应力反射波在注浆微型钢管桩中的波速研究∗

基于三维波动理论,考虑对长细比较大的注浆微型钢管桩(GMSP桩)满足一维弹性杆件条件,对应力反射波运动方程进行简化分析;利用材料对强冲荷载的动态响应研究成果,结合物质运动学LOVE方程及弹性力学ST.Venant原理,推导出低应变法反射波在GMSP桩注浆体与钢管共同组成的复合胶结体中的传播波速理论计算模型;设计及开展了三个不同地质条件场地的9条试桩低应变反射波试验;并对现场试验与理论模型计算波速进行对比与分析,得出以下结论:GMSP桩完整性可采用低应变动测检测;文中提出的理论模型计算波速与现场实测波速吻合度高,相对可靠性、准确性。建议在GMSP桩工程桩进行低应变应力反射波检测时,可结合提出的理论计算模型,先对其低应变波速进行计算,以此对桩长、缺陷位置以及完整性进行判定。     

不同桩芯微型桩抗弯承载力试验研究∗

为研究不同桩芯微型桩在隧道洞口不良地质边坡中的治理效果,拟对钢筋-混凝土、工字钢-混凝土、钢管-钢筋-混凝土、钢管-工字钢-混凝土微型桩开展抗弯极限承载力试验。研究表明,工字钢-混凝土微型桩相比钢筋-混凝土微型桩极限抗弯承载力不仅大幅度提升,其抵抗位移变形的能力也有所增加。钢筋-混凝土微型桩和工字钢-混凝土微型桩桩径由140 mm变化到203 mm,韧性分别提高25%、50%,抗弯承载力分别提高89%、91%。钢管微型桩的韧度、极限抗弯承载力都明显强于裸露混凝土桩,即使变形已非常显著,仍能继续受力。钢管-钢筋-混凝土微型桩、钢管-工字钢-混凝土微型桩桩径由140 mm变化到203 mm,抗弯承载力分别提高近256%、265%。     

大直径变截面钢管复合桩竖向承载性能研究∗

为了研究大直径变截面钢管复合桩竖向承载性能,选取鱼山大桥37#桩开展了自平衡试桩试验,并利用数值模拟软件ABAQUS对实际工况进行模拟,在验证了数值模型正确性的基础上对模型施加桩顶竖向荷载,分析了其桩身轴力与钢管应力传递规律,并通过改变变截面位置参数建立不同工况模型,分析了变截面位置对桩基竖向承载性能的影响。研究结果表明:自平衡试桩试验Q-s曲线没有突变较为平缓,经计算该桩单桩承载力为120 056kN,为单桩设计桩顶最大竖向荷载38 212 kN的3.14倍,桩基足够安全;数值模拟结果与实测较为吻合,数值模拟方法以及参数选取得当;变截面位置以上桩身轴力减小较缓,变截面处桩身轴力存在突变,变截面以下桩身轴力减小较快,桩端有端阻力存在,钢管处于弹性变形阶段并未屈服;变截面位置以上桩段越长桩基抵抗竖向变形能力越强,但生产实际中应考虑材料用量以达到最优。     

冬季工况下微型钢管桩热力响应特性数值分析

结合微型钢管桩热力响应特性现场试验,基于数值模拟方法,研究了冬季工况下流速、布桩形式等因素对微型钢管能量桩热力响应特性的影响规律。研究结果表明:换热效率增幅随流速的增加成非线性增长且最终趋于稳定,就本项目微型钢管桩而言,最佳流速为0.51~0.77 m/s;桩身轴向最大附加拉应力约为桩身混凝土抗拉强度设计值的53.8%,不会导致桩体破坏;桩身轴向最大附加拉应力与温度改变之间的关系约为σ-T=110ΔT。     

多灾耦合作用下钢管混凝土柱承载性能研究进展∗

钢管混凝土因其优良的力学性能被广泛应用于工程结构中,而实际工程中,钢管混凝土柱并非承受单一荷载,也可能同时遭受腐蚀、冻融、火灾、撞击和地震等多重灾害的耦合作用。为进一步了解多灾耦合作用下钢管混凝土柱受力性质的改变,分析耦合作用机理,避免相关作用对结构长期使用下性能的影响,围绕国内外钢管混凝土研究进展,对钢管混凝土柱在耦合作用下的承载性能进行总结和分析,为相关研究和实际工程应用提供参考。研究结果表明,钢管混凝土柱具有良好受压和抗冲击性能,但抵抗腐蚀、冻融循环和火灾的能力稍弱;在多灾耦合作用下,钢管混凝土柱的各项承载性能表现出不同程度的退化,包括承载力、刚度、延性等;在腐蚀(火灾)?地震耦合作用下,试件的抗震性能存在轻微下降,但滞回曲线较为饱满,整体抗震性能良好;在压?弯?剪(扭)复合荷载作用下, 轴压比和剪跨比对钢管混凝土柱的破坏形态和承载性能影响较为显著。虽然有关钢管混凝土的研究取得了丰硕的研究成果,但在足尺试件性能、标准试验方法和精细化分析模型等方面的研究还有待加强。     

高喷插芯组合群桩竖向承载特性的数值分析

高喷插芯组合桩(简称JPP)是一种新型的复合材料桩,具有承载力高、造价低等优点。利用岩土工程专业软件FLAC3D对JPP群桩竖向承载特性进行了数值模拟分析,讨论了桩数、桩间距、桩长、不同组合形式、不同水泥土弹性模量等对竖向承载特性的影响。结果表明:承载力随着桩数的增加而减小,但16根群桩与25根群桩的承载力相差不多,16根群桩承载力可以代表16根以上群桩的承载力;桩间距越大,承载力越小,桩间距宜采用3倍的JPP组合桩径或4倍的芯桩桩径;承载力随着桩长的增加而增加;分段组合形式承载力效果较好,实际工程施工中宜采用之;水泥土弹性模量对竖向位移没有影响,但水泥土弹性模量越大,芯桩轴力越小。     

钢管石轻混凝土短柱轴压力学性能试验研究

为研究钢管石轻混凝土短柱的轴压力学性能,以天然碎石体积取代率为变化参数,分别设计并制作了5个圆、方钢管石轻混凝土短柱试件,对其进行了轴压静力加载试验,观察了试件受力的全过程和破坏形态,获取了试件的荷载—位移全过程曲线,分析了碎石取代率对试件受力性能的影响规律。结果表明:在轴心受压荷载作用下,钢管石轻混凝土短柱发生了强度破坏;钢管石轻混凝土轴压短柱的实测荷载—位移全曲线变化趋势基本相同,其工作过程可分为弹性阶段、弹塑性阶段和塑性阶段三部分;随着天然碎石取代率的增加,钢管石轻混凝土轴压短柱的极限承载力、峰值位移总体上均逐渐增加。     

DX嵌岩桩承载特性模型试验研究

新型DX嵌岩桩通过在强风化岩层设置承力盘、将桩端置于中风化岩表层,充分挖掘了强风化岩层的端承潜力,桩端阻力亦能较早发挥。与直孔嵌岩桩相比,具有高承载力低沉降、造价节约、工期缩短等优势,在广东、广西等地得到广泛应用,经济效益显著。然而现场静载试验难以达到其承载极限,目前对于DX嵌岩桩承载机理认识尚未充分。为研究极限荷载下DX嵌岩桩承载特性,依托于防城港钢铁原料厂项目,通过3组18根桩的DX嵌岩桩与直孔嵌岩桩模型试验,对其荷载传递特性及承载机理进行了研究。结果表明:①DX嵌岩桩Q—s曲线呈缓变型;②同等条件下,DX嵌岩桩极限承载力较直孔嵌岩桩提高118%~131%;当直孔桩嵌岩深度增加时,DX嵌岩桩承载力仍较其提高56%~64%;③单个承力盘在加载初期承担桩顶荷载百分比达30%~33%,同时桩端承担荷载百分比达14%~16%;随荷载增加,承力盘底部岩体发生局部破坏,盘阻力增长速率逐渐减小,端阻力则加速增长;极限荷载下,盘阻力占总承载力百分比下降至20%~22%,端阻力占总承载力百分比增长至36%~38%,与现场试验结果较为一致。     

大直径群桩基础承载特性现场试验及数值模拟

大直径群桩基础具有承载力高的特点,在软土区大型工程基础中具有广阔的应用前景。基于某桥梁群桩基础工程的单桩现场竖向静载试验数据,运用ABAQUS试算拟合土体参数,运用所得土体参数对基桩水平荷载作用下的承载特性进行计算和分析,并对承台-群桩基础在竖向和水平荷载下的承载特性进行了研究。研究表明：当最大竖向荷载作用于承台-群桩基础时,承台最大位移为84.83 mm,按照位移控制原则计算得到群桩效应上限值为83%,下限值约为62.8%;竖向荷载作用下群桩中各桩的沉降值存在差异,中心桩最大,其次是边桩,角桩沉降最小,且随着荷载的逐渐增大,角桩与边桩和中心桩位移差量呈现出先增大后减小的变化趋势;最大水平荷载作用于承台-群桩基础时,基础水平位移水平影响范围约为1.5倍承台边长,最大影响深度约为1.5倍承台边长。桩间土体在地表以下0.5倍承台边长范围内呈现出拉-剪应力状态。对群桩在水平和竖向荷载作用下承载特性的分析及其相关结论,可为相关工程设计借鉴。     

轴向中空壁管抗冲击性能试验研究与数值分析∗

轴向中空壁管作为一种新型结构壁管,几何构型简单、空间利用率高、且能量耗散性好,近年来在市政工程中得到广泛应用。为研究轴向中空壁管在低速冲击作用下的力学响应和耗能特性,设计了 20 个试验工况,以落锤冲击试验模拟施工过程中受到的落石冲击和机械撞击作用,基于量纲分析法提出冲击力峰值的计算方法,通过有限元软件 ABAQUS 对试验结果进行验证,并根据有限元计算结果分析管道在低速冲击作用下的变形特性和损伤机理。研究表明：数值分析结果与试验结果吻合较好,冲击力时程曲线趋势基本一致,冲击力峰值误差在 5% 以内。 轴向中空壁管具有良好的抗冲击性能,其双壁中空结构具有较好的能量耗散性,落锤与管道接触瞬间会产生较大的冲击力,12.9 kg 的落锤从 2 m 处自由下落冲击管道可产生 15.28 kN 的冲击力。对比 20 个试验工况的冲击力峰值试验值与计算值,误差均较小,最大误差为 5.8%,即冲击力峰值计算方法准确性较高。随着落锤高度和质量的增加,冲击力峰值增大,损伤区域和凹痕深度也随之增大,最大塑性应变由外壁内侧转移到外壁与加劲肋的连接处, 呈现出外壁损伤和加劲肋损伤两种损伤模式。提出的冲击力峰值计算方法和管道塑性损伤规律可以为施工过程中轴向中空壁管在落石冲击和机械撞击作用下的安全评价提供理论依据。     

考虑轴力分布的全长粘结锚杆受力分析

为了更合理地模拟锚杆的实际工作状态,对全长粘结锚杆的工作状态进行了一定的假设,结合荷载传递分析方法和弹性力学Kelvin问题的解,推导出了剪应力沿锚杆长度分布的计算公式,由此可清楚地看出影响锚杆剪应力分布的各因素。结合算例讨论不同计算模型推导的锚杆剪应力分布特点。结果表明,推导出的剪应力计算公式符合大部分学者提出的锚杆工作规律,同时,与仅考虑轴力为恒定值所推导的计算公式对比,考虑了轴力分布作用后计算的剪应力最大值和分布范围都比较小,该计算公式可供锚杆的优化设计及进一步的研究参考。     

浆固碎石桩单桩轴向荷载传递分析

浆固碎石桩是一种新型的桩基技术,已成功应用于铁路、高速公路等工程中。但由于浆固区的存在,浆固碎石桩荷载传递机理的复杂性制约了其发展和工程应用。荷载传递分析法是桩荷载传递机理分析的重要方法之一。本文采用线性弹塑性和双折线传递函数,分别模拟桩侧土体的非线性和桩端土的硬化特性,同时考虑浆固区存在对桩荷载传递的影响,推导出一种浆固碎石桩单桩荷载传递分析方法。最后,通过对工程实例进行计算,验证了本文计算方法的实用性。结果表明,浆固碎石桩除具有一般刚性桩的桩体置换作用外,浆固区的存在对提高浆固碎石桩承载力、减小沉降量也有着重要作用。     

浆固碎石桩荷载传递特性试验与数值分析

通过室内模型试验,对浆固碎石桩这一新型桩基技术的承载性状、荷载传递特性进行了探讨。试验结果显示,浆固碎石桩极限承载力明显大于桩底注浆桩和素混凝土桩的极限承载力,说明浆固碎石桩中水泥砂浆胶结桩侧泥皮和桩底沉渣改善了桩侧摩阻和端阻能力。通过对模型桩P—S关系、桩端阻力Q_p—P关系的分析,初步了解了浆固碎石桩在竖向荷载作用下的承载性状,同时给出了浆固碎石桩的端阻力及侧摩阻力的提高系数。在此基础上,利用Flac~(3D)三维有限差分软件对模型试验进行计算分析,进一步研究浆固碎石柱的承载性状,揭示了模型桩受荷后的荷载传递规律。     

孔隙液体相态对饱和砂土力学特性影响试验∗

天然气水合物开采过程中,水合物分解会引起沉积物孔隙液体相态变化,降低海床的安全稳定性。基于低温、高压三轴试验仪,以粉细砂土为骨架,制备含冰/不含冰甲烷水合物沉积物试样以及饱和砂土试样,开展三轴压缩试验,分析饱和砂土中孔隙液体处于不同相态条件下试样的应力?应变和强度特性,比较在剪切过程中孔隙水压力以及切线模量等参数变化。试验结果表明：含冰/不含冰甲烷水合物沉积物以及饱和砂土的强度比值约为 2.6∶ 1.7∶1,且均表现为应变硬化;含冰水合物沉积物的结构性较其余两者相对更强,即初始切线模量值相对更高;但是在遭受剪切后结构均破坏,切线模量迅速降低。     

控轧控冷型Q550高强钢高温后的力学性能试验研究∗

通过升温、降温及冷却后的常温静力拉伸试验,对控轧控冷型(TMCP)Q550高强钢高温后的力学性能展开试验研究,得到了经历200～900℃之间9个不同的过火温度及自然冷却与浸水冷却两种冷却方式后,钢材的表观特征、应力-应变关系与基本力学性能参数,包括弹性模量、屈服强度、抗拉强度及断后伸长率。结果表明,过火温度及冷却方式对TMCP型Q550钢材弹性模量的影响较小;过火温度超过600℃时,钢材高温后的屈服强度和抗拉强度开始折减;过火温度达到700℃后,钢材的应力-应变曲线皆无屈服平台,不同冷却方式的结果开始呈现差异:随过火温度升高,自然冷却后钢材的强度减小而断后伸长率增大,浸水冷却则相反,且二者差异愈加明显。将试验结果与文献结果对比,发现当过火温度超过700℃时,TMCP型Q550高强钢高温后的力学性能与调质型(QT)Q550高强钢存在差异,在经历较高的过火温度后,TMCP钢在自然冷却下的强度折减比QT钢严重,浸水冷却下的强度增长程度低于QT钢。     

冰试样动态冲击破坏力学特性实验研究∗

为了进一步探究冰材质动态冲击破坏力学特性,通过分离式 Hopkinson压杆（SHPB）试验装置,采用快速加载、 杆端降温与波形整形技术,保证冰材质的稳定性并实现了加载过程中的动态应力平衡,分析了应变率、温度、长径比、 冻藏时间对冰力学特性与破坏模式的影响。结果表明：在 100 s^-1 ~500 s^-1 的应变率范围内,冰的动态单轴抗压强度与应变率呈现明显的正相关性;小长径比冰温度越低,抗压强度越大,且这种特性会受到应变率的影响;大长径比冰抗压强度随温度的下降而下降,这与体积大导致冰试样受冷不均,内部预应力增大有关;稳定无预应力冰,短冻藏时间会使其强度下降;温度、长径比对冰弹性模量影响明显,小长径比冰弹性模量随温度下降而增大,大长径比冰弹性模量随温度下降而减小;应变率是影响冰材质破坏模式的主要因素,随着应变率的上升,冰材质达到破坏时的轴向裂纹明显增加,形成的破碎产物尺寸明显变小。     

基于一种重塑性制样方法的节理黄土力学特性试验研究∗

黄土节理是控制黄土地基、边坡和地下工程破坏与稳定性的重要因素,探讨节理性黄土的破坏特性对于了解边坡后缘拉裂演化过程、滑动面的生成具有重要意义。针对原状节理性黄土室内试验试样制备困难的问题,考虑节理面低强度、弱胶结的特点,以一种接触面模拟材料为载体,结合重塑制样的方法,提出一种节理性黄土室内三轴试样的制样方法,通过重塑试样与原状试样的节理面抗拉强度对比分析,验证该方法的合理性和有效性。在此基础上,开展节理性黄土的无侧限抗压强度试验和三轴压缩试验,讨论节理性黄土试样的强度与破坏规律。研究结果表明:节理的存在对试样强度和破坏的影响与节理倾角和围压大小有关,表现为低围压和45°倾角时的低强度效应;"沿节理面滑动破坏"与"破裂面与节理面呈X型共轭剪切破坏"是无侧限和三轴条件下的含单条贯通型节理性试样的两种典型破坏模式;非贯通型节理性试样的抗压破坏主要为"破裂面与节理面贯通型破坏"与"破裂面与节理面非贯通型破坏"两种类型。     

硫酸盐侵蚀作用下纳米混凝土力学特性及微观结构劣化机制研究∗

硫酸盐侵蚀一直是影响混凝土耐久性的重要因素之一,特别是在西北寒旱及沿海盐渍土区。基于试验研究了硫酸盐侵蚀作用下,掺纳米 SiO₂和纳米 CuO 混凝土的抗压强度、轴向应力‐应变以及微观特性,并分析了硫酸盐侵蚀环境下纳米材料的改性效果。试验结果表明：随着纳米 CuO 掺量的提高,混凝土的抗压强度、剩余强度系数逐渐降低;当纳米 SiO₂掺量增加时,混凝土的抗压强度、剩余强度系数先降低后升高。相比于未掺加纳米材料混凝土,掺入纳米材料能显著提高混凝土的延性。同时,对于提高混凝土的抗压强度纳米材料具有最佳掺入量,纳米 SiO₂和纳米 CuO 的最佳掺量分别为 3% 和 1%（质量分数）。此外,纳米材料具有桥接和填充效应,能抑制混凝土裂缝的发展、细化孔隙结构、提高密实度,进而提高混凝土的力学性能。     

浆固碎石桩成桩注浆渗透影响分析

浆固碎石桩作为一种新型软土地基处理技术,其主要通过注浆改善桩体的加固效果,同时通过浆体渗透来改善桩周土体的物理力学性质,从而减小浆固碎石桩复合地基沉降。针对浆体对桩周土体的渗透作用,按照平面轴对称问题,推导出注浆渗透影响范围的计算方法和浆固区压缩模量计算公式,并通过室内模型试验研究,验证了浆固区压缩模量计算公式的正确性。随后,利用数值计算分析,对浆固区影响范围进行量化分析,并通过数值拟合得到了考虑注浆渗透影响的桩体等效半径计算公式。所得结果对工程设计具有重要的指导意义。