩过程中的挤土效应及荷载传递机制,开展了劲性复合桩挤土效应试验、静力触探试验研究,描述了劲性复合桩成桩过程中桩周土体孔隙水压力、总应力、有效应力的变化情况,探讨了劲性复合桩承载力形成机... 详细信息

劲性复合桩施工工艺复杂,为了明晰其成桩过程中的挤土效应及荷载传递机制,开展了劲性复合桩挤土效应试验、静力触探试验研究,描述了劲性复合桩成桩过程中桩周土体孔隙水压力、总应力、有效应力的变化情况,探讨了劲性复合桩承载力形成机制。试验结果表明:劲性复合桩挤土效应沿桩径方向逐渐减小,沿桩长方向逐渐增大;在劲性复合桩成桩过程中,周围土层的有效应力增长了12%~63%,桩侧摩阻力也因此显著提升;锥尖阻力、侧壁阻力则分别提高了13%~84%、8%~97%。同时,劲性复合桩通过多种不同强度材料的组合,沿桩径方向依次形成了承载力递减的4个受力构件,实现了比常规桩基均质材料更好的承载效能,本质上是契合了桩顶荷载沿桩径方向、桩长方向引起的桩身剪切应力、压缩应力均会逐渐衰减的特性,这也是劲性复合桩显著经济优势的来源。

关键词：劲性复合桩挤土效应承载力有效应力桩-土共同作用

基于有限介质孔扩理论的桩基承载力预测方法研究

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岩土工程技术 2022年第1期36卷 1-9页

作者：莫品强刘尧高新慰章正中国矿业大学深部岩土力学与地下工程国家重点实验室力学与土木工程学院江苏徐州221116 中冶集团武汉勘察研究院有限公司湖北武汉430080

挤土桩在沉桩过程中的挤土效应对其承载力有明显的提高作用,基于有限介质弹塑性小孔扩张理论提出一种新的挤土桩承载力的计算方法。通过Mohr-Coulomb屈服准则推导了有限介质球形孔和柱形孔扩张的统一解析解,分析了打桩过程中的贯入挤土... 详细信息

挤土桩在沉桩过程中的挤土效应对其承载力有明显的提高作用,基于有限介质弹塑性小孔扩张理论提出一种新的挤土桩承载力的计算方法。通过Mohr-Coulomb屈服准则推导了有限介质球形孔和柱形孔扩张的统一解析解,分析了打桩过程中的贯入挤土作用,并建立了桩基承载力的计算模型。结果表明:小孔扩张过程中具有明显尺寸效应,对于柱形孔扩张,当外内径比大于110时,有限土体扩张的内壁孔压和塑性区范围与无限土体扩张的大致相同;球形孔土体外内径比大于25时与无限土体扩张曲线一致;将桩端部分简化为球形孔扩张模型,桩侧部分假设为柱形孔扩张模型,求解得到了沉桩施工中桩周土体的应力场变化及成桩后桩基承载力值。桩基承载力计算结果与现有理论解、规范计算值和工程现场实测值进行对比,验证了本文方法的可靠性,为挤土桩的承载力预测提供了一种新的计算方法。

关键词：小孔扩张理论挤土桩承载力弹塑性本构挤土效应

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先张法预应力混凝土管桩的应用发展现状研究

安徽建筑 2022年第8期29卷 102-103页

作者：孙晓凯安徽省建筑工程质量第二监督检测站安徽合肥230031 安徽省建筑科学研究设计院绿色建筑与装配式建造安虎生重点实验室安徽合肥230031

采用旋转离心和预应力先张法成型方法制成的一种形状如细长空心体混凝土预制构件称为先张法预应力高强混凝土管桩,也被称为PHC桩(Pretensioned prestressed high strength concrete pipe pile)。此种桩型在实际工程中被越来越多的应用,... 详细信息

采用旋转离心和预应力先张法成型方法制成的一种形状如细长空心体混凝土预制构件称为先张法预应力高强混凝土管桩,也被称为PHC桩(Pretensioned prestressed high strength concrete pipe pile)。此种桩型在实际工程中被越来越多的应用,是由于这类桩型具有单桩承载力比较高、生产规模高度工业化、质量比较易于保障、施工现场不会造成污染、适用于比较复杂的工程地质条件、具备较快的施工速度等许多优点。文章对预应力高强混凝土管桩(PHC桩)应用过程中的承载力特性、挤土效应、土塞效应和群桩效应做了分析和研究,为今后预应力混凝土管桩更大规模的工程应用提供了科学的理论指导。

关键词： PHC桩承载力挤土效应土塞效应群桩效应

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砂土中静压桩沉桩过程试验研究与颗粒流模拟

岩土工程学报 2009年第4期31卷 501-507页

作者：周健邓益兵叶建忠贾敏才同济大学地下建筑与工程系上海200092 同济大学岩土及地下工程教育部重点实验室上海200092 浙江省交通规划设计研究院浙江杭州310006

采用室内模型试验及颗粒流数值模拟研究了密实砂中静压桩沉桩过程,对桩周土体宏细观力学响应进行了分析研究。通过模型试验对浅层土体、桩身周围、桩端处土体的不同位移模式进行了比较分析,揭示了桩周不同位置土体的变位规律,并将孔隙... 详细信息

采用室内模型试验及颗粒流数值模拟研究了密实砂中静压桩沉桩过程,对桩周土体宏细观力学响应进行了分析研究。通过模型试验对浅层土体、桩身周围、桩端处土体的不同位移模式进行了比较分析,揭示了桩周不同位置土体的变位规律,并将孔隙变化场与宏观位移场进行相互印证,发现桩端土体位移模式与压密区基本呈圆孔扩张。对桩体贯入过程中的动端阻力、动侧摩阻力的发展规律以及临界深度等问题作了揭示。以室内模型试验为基础,建立了静压桩沉桩颗粒流模型,将数值结果与试验结果对比分析,通过分析土体细观变化模式揭示沉桩过程中宏观响应的内在机理。研究成果对于进一步明确沉桩挤土效应内在机理和沉桩阻力的发展规律都具有意义。

关键词：静压桩沉桩过程挤土效应模型试验颗粒流细观力学

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静压沉桩挤土机理探讨及有限元分析

计算力学学报 2008年第5期25卷 660-664页

作者：梅国雄宋林辉宰金珉周峰南京工业大学土木工程学院南京210009

针对预制桩在静压沉桩过程中出现的挤土现象,从土体小主应力方向加载的角度考虑,视浅层土体的隆起为小主应力方向(水平向)加载引起大主应力(垂直向应力)增加所致。在已有的柱形小孔扩张理论基础上,通过引入考虑位移的土压力计算方法提... 详细信息

针对预制桩在静压沉桩过程中出现的挤土现象,从土体小主应力方向加载的角度考虑,视浅层土体的隆起为小主应力方向(水平向)加载引起大主应力(垂直向应力)增加所致。在已有的柱形小孔扩张理论基础上,通过引入考虑位移的土压力计算方法提出了桩周土体隆起分界面表达式。利用该表达式分析浅层土体的隆起量,并利用Randolph提出的深层土体径向位移解析公式给出深层土体的变形量。最后运用有限元数值模拟计算与本文的数值解答进行对比分析,结果相近。

关键词：静压桩挤土效应小主应力有限元分析

某深厚淤泥场地大面积管桩施工引起的水平变形分析

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勘察科学技术 2020年第5期 33-38页

作者：苏术玉李小青张健丁继辉张聪中国二十二冶集团有限公司河北唐山064099 河北大学建筑工程学院河北保定071002

近年来预应力管桩已成为软土地基中广泛采用的地基处理方式之一,在流塑状软土地区管桩施工过程中,由于挤土作用对周围环境影响较大。温州市某桩基工程场地存在27.2~33.6m厚的软土,采用静压和锤击组合方法进行施工。为了监测施工过程中... 详细信息

近年来预应力管桩已成为软土地基中广泛采用的地基处理方式之一,在流塑状软土地区管桩施工过程中,由于挤土作用对周围环境影响较大。温州市某桩基工程场地存在27.2~33.6m厚的软土,采用静压和锤击组合方法进行施工。为了监测施工过程中对场地深层水平位移的影响,分别在距离最外排桩4.8m(第一排)和28.8m(第二排)布置了两排监测点,监测结果表明,水平位移竖向影响范围主要在距离地表0~15m范围内,随时间的增加,水平位移增加。施工结束后第一排测点最大水平位移为45mm,最大水平位移速度为2.55m/d,第一排测点与第二排测点的最大水平位移相对差值为0.42mm/m。

关键词：深厚淤泥场地管桩施工现场监测挤土效应水平变形