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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

基于圆孔扩张理论的静压有孔管桩挤土效应分析

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基于圆孔扩张理论的静压有孔管桩挤土效应分析

作者：易飞南昌航空大学

学位级别：硕士

随着我国工程建设的快速发展,合理与有效地降低建设工程对周围居住环境的影响,特别是对密集城区和居民区的影响,已经成为一个非常值得探讨与研究的重要课题。由于管桩的质量好、价格低,同时无噪音、无振动、无冲击等许多优点,被广泛地... 详细信息

随着我国工程建设的快速发展,合理与有效地降低建设工程对周围居住环境的影响,特别是对密集城区和居民区的影响,已经成为一个非常值得探讨与研究的重要课题。由于管桩的质量好、价格低,同时无噪音、无振动、无冲击等许多优点,被广泛地应用于实际工程中。静压管桩属于典型的排土置换桩,其沉桩过程产生的挤土效应非常明显,对周围的相邻建筑物和构筑物等造成众多不利影响。为解决静压管桩沉桩过程挤土效应的不利影响,诸多学者提出了多种减轻静压沉桩效应的施工处理措施及改变管桩构造的方法。基于有孔管桩技术的初步设想,本文运用圆孔扩张理论与数值模拟的方法对静压有孔管桩的挤土效应,特别是超孔隙水压力的消散问题,进行了较为详尽的研究与探讨。通过对比分析静压无孔管桩和有孔管桩的挤土效应,揭示了有孔管桩技术能够有效的降低挤土效应的不利影响。本文主要研究工作及取得的成果有:(1)系统地概括了静压管桩的发展和应用现状,分析了静压管桩施工引起的挤土效应对周围环境产生的不利影响。(2)基于Tresca破坏准则和Mohr-Coulomb破坏准则的圆孔扩张理论下,推导出径向应力、环向应力和径向位移沿径向方向分布的理论表达式,进一步完善了静压无孔管桩的超孔隙水压力的一般理论解,明晰了超孔隙水压力与泊松比的影响关系。(3)基于圆孔扩张理论,在静压无孔管桩的基础上,引入合理的参数,推导出静压有孔管桩的超孔隙水压力的一般理论解;同时基于极限平衡原理,得到了静压有孔管桩的最大超孔隙水压力的表达式。对比与分析出静压沉桩过程有孔管桩孔隙水压力的最大值小于无孔管桩超孔隙水压力的最大值,进一步证明了静压有孔管更有利于超孔隙水压力的消散,达到了有孔管桩能够一定程度降低超孔隙水压力的目的。(4)采用有限差分法软件FLAC3D,对静压有孔管桩和无孔管桩扩张过程进行了三维动态数值模拟,探讨了静压有孔管桩和无孔管桩超孔隙水压力的分布规律,同时分析了有孔管桩技术降低最大超孔隙水压力的效果,进一步证明了有孔管桩技术能够降低最大超孔隙水压力,有效的减少管桩挤土效应的不利影响。

关键词：无孔管桩有孔管桩挤土效应圆孔扩张理论超孔隙水压力 FLAC3D

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不同孔径对有孔管桩静压沉桩效应影响分析

不同孔径对有孔管桩静压沉桩效应影响分析

作者：李壮状南昌航空大学

学位级别：硕士

对于工程中不良地基的处理方法有很多,采用预应力管桩是其中比较常见的一种方法,较适用于软土地基处理。该类方法虽然在某种程度上提高了地基整体承载力,但是在沉桩过程中对桩周土体产生不同程度挤压作用,进而对周边建筑物及桩周地下管... 详细信息

对于工程中不良地基的处理方法有很多,采用预应力管桩是其中比较常见的一种方法,较适用于软土地基处理。该类方法虽然在某种程度上提高了地基整体承载力,但是在沉桩过程中对桩周土体产生不同程度挤压作用,进而对周边建筑物及桩周地下管线造成破坏。面对这些亟待解决的工程问题,课题组提出了有孔管桩技术。本文采用室内模型试验和数值模拟等方法,对不同孔径条件下静压有孔管桩沉桩挤土效应进行了研究与探讨。主要研究内容及成果如下:(1)通过室内模型试验,对有孔管桩沉桩引起的超孔隙水压力变化进行研究。研究结果表明,有孔管桩与无孔管桩沉桩引起的超孔隙水压力,在径向与深度方向上呈现出的规律一致且符合实际工程情况。相同孔径下,单向对穿、双向对穿及星状孔三种布孔方式的有孔管桩,沉桩引起的超孔隙水压力峰值均比无孔管桩要小,其中星状孔有孔管桩最小。在保证桩体正常使用下,当孔径增大时,有孔管桩沉桩引起的超孔隙水压力峰值逐渐减小,对其消散能力逐渐增大。(2)通过室内土工试验,对沉桩前后桩周土体物理力学指标变化进行研究。研究结果表明,桩身开孔有利于加快土体固结及强度的提高。相同孔径下,三种布孔方式对土体固结加快程度及强度提高程度不尽相同,双向对穿孔的优势最为明显,星状孔次之,单向对穿孔最差。在保证桩体正常使用下,孔径越大,越利于桩周土体的固结和强度的提高。(3)采用FLAC3D软件,对有孔管桩沉桩过程中超孔隙水压力的产生和消散进行数值模拟分析,并与室内试验研究结果进行对比,结果证实了室内模型试验结果是正确的。

关键词：有孔管桩模型试验数值模拟超孔隙水压力土体物理力学指标

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带帽有孔管桩群桩复合地基工作性状试验研究

带帽有孔管桩群桩复合地基工作性状试验研究

作者：廖幼孙南昌航空大学

学位级别：硕士

对于高速公路、高速铁路等工程的深厚软土地基,目前国内外很多都是通过选用合适的竖向增强体形成复合地基进行地基处理,以达到减少建筑物沉降、提高地基承载力的目的。带帽管桩复合地基适合于较为深厚的软土地基处理,但在静压管桩沉桩... 详细信息

对于高速公路、高速铁路等工程的深厚软土地基,目前国内外很多都是通过选用合适的竖向增强体形成复合地基进行地基处理,以达到减少建筑物沉降、提高地基承载力的目的。带帽管桩复合地基适合于较为深厚的软土地基处理,但在静压管桩沉桩过程中所产生的挤土效应可能会造成邻桩桩身移位、上浮、倾斜,甚至断桩等不良后果。为此,课题组提出了带帽有孔管桩复合地基技术。当前对带帽有孔管桩复合地基技术的研究主要集中在有孔管桩单桩承载性状,对有孔管桩群桩的工作性状研究尚处于一片空白,但实际工程中使用更多的却是群桩。因此,对带帽有孔管桩群桩复合地基的工作性状研究,具有一定的必要性和实践意义。本文通过室内模型试验和数值模拟两种方法,对带帽有孔管桩群桩复合地基的工作性状进行了研究与探讨。主要研究内容及成果如下:(1)对有孔管桩群桩沉桩时引起的超孔隙水压力进行了室内模型试验研究。结果表明,有孔管桩群桩沉桩产生的超孔隙水压力不是单桩沉桩产生的超孔隙水压力简单叠加,而是单桩相互影响的累积和消散的综合结果,且有孔管桩群桩测点产生的超孔隙水压力与沉桩方向有关,当沉桩方向趋向测点时,有孔管桩群桩产生的超孔隙水压力上升,当其背向测点时超孔隙水压力下降。另外,星状布孔方式的有孔管桩群桩沉桩产生的超孔隙水压力峰值最小、消散速率最快,最有利于减小沉桩挤土效应,沉桩效应最佳。桩壁开孔方式为管桩群桩施工时,如何减小沉桩挤土效应提供了一种新的途径。(2)对竖向荷载下带帽有孔管桩群桩复合地基的工作性状进行了室内模型试验研究。结果表明,带帽有孔管桩群桩复合地基沉降量小于带帽无孔管桩群桩复合地基沉降量,即带帽有孔管桩群桩复合地基的控沉能力比带帽无孔管桩群桩复合地基的控沉能力强;群桩桩身轴力随深度的增加而减少,且随竖向荷载的增大,轴力减少的速率逐渐增大;在加载初期,荷载主要由桩体承担,随荷载继续增加,荷载由桩土共同承担,直至达到桩土共同工作的稳定状态。另外,随荷载等级逐渐加大,带帽有孔管桩群桩复合地基桩土应力比始终小于带帽无孔管桩群桩复合地基桩土应力比,这进一步说明了桩身开孔能增强管桩群桩复合地基土体承载力。(3)采用ABAQUS软件,对带帽有孔管桩群桩复合地基的工作性状进行了数值模拟分析,并与室内试验研究结果进行对比,结果证实了室内模型试验结果是正确的。

关键词：有孔管桩群桩模型试验数值模拟超孔隙水压力承载力

竖向荷载下带帽有孔管桩复合地基承载特性试验研究

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竖向荷载下带帽有孔管桩复合地基承载特性试验研究

作者：周星南昌航空大学

学位级别：硕士

随着地基处理技术的发展,各种不同形式的复合地基技术正在不断涌现。带帽有孔管桩复合地基技术作为一种新型的地基处理技术,在工程建设中还没有应用,国内外关于带帽有孔管桩复合地基处理技术的报道也比较少,对其承载力、沉降变形、桩土... 详细信息

随着地基处理技术的发展,各种不同形式的复合地基技术正在不断涌现。带帽有孔管桩复合地基技术作为一种新型的地基处理技术,在工程建设中还没有应用,国内外关于带帽有孔管桩复合地基处理技术的报道也比较少,对其承载力、沉降变形、桩土相互作用、桩身轴力、桩侧摩阻力、桩土荷载分担比、桩土应力比等承载特性的研究几乎是一片空白。因此,为促进该技术的应用推广,本文对其承载特性进行研究。本文通过室内模型试验,对带帽有孔管桩复合地基承载特性展开研究,并运用相关软件对试验模型进行模拟分析。本文主要研究工作以及取得的成果如下:(1)查阅国内外有关文献资料,介绍了国内外关于带帽桩复合地基承载特性在试验研究和数值模拟方面的研究现状,根据前人经验及预期达到的目标,设计了本文所要进行的室内模型试验。(2)通过室内模型试验,对带帽有孔管桩复合地基沉降变形、桩身轴力、桩周土体压力、桩侧摩阻力、桩土荷载分担比、桩土应力比等方面的承载特性进行了研究。结果表明:桩身开孔能够有效降低复合地基沉降,且3种有孔桩型中双向对穿孔桩型复合地基沉降最小;相比无孔桩型,有孔桩型能够加速复合地基中桩周土体固结,使桩周土体分担更多的上部荷载,从而提高复合地基承载力,其中双向对穿孔桩型表现较明显;桩周土体压力的变化主要发生在上部土体,且越往深处土压力变化越不明显;各桩型复合地基桩侧摩阻力随上部荷载的增加而逐渐发挥,桩身下部侧摩阻力较大;各桩型复合地基的桩土应力比随荷载的变化呈先缓慢增大后急剧减小的趋势,有孔桩型的桩土应力比小于无孔桩型,有孔桩型复合地基更有利于发挥土体分担荷载的作用。(3)采用数值分析软件,对竖向荷载下带帽有孔管桩复合地基承载性能进行了数值模拟研究,分析了不同桩身开孔方式的带帽有孔管桩复合地基桩土相互作用、荷载传递、沉降变形等承载特性。(4)将数值模拟结果与室内模型试验结果进行对比,两者的结论基本一致,验证了模型试验结果的正确性。

关键词：复合地基有孔管桩承载特性桩土应力比模型试验数值模拟

静压有孔管桩群桩沉桩效应大尺度模型试验研究

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静压有孔管桩群桩沉桩效应大尺度模型试验研究

作者：邹永强南昌航空大学

学位级别：硕士

预应力管桩静压沉桩施工方式因其完全符合绿色施工要求,已广泛应用于预应力管桩处理软弱地基工程中,而管桩静压沉桩效应所引发的危害仍是如今面临的主要问题。为了减轻沉桩效应不利影响,课题组提出有孔管桩技术,当前对有孔管桩沉桩问题... 详细信息

预应力管桩静压沉桩施工方式因其完全符合绿色施工要求,已广泛应用于预应力管桩处理软弱地基工程中,而管桩静压沉桩效应所引发的危害仍是如今面临的主要问题。为了减轻沉桩效应不利影响,课题组提出有孔管桩技术,当前对有孔管桩沉桩问题研究还停留在静压单桩沉桩效应,而实际工程中均为群桩沉桩施工,因此亟待对静压有孔管桩群桩沉桩效应相关问题展开研究。本文通过静压有孔管桩群桩沉桩效应大尺度室外模型试验,对有孔管桩群桩静压沉桩超孔隙水压力与群桩沉桩土体物理力学特性变化问题进行了研究。具体研究成果如下:（1）设计并顺利实施了一整套静压有孔管桩群桩沉桩大尺度室外模型试验,通过对试验设计与实施过程进行优化,解决了试验所遇到的问题,并总结本次试验设计与实施的相关经验教训。（2）通过静压沉桩大尺度模型试验,对静压有孔管桩群桩沉桩前后桩周土体物理力学参数进行对比分析,得出:有孔管桩沉桩后土体密度增幅、含水率降幅均随着径向距离和竖向深度的增大呈现出不同程度的减小;有孔管桩沉桩后土体压缩系数明显减小,压缩模量显著增大,桩周土体内摩擦角与内聚力均增大。达到验证了有孔管桩群桩对于改善软弱地基土体性质、提高地基土体承载力的目的。（3）有孔管桩桩径的增大,对桩周土体密度、含水率、压缩指标及超孔隙水压力消散的改变均有积极作用,但同时会导致超孔隙水压力峰值提升,甚至导致距离沉桩中心位置较近处浅层土体在沉桩过程中部分产生剪切破坏;桩身对称开孔数量越多,土体性质改变越明显。（4）有孔管桩能显著提高群桩中心位置处超孔隙水压力的消散速率,但消散速率随着竖向深度的变化没有明显的改变,超孔隙水压力峰值随竖向深度增加而增大;静压沉桩过程中先沉入的有孔管桩首先开始排水工作,随后桩体的沉入会加快排水速率。在试验末期有孔管桩群桩超孔隙水压力消散率最高达到91.62%,而无孔管桩仅67.26%。有孔管桩群桩能有效提高超孔隙水压力消散率,显著缩短超孔隙水压力消散时间。

关键词：有孔管桩群桩大尺度模型试验超孔隙水压力土体物理力学特性

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竖向荷载下有孔管桩承载性状试验研究

竖向荷载下有孔管桩承载性状试验研究

作者：乐腾胜南昌航空大学

学位级别：硕士

自20世纪80年代中期以来,我国就开始应用预应力管桩,至今已有三十多年历史。预应力管桩成桩质量可靠,噪音少,施工速度快,能产生巨大经济效益。但其沉桩过程产生的超静孔隙水压力将会对周围环境带来极为不利的影响,严重时还会引发工程事... 详细信息

自20世纪80年代中期以来,我国就开始应用预应力管桩,至今已有三十多年历史。预应力管桩成桩质量可靠,噪音少,施工速度快,能产生巨大经济效益。但其沉桩过程产生的超静孔隙水压力将会对周围环境带来极为不利的影响,严重时还会引发工程事故,在经济上和安全上都会造成一定的损失。因此,为减轻静压沉桩带来的不利影响,提出了一种新的管桩技术——有孔管桩。有孔管桩能够有效地加速超静孔隙水压力的消散,减小挤土效应对周围环境的不利影响。尽管有孔管桩具有上述优点,但桩身开孔也会削弱桩身的极限承载力,对竖向荷载下管桩的承载性状会有一定的影响,桩身开孔引起的应力集中对桩体承载力的折减如何,目前仍不清楚。本文针对上述问题,采用室内模型试验和数值模拟相结合方法,对竖向荷载作用下有孔管桩承载性状进行了研究和探讨,主要研究内容如下:(1)通过静压沉桩室内模型试验研究,得出超静孔隙水压力的变化主要分为加速上升的产生阶段和缓慢下降的消散阶段。当径向距离R保持不变时,超静孔隙水压力的大小随着深度H增大而增大,其消散速率越来越小;当深度H保持不变,超静孔隙水压力的大小随着径向距离R增大而减小,消散速率越来越小。(2)从休止58h后超静孔隙水压力的消散情况、不同位置超孔压比的变化情况等方面来分析,验证了星状布孔方式为有孔管桩设计的最优布孔方式。从桩壁断面开孔率对超静孔隙水压力变化影响的角度分析,验证了适当地提高断面开孔率可以有效地减小静压沉桩时产生的超静孔隙水压力,减弱挤土效应的影响范围。(3)分别采用室内模型试验和FLAC3D数值模拟方法,对单桩的静荷载试验进行了研究,给出了桩顶沉降Q-s曲线、桩身轴力分布图、桩侧摩阻力分布图。两者试验结果基本吻合,验证了试验的正确性和可靠性。(4)对比分析得出桩身开孔能有效地减少土体中的含水量,提高土体抗剪强度,增大桩侧摩阻力,降低桩顶沉降量。但是,在一定程度上会折减桩身的承载力,推断出星状有孔管桩的桩身轴力折减率最小,桩壁开孔数量的多少对桩侧摩阻力的分布有一定影响。同时,再次验证了星状布孔方式为有孔管桩设计的最优布孔方式。

关键词：竖向荷载有孔管桩超静孔隙水压力承载性状模型试验数值模拟

有孔管桩静压沉桩前后土体物理力学性质指标变化分析

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有孔管桩静压沉桩前后土体物理力学性质指标变化分析

2020年工业建筑学术交流会

作者：邹永强雷金波陈章富杨岩松李壮状南昌航空大学土木建筑学院

为探究有孔管桩静压沉桩前后土体物理力学性质指标变化规律,本文通过有孔管桩静压沉桩室外大尺度模型试验,对沉桩前后不同位置测点处的土样进行了一系列室内土工试验。试验结果表明:较无孔管桩而言,有孔管桩静压沉桩后,桩周土体密度呈... 详细信息

为探究有孔管桩静压沉桩前后土体物理力学性质指标变化规律,本文通过有孔管桩静压沉桩室外大尺度模型试验,对沉桩前后不同位置测点处的土样进行了一系列室内土工试验。试验结果表明:较无孔管桩而言,有孔管桩静压沉桩后,桩周土体密度呈现增大趋势,其增幅随着管径增大而增大,随着距群桩中心径向距离和竖向深度的增大而减小,土体密度最大增幅达到3.69%;土体含水率降幅明显,且降幅随着桩径增大而增大,随着竖向深度的加大、径向距离的增大逐渐减小,含水率最大折减达到10.76%;土体压缩系数最大降幅达到22.50%,压缩模量最大增幅达到24.75%,且均出现在250 mm管径有孔管桩沉桩试验中;土体内聚力与内摩擦角均呈现增大趋势,且增幅在中层与6倍桩径最为明显,内聚力最大增幅21.15%,内摩擦角最大增幅23.09%。由有孔管桩沉桩试验结果可知,有孔管桩对改善软弱地基土体物理力学性质指标有显著效果。

关键词：有孔管桩静压沉桩土体物理力学指标土工试验

来源： cnki会议评论

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有孔管桩极限承载力试验

南昌航空大学学报（自然科学版） 2014年第3期28卷 83-87页

作者：黄小波雷金波陈科林彭俊仁南昌航空大学南昌330063

文章采用模型试验方法,对3种布孔方式的有孔管桩进行极限承载力试验和应力集中现象试验。试验结果表明:星状布孔方式管桩承载力折减最低,应力集中系数较小,能为有孔管桩设计提供可靠的试验依据。

关键词：有孔管桩极限承载力应力集中模型试验