姜珂[1]2003年在《考虑软粘土结构性损伤的静压桩沉桩规律分析》文中认为由于静压桩具有桩身的质量易于保证和检查，价格相对较低，以及施工工效高，无泥浆、噪音污染等优势，目前已成为我国工业与民用建筑中，特别是软土地基上高层建筑中广泛采用的桩型之一。但静压桩也有其相对缺点，那就是它为排土桩，如果对挤土效应没有采取足够的措施，则容易对周边环境造成不利的影响。随着人们环保意识的不断增强，对静压桩挤土带来的环境问题也越来越引起人们的重视。尽管对沉桩规律的研究国内外学者都作了大量工作，但研究成果仍有不尽人意之处。 本文在总结了国内外众多学者研究工作的基础上，认为在对桩周土体的应力位移以及超静孔隙水压力的分析中应考虑土体自身结构特性及力学特性的影响。这是因为天然软粘土通常具有一定的结构特性，在力学上表现为加工软化材料，而已往的分析中常常认为土体为加工硬化材料。采用硬化规律分析的桩周土体的应力位移以及超静孔隙水压力分布规律与采用软化模型分析的桩周土体的应力位移和超静孔隙水压力分布规律显然是不同的。 从软粘土的结构特性与力学特性出发，本文主要作了以下工作： 首先，对软粘土的结构特性以及微观结构特性的宏观力学表现分别从压缩曲线特性、固结系数的变化、超静孔隙水压力分布特点以及应力应变曲线特征等方面进行详细的对比和分析，了解不同结构强度对软土力学特性影响的规律。 其次，将软粘土峰值应力后应变软化现象视为是由于土体微观结构破损所导致的不可逆结果，从连续介质损伤力学的角度来分析结构性软粘土的破坏过程。根据土体颗粒在受力过程中克服粒间联结力以及摩擦阻力所产生的滑移与金属晶体位错的热激活过程具有相似率，建立起土体微观结构损伤的演化规律，并在假设土体为各向同性损伤条件下，将损伤演化规律纳入土体的本构方程，从而建立起能反映结构性土体应变软化特性的弹塑性损伤本构模型。 第叁，将应力应变曲线简化为线性模型，以叁段直线分别近似替代峰值应力前的弹性阶段，峰值应力后的软化阶段，以及应力不变应变无限增长的塑性阶段；应变软化过程为应力逐渐降低而应变不断增加的线性软化过程，不是峰值应力后的应力跌落现象。在此简化的线性软化模型基础上，应用柱孔扩张理论对桩周土体的应力场、位移场以及超静孔隙水压力的产生和消散进行求解，分析土体的结构特性对桩周士体的应力场、位移场以及超静孔隙水压力分布的影响规律。 最后，对结构性软土中双桩相互作用时，桩间土体的应力和位移进行了分析。在此基础上定性分析了群桩沉桩时的两个特例。分析了先沉人桩的屏蔽作用以及群桩沉入时引起应力的集中现象，并对工程中采取的措施作出说明。 本文的研究工作表明，软粘土的结构性对桩周土体的应力场和位移场以及超孔隙水压力的分布产生影响，土体的结构性损伤会使桩周土体中的应力相对减小：在考虑土体结构性损伤条件下的桩周土体的位移比不考虑土体结构性受损条件下的桩周士体位移要大；结构性增加了土体的强度，要克服由于结构性而增加的强度，土体将产生较高的超静孔隙水压力值。
孙世光[2]2007年在《群桩沉桩挤土效应分析》文中指出随着我国经济的发展,在沿海城市修建的高层建筑和构筑物越来越多,桩基础也得到了广泛应用。由于静压桩具有桩身的质量易于保证,价格相对较低,以及施工工效高,无泥浆、无噪音污染等优势,因此静压桩应用也得到了广泛发展,近两年天津地区每年施工工作量均达将近千万米。但静压桩的挤土效应会引起周边的环境问题,严重时还会引发工程事故。因此研究静压桩施工所带来的挤土效应问题具有非常重要的工程意义。本文基于天津地区软土,结合天津市自然科学基金“基于软土微结构分析的沉桩挤土效应及对策研究”课题,进行了静压群桩模型试验研究,主要进行了以下工作。1.通过静压桩模型试验,分别观测和分析了单桩、双桩、叁桩和群桩压入土体后,所产生的侧向位移和隆起,获得了沉桩过程中土体水平位移和地表隆起变化规律;试验发现桩沉桩顺序对桩周土体的水平位移及地表隆起影响很大,在群桩沉桩过程中桩周土体水平位移及地表隆起量很大,在实际工程中应考虑其影响。2.通过静压桩模型试验,量测了群桩沉桩过程中桩群中及桩群附近土体超孔隙水压力的变化,认识到沉桩所产生的超孔隙水压力变化相当复杂,一般随着沉入土体内桩数的增加而不断积累,且积累到一定程度后变化幅度变缓。3.基于静压桩模型试验,本文进行了一系列的土工试验,分析了沉桩前后土体物理力学性质的变化规律。4.由于土体的宏观力学性质是微观结构变化的反映,为了研究群桩施工后土体的结构性变化特征,本文运用了扫描电镜获取了压桩前后土样的微观扫描电镜照片,并运用图象处理软件提取了土体微观结构参数,来表征土体的孔隙的大小、形态和排列特征,进而对沉桩挤土效应微观机理进行了分析。
张万春[3]2011年在《基于结构性损伤概念的管桩挤土效应机理分析》文中认为软土中管桩沉桩会造成土体的扰动、破坏,使土的工程性质产生变化。由于这些问题的存在和管桩基础应用的日益普遍,使得对挤土效应机理的研究任务越来越重要和紧迫。这有着重要的理论意义与现实价值。本文在国内外众多学者对挤土效应研究的基础上,针对软土地基,将土体结构性损伤概念引入柱形孔扩张理论,进行了基于结构性损伤概念的管桩挤土效应的机理研究。首先,本文讨论了管桩的应用优势和沉桩挤土过程的环境影响,提出了解决这一问题的重要意义。回顾了前人在管桩挤土效应问题的研究工作,对传统柱形孔扩张理论的基本方法和思路进行了介绍。在此基础上,针对软土地基,本文将土体结构性损伤概念引入,在考虑软土结构性损伤的前提下,提出改进的柱形孔扩张理论解决管桩挤土问题的计算分析方法。说明了在软土地基中用改进的柱形孔扩张理论解决这一问题的合理性。其次,根据土体应力应变的不同情况,将桩周土体分为不同区域,然后考虑不同土体的软化程度,分别采用简化的叁折线应变软化模型和四折线应变软化模型,求得不同情况下的弹性区和塑性区的应力场、应变场和位移场,确定极限扩张压力值和极限扩张半径。在此基础上,分析不同参数对极限扩张压力值和极限扩张半径变化的影响规律。再次,结合具体工程实例,通过对孔隙水压力监测和土体水平位移的现场试验,得到了管桩沉桩挤土的现场监测资料,并进行了深入的分析和总结。然后针对这一问题,提出了降低管桩沉桩挤土的环境影响的措施,主要包括设计上和施工上两方面。本文综合应用试验分析与理论分析方法,进行了基于结构性损伤概念的管桩挤土效应机理分析,得出了适用于软土地区的改进的柱形孔扩张理论解答,并进行了不同土性参数的对比分析,通过具体工程实例的研究和分析,提出了降低管桩沉桩挤土环境效应的防治措施。研究成果可以服务于软土地区,为研究其挤土效应和环境影响提供了有意义的参考依据。
曹秀娟[4]2005年在《软粘土中沉桩挤土效应研究》文中提出桩基工程由于其诸多优点而在软土地基的城市建设中获得日益广泛的应用。对于排土置换桩(displacement piles)，沉桩过程中会对桩周土体产生挤压，并产生超静孔隙水压力，从而影响周围建筑物和地下管线等公共设施的安全。许多学者已从多方面对沉桩的挤土效应问题进行了研究，但由于这个问题的复杂性，至今还没有获得满意的结果。 本文在总结前人研究成果的基础上采用新的思路对软土地基中排土置换桩沉桩问题进行了进一步的研究，做了以下工作： 对国内外大量实测资料和试验的研究分析发现：沉桩过程中的桩侧应力及初始孔压力均沿深度方向发生变化，因而将沉桩过程视为平面应变问题是不合适的，而应该考虑其空间性；讨论了软粘土的结构性对沉桩挤土的影响，提出在软粘土中沉桩时，应考虑到土体结构的破损，在此基础上进行分析，才能比较客观地掌握在具有一定结构特性软粘土中沉桩时的挤土情况。 考虑了应力与竖向坐标z的关系及侧摩擦力的分布，建立了模拟沉桩过程的准静态空间轴对称平衡微分方程组，求得弹性区应力和位移解答。根据桩土边界条件，提出塑性区的应力函数，根据土塑性力学的基本原理，采用Mohr-Coulomb屈服准则，并考虑土的结构性损伤，采用简化的应变软化模型，求得塑性区的应力解答及极限扩张压力值；分析了土体的损伤系数变化及不同的土体参数值变化对塑性区半径和极限扩张压力的影响，以及深度z对土体的塑性区半径及极限扩张压力的影响；并分析了不同损伤系数下桩周土体的应力场及其在空间上的分布规律。这些工作弥补了经典圆孔扩张理论在沉桩应用中的不足，能更好地揭示沉桩过程的挤土机理。 根据推导的沉桩时土体的应力公式，采用Henkel的孔压公式，推求得了考虑土的结构性沉桩过程中产生的超孔隙水压力的空间分布公式，得出了在塑性区损伤系数越大，超孔隙水压力越大；随着深度增大，超孔隙水压力增大等结论。 为了研究软土地基中群桩施工所引起的挤土效应问题，通过对一实际工程的现场观测及对实测数据的分析，研究群桩施工时所引起的土体的位移及超孔隙水压力的产生、分布和消散情况，并提出了群桩施工时引起的土体位移的估算方法；总结了沉桩挤土效应的防护措施，并指出设置应力释放孔是一种有效的减少沉桩挤土效应的防护措施。
姚孟洋[5]2011年在《沉桩挤土圆孔扩张理论研究和数值模拟分析》文中提出随着我国改革开放和城市化进程的不断发展,城市用地也越来越紧张,如何减少工程建设过程中对密集城区环境的影响成为一个值得研究的重大课题。静压桩由于是预制桩,桩身质量可靠,价格相对较低,同时有具有无噪音、无振动、无冲击力、施工应力小等优点而得到了广泛的应用。但静压桩也有其缺点,那就是它属于排土置换桩,在沉桩贯入过程中产生的挤土效应对周边环境造成了不利影响。如何有效地预估沉桩挤土效应以减少对邻近建筑物和地下公用设施等的影响和破坏具有重要的理论和实际意义。目前研究沉桩挤土效应常用的方法主要有:圆孔扩张理论、应变路径法、有限元数值模拟方法,本文在前人研究的基础上,运用理论与数值模拟相结合的方法对沉桩挤土效应进行研究。本文主要做了以下工作:(1)系统地总结了圆孔扩张理论的计算方法,阐述了基于Tresca破坏准则、Mobr-Coulomb破坏准则的圆柱形孔扩张理论的计算方法。(2)运用位移贯入法,建立接近实际工程二维轴对称模型。有效解决理论方法不能考虑的大变形问题、接触问题、本构关系、荷载施加问题、地基初始应力场问题。从而真实全面地实现了对单桩连续压入土体全过程模拟,具有仿真效果。(3)详细的模拟了静压单桩施工过程并得到了施工结束后的土体应力场和位移场,同时还讨论了不同参数(土体粘聚力及内摩擦角、桩土摩擦系数、土体泊松比、剪胀角)对静压桩沉桩挤土效应影响以及双桩沉桩过程挤土位移场分布规律。(4)运用有限元模拟分析了在饱和土体中沉桩引起的超静孔隙水压力的分布和固结规律,讨论了静孔压消散、有效应力增长的发展过程。
刘俊伟[6]2012年在《静压开口混凝土管桩施工效应试验及理论研究》文中进行了进一步梳理静压开口混凝土管桩的施工效应包括土塞效应、挤土效应、承载力时间效应和残余应力四部分。它们彼此相互影响共同制约桩的承载力性状。本文通过现场足尺试验、室内物理力学试验,统计分析和理论建模解析计算,系统揭示了施工效应中各个方面对静压开口混凝土管桩受力特性的影响规律。本文的主要工作及创新成果如下：土塞效应是指挤入桩孔内的土柱对桩-土体系的影响。本文通过现场试验和室内土工试验,获得了不同土层中土塞的物理力学特性、分层特征及发展规律,建立了土塞端阻与土塞增长率的线性表达式；发现桩端以上4-5倍桩径范围内土塞的物理力学指标优于原状土,桩端处土塞的静力触探锥尖阻力高于原状土67%。基于土塞效应,首次建立并解答了开口混凝土管桩“桩中桩”荷载传递解析模型。研究表明土塞摩擦力的发挥主要集中在桩端以上2倍桩内径范围内,桩端处的土塞摩阻力为桩壁外侧摩阻力的3.4倍。同时,本文提出了更适用于开口混凝土管桩的基于静力触探试验的承载力设计方法-ZJU设计法。挤土效应是指沉桩挤土对桩-土体系的影响。本文在粉土地基中进行了开口管桩的挤土效应试验,揭示了沉桩过程及静置期内桩周土体的应力、孔隙水压力和位移的变化规律,发现单桩压入对周围土体的影响范围约为15倍桩径。基于试验结果,建立了开口管桩挤土效应解析计算模型,将桩体的压入过程模拟为半无限体中一系列球孔的扩张。现场实测表明黏性土中管桩的挤土效应导致群桩中单桩的承载力降低35%-75%,并讨论了挤土效应的防治措施。通过自制的恒刚度剪切试验,揭示了桩侧摩阻力随剪切循环的指数型退化规律。时间效应是指管桩沉桩后承载力随休止时间的提高。本文提出了承载力叁阶段增长理论模型,并建立了基于固结理论的承载力时效解析计算模型。计算表明,完全非闭塞的摩擦型开口管桩承载力随时间的相对增长速度高出闭口桩约10%。采用隔时复压试验和静载荷试验揭示了开口管桩的时效性规律,发现基桩承载力随时间呈对数型增长,每时间对数循环的增幅处于15%-29%范围。利用时效性的有益影响,提出了基于隔时复压试验的静压桩承载力优化方法。残余应力是指沉桩后由于桩身压缩不能完全恢复而残留于桩内的应力。本文利用光纤传感技术对开口管桩的残余应力展开足尺试验研究,建立了残余应力与沉桩过程的关系。根据试验结果,实现了基于能量守恒的残余应力模拟计算解答,揭示了桩土参数和沉桩方式对残余应力的影响规律。研究表明,忽略残余应力将高估中性点以上摩阻力,而低估中性点以下摩阻力及桩端阻力。开口管桩施工效应的系统研究表明,土塞效应、挤土效应、承载力时间效应和残余应力共同制约管桩的承载力性状。统计近2000根管桩静载荷试验发现,管桩的极限承载力与压桩终止瞬间的压桩力存在相关性：短桩的极限承载力往往小于终压力,而随着桩长的增加承载力将超过终压力；单桩极限承载力与终压力的比值随桩长径比呈双曲线型增长,持力层为黏性土且桩侧为粉土时增幅最显着。
方万军[7]2006年在《软土中管桩挤土效应分析及影响研究》文中指出桩基工程由于其诸多优点而在软土地基的城市建设中获得日益广泛的应用。但是管桩在沉桩过程中会对桩周土体产生挤压，并产生超静孔隙水压力，从而影响周围建筑物和地下管线等公共设施的安全。许多学者已从多方面对沉桩的挤土效应问题进行了研究，但由于这个问题的复杂性，至今还没有获得满意的结果。本文在总结前人研究成果的基础上采用新的思路对软土地基中管桩沉桩问题进行了进一步的研究，做了以下工作： 首先，根据实际工程提出本文的研究背景，为此，本文总结了前人对管桩挤土效应的研究。结果表明：软粘土的结构性对沉桩挤土有着显着的影响，因此，在软粘土中沉桩时，应考虑土体结构性损伤的影响。根据这些研究成果，本文采用了叁折线软化模型。 其次，依据上述叁折线软化模型，同时根据土塑性力学的基本原理，采用Mohr-Coulomb屈服准则，本文求得了塑性区的应力解答及极限扩张压力值；为了深入研究，本文通过有限元方法对其进行分析，得出了土体的软化系数变化及不同的土体参数值变化对塑性区半径和极限扩张压力的影响，并分析了不同软化系数下桩周土体的应力场及其在空间上的分布规律。同时，根据推导的沉桩时土体的应力公式，采用Henkel的孔压公式，推求了考虑土的结构性沉桩过程中产生的超孔隙水压力公式，得出了塑性区损伤系数越大，超孔隙水压力越大等结论。 再次，本文总结了工程实际中常用的一些沉桩挤土效应防护措施，并结合萧山某工程的实际情况，证明这些措施的实用性。 最后，通过对台州地区118根管桩静载荷试验资料和结果的总结，得出了随着桩长、桩径和桩端土性质的不同，桩的承载力的变化趋势。
吴春武[8]2014年在《静压桩施工对邻近高速铁路路基及桥梁影响研究》文中进行了进一步梳理邻近既有铁路进行软土地基加固的情况越来越多,采用静压桩对地基进行加固是一种常用方法,但其挤土效应对邻近既有铁路有不利影响。本文对静压桩施工对邻近高速铁路路基和桥梁的影响进行研究,具体内容包括：(1)系统阐述了静压桩的沉桩机理和圆孔扩张理论,并且采用圆孔扩张理论的弹塑性解析方法计算了单桩挤土效应。(2)应用Abaqus有限元分析软件对群桩挤土效应进行了叁维的模拟分析,探讨了不同压桩顺序下的挤土效应的差异。(3)结合金温铁路扩能改造工程,进行了静压群桩施工对既有线路基、桥梁影响的有限元数值模拟,分析了静压桩施工对既有线影响的规律。(4)通过有限元计算,探讨了应力释放孔的防挤作用,结果表明,释放孔可以减小静压桩施工产生的挤土位移和应力,且应力减小效果更明显。(5)探讨了降低静压桩施工对既有线影响的对策措施,着重建议了邻近既有线静压桩施工时的监控方法。
何耀辉[9]2005年在《静压桩沉桩挤土效应研究及实测分析》文中进行了进一步梳理静压桩具有桩身质量易于保证和检查，价格相对较低，以及施工工效高、无泥浆和噪音污染等优点，目前已成为我国工业与民用建筑中，特别是软土地基上各类建筑中广泛采用的桩型之一。但静压桩也有其相对缺点，那就是它属于排土置换桩，容易对周边环境造成不利的影响。随着人们环保意识的不断增强，对静压桩挤土效应带来的各种问题也越来越引起人们的重视。 本文在总结国内外众多学者研究的基础上，主要作了以下工作。 1．本文在Vesic孔扩张理论的基础上，推导了Tresca材料和Mohr-Coulomb材料具有初始孔径的孔扩张理论统一解析解；对于具有软化特性的Tresca材料，假设软化曲线为双曲线型，推导了孔扩张理论的统一解析解。 2．探讨了柱孔扩张时初始孔径率、软化系数对Tresca材料应力场、位移场的影响规律。孔扩张过程中，随着初始孔径率的不断增大，塑性区半径、径向位移、径向应力及最终扩孔压力不断减小；随着软化系数的不断增大，径向应力及最终扩孔压力不断增大。 3．探讨了柱孔扩张时初始孔径率、软化系数对Tresca材料超静孔隙水压力的影响规律。随着初始孔径率的不断增大，超静孔隙水压力不断减小，影响半径也不断减小；具有软化特性的Tresca材料，塑性区超静孔隙水压力主要决定于软黏土的软化系数、塑性区半径以及破坏时的孔隙水压力系数等；随软化系数的不断增大，塑性区超静孔隙水压力不断增大，弹性区超静孔隙水压力则与软化系数无关。 4．对叁里亭南区R10组团沉桩工程实测土体水平位移和超静孔隙水压力作了分析，得到一些具有工程意义的经验和规律。 5．在叁里亭南区R10组团沉桩工程实测超静孔隙水压力的基础上，分离出单桩沉桩时产生的超静孔隙水压力，并对单桩产生的超静孔隙水压力实测值、理论值作了对比分析。
王志强[10]2016年在《基于LS-DYNA对静压单桩沉桩过程的数值模拟》文中研究说明静压桩由于其沉桩过程振动少、噪音小、对施工场地污染少、桩身质量有保障且施工工期短等优点,在基础工程建设中的应用日益广泛。但静压桩属于挤土桩,在沉桩施工过程中,土体在桩体剧烈的贯入作用下会产生严重的挤土效应,这就会给周边环境、桩基质量以及桩基后期承载力等带来许多不利的影响。因此,研究静压沉桩过程对桩周土体的挤压效应具有非常重要的意义。本文基于有限元软件LS-DYNA,根据静压桩的实际施工情况,建立了可以考虑土体的大变形、土体剪胀性质、土体初始重力场、桩土界面摩擦等情况下的叁维实体桩土系统模型,通过运用多物质ALE流固耦合法和位移加载法成功实现了静压桩的连续贯入模拟,得到了整个沉桩过程中沉桩阻力及桩周土体应力、应变的变化规律。主要包括以下内容:(1)首先简单介绍了有限元软件LS-DYNA的发展以及建模分析流程,然后对在LS-DYNA中实现静压沉桩数值模拟需要注意的几项关键事项及解决方法进行了介绍,如土体大变形处理、土体本构模型和参数的选取、土体初始应力场的施加以及桩土之间耦合设置等。(2)针对静压实心桩挤土效应问题,首先从机理上对静压桩的沉桩特性以及沉桩阻力变化规律进行了阐述;然后利用有限元软件LS-DYNA对静压实心桩沉桩的全过程进行了数值模拟,并对模拟所得的土体内部应力、应变、土体表面位移以及沉桩阻力变化规律进行了详细分析,最后系统探讨了桩头锥角、桩土摩擦系数以及土层分层性状对实心桩沉桩挤土效应的影响。(3)针对空心管桩沉桩挤土效应问题,首先从机理上对静压开口管桩形成土塞效应进行了分析;然后利用有限元软件LS-DYNA对静压开口管桩沉桩的全过程进行了数值模拟,结果表明,LS-DYNA能够模拟出开口管桩从沉桩开始到形成土塞并最终呈现完全闭塞性态的整个过程,研究发现在沉桩相同深度处,桩内土体应力远大于桩外土体应力,这是导致土塞形成的主要原因。最后系统探讨了桩靴形状、管桩截面尺寸、桩土摩擦系数以及层状土分布对静压开口管桩土塞高度和沉桩阻力的影响。
参考文献：
[1]. 考虑软粘土结构性损伤的静压桩沉桩规律分析[D]. 姜珂. 浙江大学. 2003
[2]. 群桩沉桩挤土效应分析[D]. 孙世光. 天津城市建设学院. 2007
[3]. 基于结构性损伤概念的管桩挤土效应机理分析[D]. 张万春. 天津大学. 2011
[4]. 软粘土中沉桩挤土效应研究[D]. 曹秀娟. 浙江大学. 2005
[5]. 沉桩挤土圆孔扩张理论研究和数值模拟分析[D]. 姚孟洋. 华南理工大学. 2011
[6]. 静压开口混凝土管桩施工效应试验及理论研究[D]. 刘俊伟. 浙江大学. 2012
[7]. 软土中管桩挤土效应分析及影响研究[D]. 方万军. 浙江大学. 2006
[8]. 静压桩施工对邻近高速铁路路基及桥梁影响研究[D]. 吴春武. 北京交通大学. 2014
[9]. 静压桩沉桩挤土效应研究及实测分析[D]. 何耀辉. 浙江大学. 2005
[10]. 基于LS-DYNA对静压单桩沉桩过程的数值模拟[D]. 王志强. 辽宁工业大学. 2016