静压桩沉桩阻力现场试验与数值模拟分析

为研究层状土中静压桩沉桩阻力的变化规律,通过选取聊城两处静压桩工地进行现场沉桩试验,成功监测了沉桩阻力随贯入深度的变化规律,并结合ABAQUS数值模拟软件,考虑土体接触面类型和初始地应力的影响,建立了层状土中静压桩贯入实体模型,实现了静压桩贯入过程的模拟计算,明确了层状土中静压桩桩端阻力的变化规律.研究结果发现:桩端位...     

聚苯乙烯（EPS）颗粒混合轻量土的动强度参数研究

【目的】探讨水泥用量、聚苯乙烯(Expanded Polystyrene,EPS)颗粒用量和振动次数对EPS颗粒混合轻量土动强度参数的影响,分析EPS颗粒混合轻量土的动强度参数特性,为EPS颗粒混合轻量土的推广使用提供参考。【方法】通过室内动三轴试验,以黄土作为原料土,在EPS颗粒用量为1.4,3.1,5.4,8.6,13.1,20.1 g/kg,水泥用量为100,150,200 g/kg的条件下制备不同原料用量EPS颗粒混合轻量土,设定固结应力为50,100,150和200 kPa,固结应力比K_c=1.0,振动次数为10,20,30,40,50,60,70,80,90和100,通过莫尔应力圆计算土体的总应力参数,采用5.0%压应变作为破坏标准选取相应的动强度,并分析水泥用量、EPS颗粒用量及振动次数对EPS颗粒混合轻量土动强度参数的影响。【结果】当固结应力比K_c=1.0时,不同原料用量EPS颗粒混合轻量土的动强度包络线均不经过原点,且在剪应力轴存在一定的截距。当水泥用量一定时,随着EPS颗粒用量的增大,EPS颗粒混合轻量土的动黏聚力和动内摩擦角均有所减小,其中当振动次数为20,EPS颗粒含量由1.4 g/kg增大到20.1 g/kg时,动黏聚力减少43.39%,动内摩擦角减少并趋于0。当EPS颗粒用量一定时,随着水泥用量的增大,EPS颗粒混合轻量土的动黏聚力和动内摩擦角均呈增大趋势,其中当振动次数为20,水泥用量由100 g/kg增大到200 g/kg时,动黏聚力增大了54.07%,动内摩擦角增大了140.95%。【结论】水泥用量和EPS颗粒用量对EPS颗粒混合轻量土的动强度参数均有较大的影响,振动次数对动黏聚力影响较大而对动内摩擦角影响甚微,在分析土体稳定性时应充分考虑以上因素的影响。     

基于剪切位移法的基桩负摩阻力计算

在对现有2种常用基桩负摩阻力计算方法进行分析的基础上,探讨了影响桩土间实际负摩阻力的主要因素.进而根据有效应力原理,建立出能充分考虑桩土剪切位移对摩阻力发挥程度影响的基桩负摩阻力计算分段曲线模型,并由此推导出基于荷载传递法的负摩阻力计算基本微分方程,并给出了在不同桩土相对位移条件下基桩负摩阻力计算的分段解析式.在此基础上,引进土体在均布压力作用下沉降的弹性解,从而得到了桩身轴向力、中性点的位置及基桩负摩阻力计算的改进方法.理论与工程实例试验结果对比分析表明,采用该方法所得的桩身轴力随深度的变化曲线与实测曲线吻合良好.     

基于H-B强度理论的桩端岩层安全厚度确定

针对岩溶区桩端岩层安全厚度确定中存在的问题，引入能综合考虑岩体质量及三向应力的影响的Hoek-Brown岩体经验强度准则，确定了岩体抗拉强度计算公式，并采用Lambe变换，建立了较为实用的岩体剪切破坏强度公式.基于桩端岩体破坏模式，确定了桩端岩层安全厚度的计算方法.参数分析表明：RMR值对桩端岩层安全厚度有强烈影响，RMR值越高，安全厚度越小，反之越大.对于一般天然下自稳状态的溶洞顶板，安全厚度取3倍桩径较为合理.最后结合工程实例对本文计算方法进行了验证.     

基于尖点突变理论的摩擦桩竖向承载力分析

摩擦桩的竖向承载力主要由桩侧摩阻力来承担。将尖点突变理论引入摩擦桩竖向极限承载力的计算中,推导出了摩擦桩单桩竖向极限承载力的计算公式,用静载荷试验验证后,计算结果偏小,用于工程实践偏于安全。这可能是由于土体本身力学性质比较复杂、桩土共同作用机理难以描述,同时参数的选择也较难把握。     

深施肥条件下双圆盘播种开沟器性能优化

针对东北地区深施肥播种作业中播种开沟器回土性能差导致播种深度过深或烧种等问题,分析双圆盘播种开沟器回土性能。建立双圆盘开沟器与土壤运动模型,分析空间土壤颗粒位移影响因素。分析双圆盘开沟器作业后土壤回流状态,利用沟形轮廓仪绘制沟形轮廓曲线,采用分段曲线拟合方式结合数学积分法得出播种开沟器回土面积。以牵引阻力和回土面积为评价指标,土壤含水率、双圆盘开沟器直径、夹角、倾角为变量,在土槽中作正交试验。采用极差法分析试验结果,得到影响双圆盘开沟器牵引阻力和回土面积主次因素及双圆盘开沟器最优组合:在土壤含水率为12%±1%情况下,开沟器圆盘直径320 mm、圆盘夹角12°、圆盘倾角6°。选用最优参数组合双圆盘开沟器与传统双圆盘作土槽和田间对比试验,结果表明,最优参数组合双圆盘开沟器作业性能优良,可为双圆盘播种开沟器优化设计提供借鉴。     

基于EDEM的双翼式深松铲设计与仿真试验

设计了一种由铲柄、铲翼及铲尖组成的双翼式深松铲,建立了基于EDEM离散元仿真模型,分析确定了双翼式深松铲主要工作参数及结构参数并进行仿真试验.结果表明,在试验范围内,双翼式深松铲耕作阻力F随铲翼翻土角γ及起土角α增大而增小,随耕作速度v先减小后增大.当双翼式深松铲铲翼翻土角γ取30°、起土角α取30°、耕作速度v取0.75 m/s时,双翼式深松铲耕作阻力F最小.土槽试验结果表明,双翼式深松铲作业时,土壤沿铲翼后部自动向内及后方迁移,土壤原地翻转,不堆积在侧边地表且两侧扰动小.     

加筋土挡土墙工作机理改进原型试验研究

在前人研究的基础上,对加筋土挡土墙试验原型进行了改进.以不同超载下墙面板的土压力、墙面板的位移、拉筋的拉力等变化过程为依据,对加筋土挡土墙的工作机理进行了探索.测试结果分析表明:加筋土挡土墙通过发生一定的侧向位移使拉筋发挥作用;墙面板所受的土压力随着竖向土压力的变化而变化,呈现先增大再减小的过程;拉筋对土体的侧限作用发挥到一定程度后,墙面板的土压力将要开始随着拉筋内力的增大而减小;拉筋的内力越大,拉筋对土体的侧限作用发挥越充分,墙面板的位移增加越缓慢.     

大直径超长桩的承载性状

基于天津某LNG储罐桩基工程资料,采用FLCA3D对超长大直径桩的竖向承载性状进行了分析。结果表明:大直径超长桩的沉降曲线多为缓变型曲线,没有明显的陡降段。桩身轴力沿桩身由上而下逐渐衰减,其衰减速率的快慢反映了桩侧摩阻力的大小。桩身上部土层的摩阻力优先于下层土摩阻力的发挥,桩侧摩阻力优先于桩端阻力的发挥。桩顶沉降主要由桩身压缩产生。     

散体材料桩复合地基桩土应力比计算新方法

针对现有桩土应力比计算方法存在的局限性与不足,研究了基于桩土相互作用机理的散体材料桩复合地基应力应变关系,并在考虑桩、土体孔隙率随加载而不断变化的基础上,建立了面积置换率与桩、土体变形模量及泊松比的确定方法.引进分级加载和分层计算的思想,建立了散体材料桩复合地基桩土应力比计算新方法.该方法适用于不同布桩方式下桩土应力比的求解,且能够反映桩、土体变形模量和面积置换率随加载而不断变化的特点.工程实例计算与分析并与其他计算方法比较表明了该方法的合理性与可行性.     

双垄四行花生垄作播种机种沟开沟器设计与试验

针对我国南方丘陵地区土壤含水率较高导致花生播种机开沟器的开沟沟型不稳定、牵引阻力大的问题,设计了一种适用于南方土壤的花生播种机种沟开沟器,并结合南方土壤模型参数,采用离散元仿真和土槽试验相结合的方法优化开沟器作业参数。利用EDEM平台搭建土壤与开沟器模型,以开沟深度、双翼夹角和入土角为试验因素,以沟型系数和牵引阻力为评价指标,结合响应面法进行Box-Behnken试验,研究各因素及其交互作用对开沟器作业效果的影响规律,并确定最优参数组合为：开沟深度40 mm、双翼夹角98°、入土角144°。对比仿真试验和土槽试验结果,沟型系数和牵引阻力的误差分别为3.78%和6.68%,基于最优作业参数组合得到土槽试验中沟型系数为1.02、牵引阻力为46.3 N。该研究提高了开沟器的作业性能,为南方丘陵地区花生播种机种沟开沟器设计提供理论参考。     

碎石桩复合地基桩土作用的数值分析

为进一步研究桩体复合地基在成桩过程中柱土接触处的相互作用,利用数值分析方法模拟碎石桩复合地基施工实际情况,采用弹塑本构模型并考虑能够反应土体与桩体相互作用的接触单元,分析竖向均布荷载作用下桩体与土体间的位移和受力情况,其力学性能得到更加深入细致的研究和检验,结果表明:在竖直方向上,应力最大的点在桩顶附近,应力最小的点在中性点附近.     

碎石桩加固的软土路基承载特性分析

鉴于软土路基承载能力弱,难以达到工程标准,本文针对遂资高速公路的具体软土地质条件,采用FLAC3D数值模拟软件建立模型研究了碎石桩加固的软土路基承载特性,分析了碎石桩加固前后软土路基的位移沉降规律和路堤填筑过程中碎石桩的应力、位移和塑性区特征。结果表明:1)碎石桩加固可以有效降低软土路基的位移和沉降;2)碎石桩的竖向应力为周围土体的2～3倍,应力集中系数约为3.1;3)路基桩体最大沉降值和水平位移随填土高度的增大而减小,并呈现出线性变化关系;4)碎石桩加固后成为软土路基主要的承载体,可以有效提高软土路基承载能力,减轻其屈服破坏面积。     

桩端后压浆钻空灌注桩的承载力试验对比分析

钻孔灌注桩后压浆能有效地固结桩底沉渣和桩周泥皮,提高灌注桩桩端阻力和桩侧摩阻力,桩的承载性能得以改善,可以使钻孔灌注桩的承载力大幅提高,建筑物沉降明显减小。本文对该技术在青岛地区首次工程应用的静载对比试验结果进行分析,该技术能减少工程桩的数量,缩短工期,节约大笔资金,其具有显著的经济和社会效益,在该地区适合推广应用。     

单向纤维增强复合材料板Ⅰ型裂纹尖端应力场的有限元分析

应用ABAQUS有限元软件,对单向纤维增强复合材料板Ⅰ型裂纹进行分析,计算了当裂纹与材料纤维方向的夹角分别为0°、30°、60°、90°时裂纹尖端应力场,利用切向比正应力准则预测了裂纹的扩展方向,分析影响裂纹扩展的因素。结果表明:裂尖附近应力集中现象明显,应力随着裂尖距离增大迅速减小;裂尖处最大Mises应力和最大切向比正应力所在方位均为纤维方向,裂纹沿着纤维方向扩展;裂纹与纤维的夹角越小或缝高比越大裂纹越容易扩展。     

抗滑桩内力计算悬臂桩法的改进

对抗滑桩内力计算之悬臂桩法作了适当改进：建立了滑动面上下统一的坐标系;将桩在滑动面以上部分视为弹性定向铰支的悬臂梁,以使滑动面上下位移符合连续性的实际情况;桩在滑动面以下部分视为“Winkler”弹性地基梁,采用地基系数“m”法计算桩身内力,推导了有限差分计算公式;编制了全桩内力计算程序,可适用于滑坡推力和桩前滑体杭力分布的多种形式以及抗滑桩为刚性桩和弹性桩的情况,同时可得到理想的可视化计算结果．以算例进行了比较验证,并介绍了工程应用实例．与传统方法相比,有效地提高了抗滑桩内力分析效率和计算精度．     

土-桩-结构线性动力相互作用简化分析

建立了简谐剪切地震波激励下三维土桩结构线性耦合体系简化分析模型,桩和结构均被简化为一简单梁模型;对耦合体系桩承台对基岩运动的放大效应进行了求解,此放大效应反映了耦合体系的动力相互作用.通过算例讨论了结构高度、刚度和质量、土层厚度和刚度以及桩刚度对耦合体系放大效应和固有频率的影响,结果表明:耦合体系的固有频率随结构高度、质量或土厚度的增加而减小,随结构刚度或土刚度的增大而增大.结构高度、刚度和质量以及土层厚度、刚度对耦合体系放大效应的影响无简单规律可循,而桩刚度对其影响不大.在与自由场地表面对基岩运动放大效应的比较中可知,在某些桩基结构的动力分析和设计中耦合体系动力相互作用不应忽略.这为进行土桩结构动力相互作用详细数值分析和试验研究建立了初步认识.     

考虑薄层连接单元的桩-土-结构动力有限元分析

考虑土和结构物的动力相互作用时，两者之间的接触状态必然对基础和结构反应产生影响．通过假定桩土接触面薄层单元本构关系特征，人为地在两种不同材料交界面上引入一种位移间断面，并采用有限元方法将其位移及刚度反应到桩土子结构中．文中给出了桩-土-上部结构动力有限元平衡方程．计算分析表明，考虑薄层单元接触效应与假定桩土位移一致协调条件下所得的动力反应结果是有一定差异的     

深栽造林钻孔机研制—钻尖结构参数与切刀刃角对钻孔阻力矩的影响

1995年以来,通过对3种形式深栽造林钻孔机的研制和不断改进,一种钻孔效率较高、操纵简单、移动方便的牵引式设备得到了认可.在设备研制成功的基础上,对钻孔机钻头不同钻尖、不同切土刀刃角进行了实地试验研究和分析. 结果表明,钻尖的类型对钻孔阻力矩有一定的影响,但较小;切土刀刃角在30°,45°,60°的变化,对钻孔阻力矩几乎没有影响. 由此而推论,影响深孔钻的钻孔阻力矩的主要因素是升土阻力.     

碎土机刀片碎土过程仿真与分析

良好的苗土是实现水稻高产的必备条件,为了改善苗土碎土质量,提高碎土机碎土效率,降低碎土机能耗和刀片的磨损,提出一种新的碎土机刀具部件模型,并利用离散元软件EDEM对碎土机的碎土过程进行模拟,计算破碎过程中新旧刀片受到的阻力和能量的损耗。结果表明,新型刀片以25°的切削前角,5°的切削后角对土壤进行切削时,受到的法向力和总阻力都远小于传统刀片受到的力;破碎相同质量的土壤,其能量损耗远低于传统刀片的能量损耗;并且新型刀片对土壤施加垂直于前刀面的力,推动土块沿此方向运动,实际破碎过程中将土壤击飞并与筒壁碰撞破碎,提高了破碎率。研究结果可为碎土机、碎土筛土机的设计、计算、改进等提供指导。