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恒刚度桩-土界面循环弱化机制

振动．测试与诊断 2022年第6期42卷 1163-1169,1246,1247页

作者：刘俊伟朱娜凌贤长万志朋黄孝义赵国晓青岛理工大学土木工程学院青岛266033 中国海洋大学环境科学与工程学院青岛266100 哈尔滨工业大学土木工程学院哈尔滨150090 中建八局第二建设有限公司济南250014 中国中铁建工集团山东有限公司青岛266100 哈尔滨工业大学重庆研究院重庆401151

桩-土界面循环弱化机制对于桩体的承载性能具有控制作用,基于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恒刚度桩-土界面循环弱化机制研究,并推导出可用于预测不同试验条件下剪切应力的弱化公式。结果表明... 详细信息

桩-土界面循环弱化机制对于桩体的承载性能具有控制作用,基于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恒刚度桩-土界面循环弱化机制研究,并推导出可用于预测不同试验条件下剪切应力的弱化公式。结果表明:界面剪切应力-剪切位移关系曲线呈“闭回环”状发展;随着循环次数的增加剪切应力不断弱化,弱化主要发生在剪切的初始阶段,其主要原因为桩-土界面土颗粒的重新排列和剪碎细化,界面出现减压软化现象;初始法向应力越大,剪切位移幅值越大,随着循环次数的增加剪应力弱化速率越快。采用非线性对数型曲线进行拟合与真实数据曲线相似度达90%左右,对研究桩-土界面弱化机制具有一定的意义。

关键词：桩-土界面法向恒刚度弱化效应颗粒破碎对数型弱化公式

非饱和膨胀土-桩界面大型剪切试验与本构模拟

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岩土工程学报 2022年第S2期44卷 207-210页

作者：张致远钱建固王成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

目前对于膨胀土-桩接触面的研究较少,没有合适的接触面本构模型能够考虑土体含水率对接触面的影响,为揭示含水率影响下的膨胀土-桩接触面的强度特性以及在剪切过程中的剪胀性,对膨胀土-桩接触面开展不同含水率的大型直剪试验。试验结果... 详细信息

目前对于膨胀土-桩接触面的研究较少,没有合适的接触面本构模型能够考虑土体含水率对接触面的影响,为揭示含水率影响下的膨胀土-桩接触面的强度特性以及在剪切过程中的剪胀性,对膨胀土-桩接触面开展不同含水率的大型直剪试验。试验结果表明,不同含水率和法向压力下的接触面剪切强度曲线均呈现硬化的特性,接触面法向位移均呈现先剪缩,达到相变状态后再发生剪胀,最终趋于临界状态的现象。提出了一个接触面弹塑性硬化本构模型,并将所提出模型通过Fortran语言编写为ABAQUS有限元软件的UINTER子程序,并对试验结果进行了应力-应变模拟,合理地再现了含水率对桩-土界面力学行为的影响规律。

关键词：膨胀土桩-土界面大型剪切试验本构模型

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桩-土界面温度-应力耦合试验及理论研究

桩-土界面温度-应力耦合试验及理论研究

作者：王晓强重庆大学

学位级别：硕士

在传统的岩土工程地下构件(如桩基)中埋入热交换器,可以实现从土壤中吸收热量用于房屋建筑等供热,以及将多余的热量注入土壤中用于制冷降温。近年来,国内外不少专家学者开展了温度对这种能源地下结构力学行为影响的研究。事实上,这些能... 详细信息

在传统的岩土工程地下构件(如桩基)中埋入热交换器,可以实现从土壤中吸收热量用于房屋建筑等供热,以及将多余的热量注入土壤中用于制冷降温。近年来,国内外不少专家学者开展了温度对这种能源地下结构力学行为影响的研究。事实上,这些能源地下结构在整个使用周期中都会受到冷热交替的温度循环荷载和应力荷载的耦合影响。本研究的目的是通过温控应变式直剪仪开展室内单元试验,加深对复杂热-力荷载下饱和黏土-混凝土结构界面力学行为的理解。本文的主要研究内容如下:(1)本文研究了单调变温情况下的饱和黏土-混凝土界面热-力耦合行为,综合考虑了粗糙度和超固结比等因素的影响。结果表明,升高或者降低温度,均能提高正常固结或者轻微超固结黏土-混凝土界面的剪切强度,且升温幅值越大,强度提升越明显。而对应超固结黏土-混凝土界面,升温/降温则使其剪切强度有所降低。不同粗糙度界面剪切试验表明,经历变温过程可增大界面的剪胀趋势。研究表明,温度荷载引起的热固结是界面剪切行为非等温效应的主要物理机制,而热固结现象则主要与温度荷载作用下界面处黏土内部结合水向自由水的转化有关。(2)本文同时研究了循环温度荷载作用下饱和黏土-混凝土界面的循环热固结行为,以及经历不同温度循环后界面在室温、高温和低温下的剪切行为。结果表明,对于正常固结界面或者轻微超固结界面,提高温度循环次数确实能够提高界面的剪切强度,但是第一次循环对强度的提高贡献最大。相比于高温状态下的剪切行为,经历循环热固结后恢复至室温后界面剪切强度将进一步提高,这与升温循环过程中正常固结黏土-混凝土界面产生的不可逆热塑性变形累积有关;而重度超固结界面的循环热变形则主要以可逆的热弹性变形为主,其对界面强度的影响较为有限。(3)基于临界状态概念,本文建立了一种土体-结构界面本构模型。该模型通过热固结过程中温度对界面孔隙比的影响来反映界面剪切行为的非等温效应,同时可考虑超固结比及界面粗糙度的影响。该模型中将土-结构界面临界状态线简化为与温度及温度历史无关的自然属性;对于给定的黏土,界面临界状态线仅取决于界面粗糙程度。结合试验研究结果分析表明本文所建立模型可较好地预测经历一定温度历史后不同粗糙度界面的剪切应力-位移曲线及剪胀关系曲线,有效地验证了模型的有效性。

关键词：能量桩桩-土界面温度循环温度-应力耦合界面本构模型

考虑桩-土界面温变效应的能源桩承载特性研究

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考虑桩-土界面温变效应的能源桩承载特性研究

作者：刘景航山东大学

学位级别：硕士

浅层地热能资源丰富,具有清洁、可再生的优点,存在巨大的应用价值。能源桩在承载建筑荷载的同时可有效利用浅层地热能,满足建筑物供暖和制冷的需求,达到降低能耗和保护生态环境的目的。相比于传统钻孔埋管技术,能源桩经济实用、换热效率... 详细信息

浅层地热能资源丰富,具有清洁、可再生的优点,存在巨大的应用价值。能源桩在承载建筑荷载的同时可有效利用浅层地热能,满足建筑物供暖和制冷的需求,达到降低能耗和保护生态环境的目的。相比于传统钻孔埋管技术,能源桩经济实用、换热效率高,得到广泛应用。然而在能源桩的实际工程应用中,桩基内部的温度变化效应改变了桩-土界面力学特性,产生附加温度应力与变形,影响能源桩的承载特性。国内外学者针对能源桩传热模型及承载特性研究取得较多成果,然而在能源桩桩-土界面性状变化方面的研究较少,亟待开展温变效应对能源桩桩-土界面特性改变的研究分析。本文采用数值模拟、模型试验、理论分析等手段开展了考虑桩-土界面温变效应的能源桩承载特性研究,主要工作和成果如下:(1)通过数值模拟软件建立了不同工况的能源桩模型,开展了桩-土界面温度场模型的研究。针对模型桩的温度分布特性,分析了桩-土界面温度场的影响因素及温度扩散规律,通过对不同深度处桩-土界面的温度数据进行拟合,建立了能源桩桩-土界面温度场分布的指数函数模型。(2)通过室内模型试验开展了不同桩-土界面温度条件对能源桩承载特性影响规律的研究,获得了能源桩在温度-荷载耦合作用下的沉降变形规律,分析了能源桩桩身轴力、桩侧摩阻力-桩土相对位移在不同温度条件下的变化规律,验证了桩侧双曲线荷载传递模型的合理性。(3)基于所建立的桩-土界面温度场分布的指数函数模型,考虑径向温度应力对能源桩桩-土界面力学特性的影响,建立了温度应力影响下能源桩单桩桩端、桩侧荷载传递模型的具体表达式,形成了考虑温变效应的能源桩荷载-沉降迭代计算方法,并对比实测算例数据,验证了该荷载-沉降计算方法的合理性。(4)基于所提出的能源桩桩-土界面温变模型及荷载传递模型,通过数值模拟软件提供的用户子程序平台进行二次开发,并验证其合理性。利用二次开发后的数值模拟软件实现了不同温度工况下能源桩温度场及承载特性变化规律的研究。

关键词：能源桩桩-土界面温变效应荷载传递承载特性

超长灌注桩桩-土界面剪切模型及其有限元模拟

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岩土力学 2012年第12期33卷 3818-3824,3832页

作者：王卫东李永辉吴江斌同济大学地下建筑与工程系上海200092 华东建筑设计研究院上海200002

由于超长灌注桩为摩擦型桩,建立合适的桩-土界面剪切模型将成为合理且有效地模拟分析其承载变形特性的关键。基于超长灌注桩桩侧摩阻力随桩-土相对位移w发挥性状,将-w关系定义为硬化和软化两种类型,进而将桩侧摩阻力发挥模式分为全硬化... 详细信息

由于超长灌注桩为摩擦型桩,建立合适的桩-土界面剪切模型将成为合理且有效地模拟分析其承载变形特性的关键。基于超长灌注桩桩侧摩阻力随桩-土相对位移w发挥性状,将-w关系定义为硬化和软化两种类型,进而将桩侧摩阻力发挥模式分为全硬化模式、全软化模式和混合模式。建立超长灌注桩桩-土界面剪切硬化模型和软化模型,运用ABAQUS二次开发子程序FRIC将建立的剪切模型嵌入有限元,实现剪切模型的有限元模拟,单桩算例表明,剪切模型在ABAQUS中实现是成功的。运用建立的桩-土界面剪切模型对现场试验试桩进行有限元模拟,模拟结果与实测结果较为吻合,表明所建立的桩-土界面剪切模型及其有限元模拟对于超长灌注桩承载变形计算具有合理性和可行性。

关键词：超长灌注桩剪切模型桩-土界面有限元模拟

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超长灌注桩桩-土界面剪切试验研究

岩土力学 2015年第7期36卷 1981-1988页

作者：李永辉王卫东黄茂松郭院成郑州大学土木工程学院河南郑州450001 华东建筑设计研究总院上海200002 同济大学地下建筑与工程系上海200092

为研究超长灌注桩桩侧与土体接触界面的剪切力学行为,采用大型界面剪切仪,开展混凝土与粉质黏土、粉细砂土接触界面剪切试验。针对钻孔灌注桩泥浆护壁施工特点及后注浆工艺的应用,在混凝土与粉细砂土界面设置膨润土泥皮或膨润土泥皮与... 详细信息

为研究超长灌注桩桩侧与土体接触界面的剪切力学行为,采用大型界面剪切仪,开展混凝土与粉质黏土、粉细砂土接触界面剪切试验。针对钻孔灌注桩泥浆护壁施工特点及后注浆工艺的应用,在混凝土与粉细砂土界面设置膨润土泥皮或膨润土泥皮与水泥浆,以研究泥皮及存在泥皮时注浆对界面剪切性状的影响。试验结果表明:界面剪切应力随剪切位移增加逐步达到极限值,之后,剪切应力保持基本不变或出现软化现象;土体类型及法向应力大小对界面剪切力学行为具有较大的影响;粉细砂土-混凝土界面摩擦角与土体有效内摩擦角相近,存在泥皮时,界面摩擦角降低达40%,泥皮的润滑作用较大地削弱了界面的剪切性能;存在泥皮情况下,注浆后界面摩擦角较泥皮界面提高近1倍,水泥浆的注入不仅消除了泥皮产生的不利影响,也有利于进一步改善界面剪切性能,提高其抗剪强度;泥皮及注浆对界面剪切应力与剪切位移关系亦有较大的影响;界面剪切作用对土体具有一定的影响范围,并在接触界面附近土体中逐渐形成剪切破坏带,剪切过程中界面呈现出由剪切位移阶段逐步过渡至剪切滑移阶段;此外,在剪切过程中,不同界面类型的土体变形存在较大差异。

关键词：超长灌注桩桩-土界面剪切界面剪切应力剪切位移

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静压桩桩-土界面滑动摩擦机制研究

岩土力学 2015年第5期36卷 1288-1294页

作者：胡永强汤连生李兆源中山大学工学院广东广州510275 广州大学土木工程学院 510006 中山大学地球科学系广东广州510275 广东省地质过程与矿产资源探查重点实验室广东广州510275 广东永基建筑基础有限公司广东顺德528300

静压桩侧阻力的实质是桩-土之间的摩擦,但其机制研究并未使用目前成熟的摩擦学理论。系统地介绍了摩擦学中黏着摩擦机制和变形摩擦机制,进而利用其分析解释静压桩桩-土界面的滑动摩擦机制,并得到较好的效果,为桩侧摩阻力的研究提供了新... 详细信息

静压桩侧阻力的实质是桩-土之间的摩擦,但其机制研究并未使用目前成熟的摩擦学理论。系统地介绍了摩擦学中黏着摩擦机制和变形摩擦机制,进而利用其分析解释静压桩桩-土界面的滑动摩擦机制,并得到较好的效果,为桩侧摩阻力的研究提供了新的思路。研究结果表明,桩-土之间的干摩擦是外摩擦;沉桩过程中桩-土之间的滑动摩擦是泥浆润滑下的湿摩擦,从而使桩侧阻力远小于载荷试验时的桩侧阻力;沉桩停顿使压桩力急剧增大的主要原因是:泥浆润滑膜的消失使桩-土之间的摩擦从湿摩擦变为干摩擦;载荷试验在桩破坏前桩-土之间的摩擦是干摩擦;桩端附近桩侧阻力强化的主要原因是:桩端土的强度提高引起桩端附近切向力的增大,从而导致桩-土之间摩擦系数提高。

关键词：静压桩桩-土界面滑动摩擦黏着摩擦机制桩侧摩阻力

循环荷载作用下单桩动力模型试验与桩土界面特性研究

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岩土力学 2013年第4期34卷 1037-1044页

作者：章敏王星华杨光程谢李钊中南大学土木工程学院长沙410075

通过开展红黏土中单桩轴向循环振动模型试验,研究不同循环荷载比和加载频率对桩长期动力特性的影响,从桩侧土剪切刚度和侧阻退化两方面出发,对循环荷载作用下桩顶累积沉降机制进行分析。在FLAC3D中,实现能够反映剪切刚度疲劳退化的修正H... 详细信息

通过开展红黏土中单桩轴向循环振动模型试验,研究不同循环荷载比和加载频率对桩长期动力特性的影响,从桩侧土剪切刚度和侧阻退化两方面出发,对循环荷载作用下桩顶累积沉降机制进行分析。在FLAC3D中,实现能够反映剪切刚度疲劳退化的修正Hardin-Drnevich(H-D)模型,并对常法向刚度(CNS)循环剪切下侧阻退化进行数值模拟。试验发现,循环荷载幅值是桩顶累积沉降变化的重要影响因素;桩顶动刚度在加载初期要先经历一个迅速降低的短暂过渡阶段,之后则不随振次的增加而改变;桩身振动在桩周土中引起的超孔压较小,有效应力的降低不足于使侧阻力发生较大程度的退化;随着加载速度的增大,桩顶动刚度和加速度均随之增大。采用修正H-D模型得到的理论滞回曲线与数值结果基本吻合,验证了程序编制的正确性。

关键词：单桩黏性土动力模型试验循环特性桩-土界面疲劳退化

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黏性土-混凝土界面抗剪及残余强度试验研究

低温建筑技术 2024年第6期46卷 44-47页

作者：张硕王永洪武洪志王春光刘龙海孙连杰王东雷青岛理工大学土木工程学院山东青岛266033 山东高速工程建设集团有限公司济南250014 烟台市公路事业发展中心山东烟台264001 青岛永元海洋科技有限公司山东青岛266033 青岛绿色理工岩土工程有限公司山东青岛266033

文中采用自制的大型试验系统,通过直剪试验对粉质黏土-混凝土界面在不同粗糙度条件下的剪切特性展开研究,探明预制桩桩-土界面的力学参数与粗糙度之间的关系。结果表明粗糙度是预制桩桩-土界面的剪切强度和剪切刚度等力学性质的重要影... 详细信息

文中采用自制的大型试验系统,通过直剪试验对粉质黏土-混凝土界面在不同粗糙度条件下的剪切特性展开研究,探明预制桩桩-土界面的力学参数与粗糙度之间的关系。结果表明粗糙度是预制桩桩-土界面的剪切强度和剪切刚度等力学性质的重要影响因素。界面抗剪强度、界面摩擦角、界面附着力、界面剪切刚度和界面剪切破坏位移等力学参数均随着混凝土表面粗糙度的增大而增大,其中剪切破坏位移增幅较为显著,最大增幅达55%;界面附着力随粗糙度增大呈先减小后增大的趋势,最大增幅23.7%。试验结果对静压桩的工程实践具有重要意义。

关键词：桩-土界面粗糙度粉质黏土界面剪切特性