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基于桩土界面的静压桩沉桩效应与承载特性室内试验研究

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建筑结构学报 2021年第10期42卷 157-165页

作者：王永洪张明义刘雪颖马加骁白晓宇杨苏春青岛理工大学土木工程学院山东青岛266033 山东省高等学校蓝色经济区工程建设与安全协同创新中心山东青岛266033

饱和黏性土地基中桩土界面的受力特性会对静压桩沉桩效应及长期承载力的发挥产生重要影响。通过黏性土地基中桩身表面嵌入式安装硅压阻式传感器的静压桩模型试验,分别对开口和闭口静压桩沉桩和加载过程的桩土界面超静孔隙水压力和有效... 详细信息

饱和黏性土地基中桩土界面的受力特性会对静压桩沉桩效应及长期承载力的发挥产生重要影响。通过黏性土地基中桩身表面嵌入式安装硅压阻式传感器的静压桩模型试验,分别对开口和闭口静压桩沉桩和加载过程的桩土界面超静孔隙水压力和有效径向应力进行研究。结果表明:在沉桩过程中,桩土界面超静孔隙水压力及有效径向应力随入土深度逐渐增加,沉桩结束时增量幅值随着h/D(h为传感器距桩端距离,D为桩径)增大而减小,同一h/D位置处闭口桩的增量幅值大于开口桩的;同一入土深度处,桩身不同h/D位置处桩土界面有效径向应力存在退化现象,且随着h/D和入土深度的增加退化越明显。在加载过程中,h/D=1和h/D=5位置处桩土界面超静孔隙水压力相比沉桩结束时减小,且随着h/D增大,减小幅度也增大;同一h/D位置处,桩土界面有效径向应力增量幅值随着桩顶施加荷载值增加而增大。沉桩过程和加载过程桩土界面超静孔隙水压力和有效径向应力均随着h/D的增加而减小,不同h/D位置处桩土间的有效径向应力变化是沉桩和加载过程桩土界面受力机理不同的重要原因。

关键词：静压桩黏性土桩土界面室内试验沉桩效应长期承载力

锥形-有孔柱形组合管桩群桩沉桩效应试验研究

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南昌航空大学学报（自然科学版） 2023年第4期37卷 66-72页

作者：曾璐雷金波王泽南张汉军南昌航空大学土木建筑学院南昌330063

为研究锥形-有孔柱形组合管桩群桩沉桩挤土效应,对锥形-有孔柱形组合管桩群桩沉桩引起的超孔隙水压力时空消散规律进行了研究。基于室内模型试验,对锥形-有孔柱形组合管桩群桩沉桩引起的超孔隙水压力进行监测和分析。结果表明,通过增加... 详细信息

为研究锥形-有孔柱形组合管桩群桩沉桩挤土效应,对锥形-有孔柱形组合管桩群桩沉桩引起的超孔隙水压力时空消散规律进行了研究。基于室内模型试验,对锥形-有孔柱形组合管桩群桩沉桩引起的超孔隙水压力进行监测和分析。结果表明,通过增加桩身开孔数和减小锥度,可降低锥形-有孔柱形组合管桩群桩沉桩引起的超孔隙水压力峰值,降低的幅度在13.96%~17.94%;超孔隙水压力的消散速率随着深度的增大而增大,随着径向距离的增大而减小;与其他布孔方式相比,星状布孔方式的桩身,其群桩沉桩引起的超孔隙水压力峰值更小,消散速率更快。总之,锥形-有孔柱形组合管桩能够提高桩基础的施工质量和稳定性,研究成果能够为锥形-有孔柱形组合管桩的工程应用提供一定的参考。

关键词：锥形-有孔柱形组合管桩模型试验超孔隙水压力沉桩效应

锥形-有孔柱形组合管桩静压沉桩机制及沉桩效应研究

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锥形-有孔柱形组合管桩静压沉桩机制及沉桩效应研究

作者：陈章富南昌航空大学

学位级别：硕士

随着我国城市化进程不断发展,城市用地也越来越紧张,如何减少工程建设过程中对周边环境的影响成为一个值得研究的重大课题。众所周知,静压管桩广泛用于诸多建筑工程,但管桩在沉桩过程中产生的挤土效应会对周边环境造成不利影响。因此,... 详细信息

随着我国城市化进程不断发展,城市用地也越来越紧张,如何减少工程建设过程中对周边环境的影响成为一个值得研究的重大课题。众所周知,静压管桩广泛用于诸多建筑工程,但管桩在沉桩过程中产生的挤土效应会对周边环境造成不利影响。因此,为减轻管桩施工不利影响,提出了锥形-有孔柱形组合管桩技术,其优势主要体现在:一是开孔能使土中水自由进入管腔,从而降低超孔隙水压力的最大值并加速其消散;二是利用桩的楔形侧面充分发挥桩和土之间的相互作用,相辅相成。本文选用锥形-有孔柱形组合管桩为研究对象,探究锥形-有孔柱形组合管桩静压沉桩效应机制问题。本文运用理论分析结合数值模拟的方法,对锥形-有孔柱形组合管桩沉桩挤土效应进行研究与探讨。运用圆孔扩张理论,对锥形-有孔柱形组合管桩沉桩过程产生沉桩机制及沉桩效应展开研究,推导了沉桩过程中锥形-有孔柱形组合管桩超孔压与径向距离、沉桩速率、深度以及开孔孔径关系之间的解析式。运用数值模拟,对桩体的贯入过程进行模拟,得到锥形-有孔柱形组合管桩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正确性。具体研究成果如下:(1)推导出锥形-有孔柱形组合管桩桩周土体超孔隙水压力与径向距离、沉桩速率、深度以及开孔孔径之间的解析式,并通过理论推导,绘制出锥形-有孔柱形组合管桩超孔压与各影响因素关系之间的曲线,其变化规律符合超孔隙水压力一般特点;锥形-有孔柱形组合管桩超孔隙水压力塑性区内最大值远大于弹性区内。(2)采用ABAQUS有限元分析软件,对锥形-有孔柱形组合管桩沉桩过程中超孔隙水压力消散进行数值模拟分析,得到锥形-有孔柱形组合管桩超孔隙水压力随径向距离增大逐渐减少,随开孔孔径加大逐渐减小;在径向距离相同时,锥形-有孔柱形组合管桩超孔隙水压力随桩下沉深度增大不断增加,随沉桩速率增大逐渐增大。(3)将锥形-有孔柱形组合管桩超孔隙水压力数值模拟分析计算结果与理论研究结果进行对比,得到两条曲线的变化趋势基本一致。

关键词：锥形-有孔柱形组合管桩超孔隙水压力圆孔扩张理论沉桩机制沉桩效应数值模拟

海上风电塔超大直径单桩高频振动贯入沉桩效应

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海上风电塔超大直径单桩高频振动贯入沉桩效应

作者：董译之福州大学

学位级别：硕士

随着海上风电能源受到政府的大力支持和开发,在我国的近海岸中开始出现越来越多的海上风电塔项目。超大直径单桩基础作为海上风电塔最常用的一种基础形式具有经济、高效、适用性广的特点,故被广泛地运用在工程实践中。在工程中该类型管... 详细信息

随着海上风电能源受到政府的大力支持和开发,在我国的近海岸中开始出现越来越多的海上风电塔项目。超大直径单桩基础作为海上风电塔最常用的一种基础形式具有经济、高效、适用性广的特点,故被广泛地运用在工程实践中。在工程中该类型管桩往往在高频振动锤的辅助下沉放,故超大直径单桩的沉桩过程受高频振动锤往复加载、穿透性强等因素的影响,其沉桩过程与静压、锤击沉桩过程有较大的差异。目前对于超长大直径单桩基础这种大型管桩沉桩过程的研究尚不全面,特别关于单桩基础高频振动锤沉桩过程中管内土塞效应以及沉桩效应的研究更是稀缺。该论文对超大直径单桩高频振动贯入过程的沉桩效应以及土塞效应进行了数值研究以及解析研究,其具体的工作如下:1.通过ABAQUS2016建立耦合欧拉-拉格朗日(CEL)模拟超大直径单桩基础高频振动贯入的全过程,对超大直径单桩高频振动贯入两种类型土过程中的土塞效应进行了详细的研究,揭示了贯入过程中管侧内外壁侧摩阻力的分布、内外压力系数随贯入时间的变化规律以及土塞在两种类型土中的闭塞效应,研究了大直径管桩高频振动贯入砂土地基过程中桩端出现的应力重分布现象。并对比分析土体以及振动锤参数对单桩贯入过程中土塞效应的影响。2.对比分析超大直径单桩基础高频振动贯入两种类型地基土过程中的沉桩效应,详细研究了贯入过程中地表以及深度方向上的应力以及位移,并分析了桩壁孔缝存在对沉桩效应的影响。最后分析了单桩基础贯入两种类型地基土中贯入速度的变化规律以及振动锤参数对贯入速度的影响。3.根据数值模拟的结果发现高频振动贯入过程中桩端塑性区域的形状与梅耶霍夫的深基础假定一致,故在梅耶霍夫深基础承载力公式上使用了拟静力法判断振动贯入过程中管桩内的土塞效应,并通过三组室内试验数据验证了该判别公式的准确性。

关键词：超大直径单桩基础高频振动锤土塞效应沉桩效应

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预应力混凝土楔形管桩沉桩效应研究

预应力混凝土楔形管桩沉桩效应研究

作者：熊猛湖南工业大学

学位级别：硕士

基于对楔形桩和预应力混凝土管桩的分析和总结,课题组提出一种新的软土地基加固技术——预应力混凝土楔形管桩。本文采用室内模型试验与数值模拟相结合的方法系统研究预应力混凝土楔形管桩的沉桩效应。本文开展了下列工作:(1)通过静力... 详细信息

基于对楔形桩和预应力混凝土管桩的分析和总结,课题组提出一种新的软土地基加固技术——预应力混凝土楔形管桩。本文采用室内模型试验与数值模拟相结合的方法系统研究预应力混凝土楔形管桩的沉桩效应。本文开展了下列工作:(1)通过静力沉桩室内模型试验,获得了等壁厚楔形管桩、不等壁厚楔形管桩和等截面管桩在静力沉桩过程中桩周表层土径向位移、竖向位移和沉桩贯入力随沉桩深度变化的规律。并通过对比分析三种桩型在沉桩过程中的试验数据,得到楔形外壁和楔形内壁分别对沉桩贯入力和桩周表层土位移的影响规律。(2)基于PFC软件,通过数值试验研究颗粒细观参数和粘性土抗剪强度参数的相关性,以及颗粒细观参数变化对试样强度的影响规律。确定了参数标定过程中参数的标定顺序,以及细观颗粒参数在一定范围变化时,材料抗剪强度参数和试样强度的变化范围。(3)运用PFC模拟静力沉桩过程,得到的沉桩贯入力结果与室内模型试验结果基本一致,验证了模拟的可靠性。通过数值模拟得到了室内模型试验无法测得的桩周土孔隙率、桩周土压力和桩周深层土位移在沉桩过程中的变化规律。本文研究结果表明:1)预应力混凝土楔形管桩的楔形外壁在一定程度上可以增加管桩的贯入力,而楔形内壁既能够提高管桩的贯入力,也能改变贯入力的变化规律;2)沉桩过程中,预应力混凝土楔形管桩的桩周土位移、桩周土孔隙率和桩周土压力的变化和影响范围都大于预应力混凝土管桩;3)颗粒接触模量和摩擦系数分别是影响材料粘聚力和内摩擦角的主要细观颗粒参数,在细观颗粒参数标定过程中,应该优先确定它们的数值。

关键词：楔形管桩沉桩效应 PFC 模型试验

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扩底楔形桩沉桩挤土效应理论分析

中国公路学报 2014年第2期27卷 9-16页

作者：孔纲强周航河海大学土木与交通学院江苏南京210098

为了分析扩底楔形桩施工过程中扩大头注浆或夯扩沉桩对桩周土体的挤土效应,基于球孔扩张理论,考虑扩底楔形桩施工中楔形桩静压沉桩完成后的土体应力场影响,建立扩底楔形桩施工中扩大头注浆或夯扩沉桩过程中桩周土体应力场的理论计算方... 详细信息

为了分析扩底楔形桩施工过程中扩大头注浆或夯扩沉桩对桩周土体的挤土效应,基于球孔扩张理论,考虑扩底楔形桩施工中楔形桩静压沉桩完成后的土体应力场影响,建立扩底楔形桩施工中扩大头注浆或夯扩沉桩过程中桩周土体应力场的理论计算方法。通过对不同初始应力场情况下挤扩效应的对比分析,验证了所建立理论计算模型的准确性和可靠性;分析了扩大头直径、土体参数,以及楔形桩沉桩后应力场、位移场等因素对扩大头施工中挤土效应的影响规律。研究结果表明:建立的理论计算模型能较好地模拟扩大头注浆或夯扩沉桩过程;楔形桩桩身施工造成的桩周土体应力变化要远大于扩大头施工所造成的桩周土体应力变化,楔形桩桩身施工所产生的挤土应力起主导作用。

关键词：道路工程扩底楔形桩球孔扩张理论分析沉桩效应挤土位移

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沉桩效应的差异分析

地基处理 2005年第1期16卷 14-20页

作者：陈海丰赵春花河海大学岩土工程研究所南京210098 昆山市森隆绿艺有限公司昆山215301

运用英国剑桥大学编著的Crisp有限元程序，对饱和砂土中的打桩效应进行有限元分析。对由于采取不同的本构关系和沉桩过程模拟方式计算所引起的超孔隙水压力、径向有效应力增量、地面隆起以及桩周土径向位移等沉桩效应的差异进行讨论，... 详细信息

运用英国剑桥大学编著的Crisp有限元程序，对饱和砂土中的打桩效应进行有限元分析。对由于采取不同的本构关系和沉桩过程模拟方式计算所引起的超孔隙水压力、径向有效应力增量、地面隆起以及桩周土径向位移等沉桩效应的差异进行讨论，得出一些初步结论。

关键词：沉桩效应差异分析英国剑桥大学超孔隙水压力有限元程序有限元分析饱和砂土模拟方式沉桩过程本构关系应力增量径向位移地面隆起桩周土

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天然饱和黏土中新、旧桩荷载–沉降关系研究

岩石力学与工程学报 2016年第9期35卷 1906-1913页

作者：李镜培张凌翔李林刘振兴同济大学岩土及地下工程教育部重点实验室上海200092 同济大学地下建筑与工程系上海200092 上海长凯岩土工程有限公司上海200070

天然饱和黏土中静压桩沉桩结束后其桩周土体逐渐固结,由于旧桩周围土体已完全固结,其桩周土体的力学特性与新桩有显著差异,承载特性亦有较大区别。针对新、旧桩单桩的荷载–沉降特性,在考虑土体初始各向异性、沉桩效应的基础上,基于柱... 详细信息

天然饱和黏土中静压桩沉桩结束后其桩周土体逐渐固结,由于旧桩周围土体已完全固结,其桩周土体的力学特性与新桩有显著差异,承载特性亦有较大区别。针对新、旧桩单桩的荷载–沉降特性,在考虑土体初始各向异性、沉桩效应的基础上,基于柱孔不排水扩张后桩周土体应力与孔压基本解答,研究新、旧桩周土体力学特性的差异。在此基础上,根据新、旧桩周土体的力学特性和桩侧土体在加载过程中的力学特性,提出分别适用于新桩与旧桩的荷载传递模型,并通过与现场试验结果对比进行验证。研究结果表明,该荷载传递模型能较好地预测新、旧桩的荷载–沉降关系,对新、旧桩混合桩基承载机制的深化认识及其优化设计理论的完善都具有重要意义。

关键词：桩基工程新、旧桩各向异性沉桩效应软化模型现场试验

基于修正剑桥模型的软黏土中沉桩过程欧拉-拉格朗日耦合模拟分析

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上海交通大学学报 2017年第3期51卷 263-268页

作者：孟振陈锦剑王建华上海交通大学土木工程系上海200240

利用CEL(Coupled Eulerian-Lagrangian)有限元大变形方法模拟了不排水条件下软黏土中沉桩施工对桩周土体的影响.利用有效应力的方法实现了修正剑桥(MCC)模型Vumat子程序中超孔压的计算,通过与室内土工试验(一维压缩试验和三轴试验)结果... 详细信息

利用CEL(Coupled Eulerian-Lagrangian)有限元大变形方法模拟了不排水条件下软黏土中沉桩施工对桩周土体的影响.利用有效应力的方法实现了修正剑桥(MCC)模型Vumat子程序中超孔压的计算,通过与室内土工试验(一维压缩试验和三轴试验)结果对比证明了子程序的可靠性.将修正剑桥模型的Vumat子程序嵌入到Abaqus/Explicit的CEL方法中用于软黏土中沉桩效应的模拟分析.对计算得到的桩周土体流动、水平位移、超孔压、水平应力的分析表明,所采用的考虑孔压的CEL数值分析方法可以较好地模拟软黏土非排水条件下沉桩效应问题.

关键词：软黏土修正剑桥模型欧拉-拉格朗日耦合沉桩效应超孔压