能量桩桩土界面侧摩阻力的研究

能量桩桩土界面侧摩阻力的研究

摘要：土壤源热泵由于可再生，而且环保，因此其技术被广泛应用。但土壤源

热泵打井费用昂贵制约着技术的推广。能量桩将土壤源热泵技术与建筑桩基结合，既能供热制冷，又能承受建筑上部荷载。本文通过能量桩在土体温度、长径比、

以及土体导热系数的变化，研究桩土界面平均侧摩阻力与桩顶位移关系。为今后

能量桩的设计以及施工提供参考。

关键词：能量桩；平均摩阻力；温度；长径比；导热系数

1 引言

近年来，随着人口和经济的快速发展，全球各国面临的共同问题：能源，资源，环境。为了缓解压力，人类积极应对并采取相应措施。

土壤源热泵技术由于具有节能环保的技术优势被广泛应用，但其打井费用高

制约着广使用。能量桩技术将土壤源热泵系统中的地热井与建筑物桩基结合为该

技术的推一体，可实现建筑物夏储冬用，是节约化石能源、减少温室气体排放、

高效开发与利用地下热能的一种新方法[1]。

本文利用FLAC3D研究能量桩接触界面的侧摩阻力[2-5]与位移的关系。所谓

能量桩，就是将土壤源热泵技术与建筑桩基有效的结合，能量桩不仅可以承受上

部结构荷载，

最重要的一点，夏天将能量储存于地下土层中，冬天将这些热能通过热泵技

术供于室内，即夏储冬用。在储能的过程中，土体的温度发生变化，可以观察位

移与平均侧摩阻力的关系。平均侧阻力为两相邻的轴力差值除以侧表面积，对于

单桩的话，取轴力值除以桩长侧表面积[6，7]。位移规定向上为正，向下为负；

侧阻力规定向上为正，向下为负。

在桩土共同工作期间，进行力学场与温度场耦合，土体温度取16℃、18℃、20℃。土体导热系数[8]取1.5、1.7、1.9。桩长径比变化为20、25、30。在众多

因素影响下，分析侧摩阻力的变化，发现长径比以及导热系数对能量桩接触面平

均侧摩阻力的影响比较大。

桩侧与土的接触面为interface 1，桩底与土的接触面为interface 2。位移监测

点取桩顶中心点，平均侧摩阻力取全桩侧表面积计算。

2 不同情况下桩土接触面的变化

由于节能减排已成为当今全社会发展的新主题，为了缓解巨大压力，人类开

始采取各种应对措施，能量桩的开发应用就是其中之一。为了研究长径比

（L/D=20，25，30）、土体导热系数(λ=1.5，1.7，1.9)以及土体温度(t=16℃，18℃，20℃)的变化对桩土界面摩阻力的影响，本模拟究了在不同长径比、不同导热系数、不同土体温度变化的情况。

温度场的计算过程中，当长径比为20时，随着桩顶位移的增加，产生最大

位移为4.64mm，导致桩侧出现了负摩阻力；当长径比为25时，桩向下最大位移

为9.73mm，桩侧也出现了正摩阻力；当长径比为30时，随着桩顶位移的增加，

最大位移为3.28mm，随之桩土界面出现了负摩阻力。随着长径比的增加，桩侧

摩阻力整体呈增大的趋势，当长径比为20时，桩侧摩阻力的范围在170Pa至

200Pa之间；当长径比为25时，桩侧摩阻力范围在270Pa至300Pa之间；当长径比为30时，桩侧摩阻力范围在515Pa至535Pa之间。当长径比为20，导热系数

为1.5（1.7或1.9），温度为16℃、18℃、20℃时，在桩顶位移相同的情况下，

桩侧摩阻力随着温度的升高而减小，长径比为25，30时，桩侧摩阻力的变化规

律也是如此。当长径比为20时，温度为16度（18度或20度），土体导热系数

为1.5、1.7、1.9时，在桩顶位移相同的情况下，桩侧摩阻力随着导热系数的增加

而降低，当长径比为25和30的时候，桩侧摩阻力的变化规律基本与此类似。

3 结论

根据对能量桩在上述各方面的分析对比，可得到：

（1）温度、导热系数不变的情况下，桩侧摩阻力随着长径比的增加而增加。当l/d=20增加至l/d=25时，平均侧阻力增加52.73%；当l/d=25增加至l/d=30时，平均侧阻力增加80.62%。

（2）长径比、温度不变的情况下，桩侧摩阻力随着土体导热系数的增大而

减小。当λ=1.5增加至λ=1.7时，平均侧阻力减小3.85%；当λ=1.7增加至λ=1.9时，平均侧阻力减小2.69%。

（3）长径比、导热系数不变的情况下，平均侧摩阻力随着温度的增大而减小。

参考文献

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桩土相互作用

桩土相互作用研究综述 1 桩土相互作用的研究现状 桩土相互作用问题属于固体力学中不同介质的接触问题,表现为材料非线性(混凝土、土为非线性材料)、接触非线性(桩土接触面在复杂受荷条件下有黏结、滑移、张开、闭合4形态)等,是典型的非线性问题。 为了能够全面地评价桩土的相互作用问题,通常需要确定桩、土体各自的应力和应变以及接触区域处位移和应力分布的数据,对影响桩土相互作用的各因素进行全面研究。研究桩土相互作用问题需要考虑的因素有:(a)土的变形特征;(b)桩的变形特征;(c)桩的埋置深度;(d)时间效应(土的固结和蠕变);(e)外部荷载的形式(静载或动载);(f)施工顺序(即开挖、排水以及基础和上部结构施工各个阶段的影响)。 目前桩土相互作用的研究方法主要有理论分析法和试验方法。 1.1理论分析方法 理论分析方法分为经典理论分析方法和数值分析方法。 1.1.1经典理论分析法 (1)弹性理论法。以Poulos方法为代表。假定桩和土为弹性材料,土的杨氏模量ES或为常数或随深度按某一规律变化。由轴向荷载下桩身的压缩求得桩的位移,由荷载作用于半无限空间内某一点所产生的Mindlin位移解求得桩周土体的位移。假定桩土界面不发生滑移,即可求得桩身摩阻力和桩端力的分布,进而求得桩的位移分布。如果假定Mindlin位移解在群桩的情况下仍旧适用,则弹性理论法可以被推广至群桩的相互作用分析中。 (2)剪切位移法。以Cooke等为代表。根据线性问题的叠加原理,可将剪切位移法推广到群桩的桩土相互作用分析中。Nogami等基于上述思想再把每根桩分成若干段并考虑地基土分层特性,得到比Mindlin公式积分大为简化的数值计算方程组。剪切位移法的优点是在竖向引入一个变化矩阵,可方便考虑层状地基的性况,均质土不需对桩身模型进行离散,分析群桩时不依赖于许多共同作用系数,便于计算。 (3)荷载传递法。荷载传递法本质为地基反力法。根据求取传递函数手段的不同,可将传递函数法分为Seed等提出的位移协调法和佐腾悟等提出的解析法。荷载传递法可较好地模拟单桩性状。由于没有考虑土体的连续性,荷载传递法一般不能直接用于群桩,除非经分层积分位移迭代或与有限元耦合。 1.1.2数值分析方法

桩-土-桩相互作用有限元接触分析

桩-土-桩相互作用有限元接触分析 摘要：桩土体作为一个共同工作的系统，广泛存在于土木工程实践中，是典型 的接触问题之一，对桩-土-桩相互作用的研究也是工程十分关心的，其中桩身摩 阻力的分布更是关键所在。本文基于有限元数值分析方法软件对此进行了深入研究。 关键词：有限单元法；接触非线性；桩土相互作用；桩侧摩阻力 中图分类号：TU43 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2010）11-0108-02 0 引言 桩土相互作用问题的实质是固体力学中不同介质的接触问题，具体表现为材 料非线性、接触非线性等。目前，有限单元法是解决复杂空间结构静、动力问题、弹塑性问题最有效的数值方法之一。本文对桩土相互作用中接触问题进行分析时 主要采用接触非线性有限元法，利用ABAQUS有限元软件进行研究。 1 ABAQUS软件概述 ABAQUS是功能强大的有限元法软件[1,2]，提供了广泛的功能且使用起来十分简明。对于非线性分析，ABAQUS能自动选择合适的荷载增量和收敛精度，且拥 有十分丰富的、可模拟任意实际形状的单元库。 2 ABAQUS桩土接触分析中需解决的问题 2.1 单元类型的选择在接触模拟中采用二阶单元会引起接触面上等效节点力 的计算出现混淆，因此接触面两侧的单元一般不宜采用二阶单元，只能采用线性 单元。 2.2 主从接触面的建立可以通过定义接触面（surface）来模拟接触问题，本 文所涉及的桩土体之间的接触面主要有两类：①桩侧单元构成的柔性接触面（桩侧土体表面）或刚性接触面（桩表面）；②桩底土体一般采用节点构成的接触面，选取桩底土体节点时，不包含己定义在柔性接触面上的节点。 在模拟过程中，接触方向总是主面的法线方向，从面上的节点不会穿越主面，但主面上的节点可以穿越从面。一般遵循以下原则：①应选择刚度较大的面作为主面，对于刚度相似的两个面，应选择网格较粗的面作为主面；②主面不能是由节点构成的面，并且必须是连续的；③如果接触面在发生接触的部位有很大的凹角或尖角，应该将其分别定义为两个面；④如果两个接触面之间的相对滑动小于接触面单元尺寸的20%，选用小滑动，否则选用有限滑动。有限滑动应打开几何 非线性开关。 2.3 接触属性的定义接触表面间的相互作用包括两部分：一是垂直于接触面，另一是沿接触面的切向。①接触面法向性质。当两个面之间的间隙变为零，接触约束就起了作用，当接触压力变为零或负值时，接触面分离，约束就被撤出。这 个行为称为“硬”接触。②接触面切向性质。接触面接触时，接触面间要传递切向力，需要考虑阻止面之间相对滑动趋势的摩擦力。库仑摩擦[3]是常用的描述接触 面的相互作用的摩擦模型，用摩擦系数来表示接触面之间的摩擦特性。 3 桩土作用分析中的几个关键问题 3.1 初始地应力场的计算在大多数岩土工程问题中，土体的初始应力场即为 自重应力场，水平应力与竖向应力为[3]： σz=γz（2） σx=σy=k0σ0（3）

抗拔桩和抗压桩的机理分析及承载力计算

抗拔桩和抗压桩的机理分析及 承载力计算

文章编号:100926825(2020 092020 8202 抗拔桩和抗压桩的机理分析及承载力计算 收稿日期:2020 211223 简介:张正雨(19822,男,硕士,国家一级注册结构工程师,浙江大学建筑设计研究院,浙江杭州310027 尹晔(19822,男,工程师,杭州市高速公路管理局,浙江杭州310016 张正雨尹晔 摘要:通过分析抗拔桩与抗压桩桩周土在桩身部位及桩端部位应力路径的不同,阐述了抗拔桩和抗压桩不同的荷载传 递机理,在计算黏土地基中钻孔灌注桩的抗拔承载力时,针对抗压桩和抗拔桩侧阻在桩身部位和桩端部位土体应力的不同,引入了两个侧阻折减系数,并通过实例验证了公式的可行性。关键词:抗拔桩,抗压桩,侧阻,增强效应,应力路径中图分类 号:TU473.1文献标识码:A 现今,随着高层建筑和基础工程的大量涌现,桩基的使用越 来越多。对于抗压桩的荷载传递机理及承载力的计算,前人已做了大量的研究[1]。大量的文献证明[2,3],抗拔桩和抗压桩的荷载作用机理是有所不同的,它们的桩侧摩阻力也是有所差异的。深入研究抗拔桩的受力性状,剖析它与抗压桩之间存在的差异,能更好的指导抗拔桩的施工和设计,这是本文研究的意义所在。 1土的应力路径与桩的荷载传递机理1.1桩身部分土层的应力路径 无论是抗拔桩还是抗压桩,土体单元在受到剪切后,水平有效应力都不再是主应力,主应力的方向发生了旋转。剪应力越大,旋转角就越大。Roscoe (年[4]提出,在排水剪中:

τ σ′v =K ・tg φ(1其中,τ为施加的剪应力;σ′v 为竖向有效应力;K 为材料的 常数;φ为σv ′ 和大主应力之间的夹角。水平有效应力σ′r 的变化取决于土的应力应变性能,室内三轴试验证明[5]:一定密度的砂土,围压越小,剪胀越明显。当围压渐增到一定值时,砂土则表现为常体积,当围压增大时,则表现为剪缩。对于一定密度的正常固结黏土,三轴剪切试验中都表现为剪缩,且围压越大,剪缩越明显。不过,无论是抗压桩还是抗拔桩,如果土体剪缩,水平有效应力将减小,反之,则水平有效应力将增大。 Lehane 等(1993年[6]进行了松~中密石英砂中的桩静载试验,并测量了有效应力。并指出,荷载引起了土中径向有效应力的变化及桩土接触面处剪胀现象的产生。同时试验表明,在桩破坏时,抗压桩试验中的σ′v 大于抗拔桩试验的σ′v ,使抗拔桩侧阻小于抗压桩侧阻。 总结前人的研究,笔者认为造成抗拔桩侧阻不同于抗压桩侧阻的机理是:1荷载方向的不同,导致桩周土应力场有所不同。抗压桩桩周土应力场中平均应力不断提高,抗拔桩应力场中平均应力不断降低。2桩身材料泊松效应的影响,抗压桩桩身半径扩大,而抗拔桩桩身半径收缩,导致了桩周土中径向有效应力发生变化。3剪切应力的出现,使主应力方向发生了旋转。主应力方向转动的角度和荷载方向及残余应力场有关。 1.2桩端处土层的影响 图1,图2分别为抗压桩与抗拔桩受荷时桩侧平均摩阻力沿 桩身的分布图

抗拔桩

抗拔桩的研究与应用概述 摘要 近年来，随着高层建筑的不断涌现，基础的埋置越来越深，地下结构抗浮问题日益突出，在我国沿海地区曾出现过多起因地下室浮力而导致地下室破坏的事故。地下结构抗浮措施主要有：增加自重法、降排截水法、抗拔桩和抗浮锚杆以及新型的抗浮技术措施挤扩支盘桩等。不同的抗浮技术措施都各有其适用性，而合理的选择抗浮技术措施也越加重要。本文阐述了抗拔桩的研究背景和现状，以及几种常见的抗拔桩的破坏形态，最后根据抗拔桩的受力机理总结了抗拔桩的设计原理和施工工艺。 关键字：抗拔桩；破坏形态；成桩工艺；承载力 第1章绪论 1.1研究背景 我国人口基数庞大，随着城市化建设的大规模发展，人居矛盾日益突出。因此，合理开发、提高土地利用率成为了房建者愈加关注的热点，也必然要求土木研究人员不断完善理论体系，针对现实存在的问题做出相应的解决方案。21世纪以来，随着我国经济建设的快速发展，地下空间的利用成为了新的发展方向，也越来越多地受到人们的重视。但在我国沿海地区，地下水位普遍较高，在高水位土层中的地下建筑物、构筑物往往会承受较大的水浮力，这就给地下建筑物、构筑物的施工带来一定的难度。为减小水浮力对地下建筑的影响，通常需采取一定的措施。目前，地下工程的抗拔措施一般有锚板基础法、增加自重法和设置抗拔桩基础等。而采用抗拔桩基础已成为地下建筑物、构筑物抵抗地下水浮力的最主要措施之一。抗拔桩基础在沿海软土地区的应用非常广泛，地下广场、地下变电站、地下商场以及地铁等地下工程中很多都采用抗拔桩基础,高耸的塔式建筑物，如高压输电塔、电视塔以及通讯塔等一般都设置抗拔桩基础,承受水平荷载的建筑物、构筑物，如高桩码头因船舶停靠和系泊也需设置抗拔桩来承受水平力，抗拔桩广泛应用于大型地下室抗浮、高耸建筑物抗拔、海上码头平台抗拔、悬索

后压浆钻孔灌注桩与普通钻孔灌注桩对比研究

后压浆钻孔灌注桩与普通钻孔灌注桩对比研究 摘要：本文通过对普通钻孔灌注桩和后压浆钻孔灌注桩单桩承载力进行对比，钻孔灌注桩采用后压浆技术，提高了单桩的承载力，减少桩基沉降，使沉降较均匀。后压浆钻孔灌注桩的单桩承载力提高幅度多数在25%—60%之间，具有较好的经济效益，桩基础节约工程造价为31.91%。 关键词：钻孔灌注桩；后压浆技术；提高承载力 前言 灌注桩是我国建筑和桥梁基础的主导桩型，20世纪90年代以来，随着灌注桩缩劲补强、断桩面抽淤注浆技术的进一步发展，灌注桩后压浆技术在我国应运而生。 随着西部大开发步伐的前进，城市高层建筑的不断发展，灌注桩施工经过多年的应用，以其单桩承载力大，对各种地质适应性强，无挤土效应，无振害等优点，在工程中的应用越来越广泛，对承载力的要求也越来越高。 以往西北地区，建造高层建筑选用钻孔灌注桩基础时，一般的方法是加大加深桩身，将桩穿越埋藏较浅的砂层，将桩端放在较深的砂层中，桩的长度就达30米—40米之多，这样不仅增大了投资，而且施工难度也增加了，延长了施工工期，同时灌注桩在施工过程中不可避免产生孔底沉渣和孔壁泥皮的缺陷而承载力提高的效率却不大。 而发展起来的后压浆技术对提高灌注桩承载力，降低工程造价，防止质量事故等，起到了有效作用。后压浆技术适用于泥浆护壁钻、挖、冲孔灌注桩及干作业钻、挖孔灌注桩等桩基工程。 1后压浆钻孔灌注桩加固原理分析研究 后压浆钻孔灌注桩技术是指成桩期间在桩底和桩侧预埋注浆管路和注浆装置，待桩身混凝土强度达到50%-80%（即成桩后3—21天），通过注浆管路，利用高压注浆泵注以水泥浆液，对孔底沉渣和桩侧泥皮及桩底进行固化的一种科学先进的技术方法。压浆分为桩端压浆和桩侧压浆两种。 图1 后压浆钻孔灌注桩作用机理详图 后压浆技术提高基桩承载力的机理如下：沉渣和松动土体被重新胶结，裂隙被充填，从而有效地提高桩底的刚度和强度。因浆液的扩散渗透，在桩端附近形成一定范围的胶结囊体，增大持力层的受力面积，桩周(身)压浆会使桩土间界面的几何和力学条件得以改善，桩端压浆将使桩底沉渣、施工桩孔时桩端受到扰

浅谈桩基负摩阻力

浅谈桩基负摩阻力 摘要：桩基工程中桩侧负摩阻力所产生的下拽力可能引起桩体破坏、桩基不均匀沉降等诸多工程灾害，严重影响着建筑物的安全，而桩的负摩阻力的大小受多种因素的影响，目前其准确数值很难计算。本文简要介绍和阐述了桩侧负摩阻力产生的条件和机理，目前桩侧负摩阻力的计算方法，中性点的确定，防治和减少桩侧负摩阻力的方法。 关键词：负摩阻力中性点成因影响因素防治措施 引言：在地基处理工程中,因负摩阻力问题,造成工程事故屡有发生(建筑物出现沉降、倾斜、开裂)，负摩阻力问题在我国工程实践中已成为一个很普遍的问题。下面对负摩阻力的问题进行分析、阐述。 1负摩阻力的成因 桩基工程中, 当桩体与桩周土产生相对位移时,桩侧就会产生摩阻力。当桩体的沉降量大于桩周土的沉降量时, 摩阻力为正；当桩周土的沉降量大于桩体的沉降量时，摩阻力为负。单桩负摩阻力作用机理如图1 所示[。桩侧负摩阻力非但不能为承担上部荷载作出贡献, 反而要产生作用于桩侧的下拽力，称为分布于桩侧表面的荷载。下拽力作用于桩体上, 可能会造成桩身破坏、桩端地基屈服或破坏, 以及上部结构不均匀沉降等问题。 图1单桩负摩阻力作用机理示意 单桩负摩阻力一般可能由以下原因或组合造成： ①未固结的新近回填土地基：桩基穿过欠固结土层后支撑在硬土层中，使得桩侧土因固结发生的沉降超过桩的沉降； ②地面超载：桩侧地面受到较大的地面荷载产生的沉降超过桩的沉降； ③孔隙水压力消散引起的固结沉降：群桩施工中敏感度较高的黏土受扰动，超孔隙水压力使得土体上涌，重塑后因超孔隙水压力消散而重新固结； ④地下水位降低；桩侧土层地下水位大幅下降，导致有效应力增加引起土层下沉； ⑤湿陷性地基：桩基穿过湿陷性土，湿陷性土因浸水湿陷导致土层发生沉降；

近距离桩基施工对既有盾构隧道的振动影响分析

近距离桩基施工对既有盾构隧道的振动 影响分析 摘要：随着城市轨道运营线网不断扩大，地铁沿线各类工程建设也日渐增多。各类地铁沿线项目开发极易引发地铁结构变形，变形超过一定限值指标，将严重 威胁地铁隧道安全运营。某些地区地质条件复杂，地质单元差异性大，沿线方向 穿越了流塑～软塑状地层，同时该片区岩土体地下水含量丰富，经浸泡后土体呈 流塑～软塑状，如此条件下，既有线邻近侧插桩施工更易引发结构安全问题。本 基于此，本篇文章对近距离桩基施工对既有盾构隧道的振动影响进行研究，以供 参考。 关键词：近距离；桩基施工；既有盾构隧道；振动影响分析 引言 由于地面交通错综复杂，在城市建设过程中隧道不可避免地会侧穿既有立交 桥桩基，当隧道与立交桥桩基距离较近时，可能会对既有桩基产生不利影响。因此，研究隧道施工过程中邻近立交桥桩基的变形规律以及如何采取防护措施具有 重要意义。近年来，国内学者进行了一些研究，理论分析与数值模拟相结合的方法，重点研究了盾构隧道开挖引起地表变形以及对邻近桩基的扰动影响，得到了 不同情况下开挖面推进引起桩基顶部沉降，并利用有限元软件分析桩基轴线距隧 道中心线之间的距离对不同桩身长度的影响；通过建立数值计算模型，重点研究 了桥梁桩基施工对邻近地铁盾构隧道的影响规律，结果表明整个施工过程中隧道 竖向位移和水平变形均满足相关变形控制的要求；以某盾构隧道下穿既有机场线 桥桩施工过程为研究对象，采用数值模拟的方法对盾构施工造成临近桩基及土体 变形的响应进行了研究，重点分析了盾构掘进对既有桩基变形及沉降的影响机理，并对盾构引起周围土体变形破坏区变化规律和变化形态进行了详细研究。 1隧道工程概况

扩底微型钢管桩的受力分析及应用研究

扩底微型钢管桩的受力分析及应用研究 杨晓楠 【摘要】微型钢管桩桩端注浆形成扩大头,可有效提高单桩抗拔承载力,是一种具有发展潜力的抗拔桩型.本文介绍一种圆柱形扩底微型钢管桩,推导不同抗拔破坏模式下的抗拔承载力计算公式,并结合工程案例对不同公式计算结果进行对比,分析总结更适用于实际工程的计算方法.研究成果可为圆柱形扩底微型钢管桩的应用提供指导和借鉴.%By pouring slurry in the bottom of micro steel pipe pile,the uplift bearing capacity of single pile can be effectively improved,which is a kind of development potential of the uplift pile.This paper introduces a cylindrical micro-steel pipe pile and deduces the calculation formulas of uplift bearing capacity under different kinds of pull-out failure https://www.docsj.com/doc/0f19489706.html,parison between the calculated value with different formula is made by combining with the engineering case.And on this basis we sum up the theoretical calculation method that is more applicable for practical engineering.The research results can provide guidance and reference for the application of this kind of micro steel pipe piles. 【期刊名称】《低温建筑技术》 【年(卷),期】2017(039)006 【总页数】4页(P91-94) 【关键词】注浆;微型钢管桩;抗拔破坏模式;计算方法 【作者】杨晓楠

浅谈能量桩研究现状

浅谈能量桩研究现状 摘要：文章通过有限元数值模拟、室内模型试验、现场原位试验三个方面简要阐述能量桩发展进程及研究现状，针对能量桩研究待解决的问题和发展方向提出建议。 关键词：能量桩；温度循环；承载力特性 中图分类号：TU473 文献标志码 B 0 引言 我国大部分地区的建筑空调系统普遍存在电力资源浪费的问题，且北方地区冬季采暖的主要途径是煤炭燃烧，进而导致空气质量恶化。二十一世纪以来，人们逐渐重视将浅层地温能等清洁能源应用于建筑领域，能量桩技术开始进入大众视野。 传统的地源热泵技术有占用土地面积、造价高等缺点，能量桩技术将换热管与建筑桩基相结合，使其既拥有桩基础的功能，又可充当地源热泵换热器，因此得名能量桩或能源桩。1994年，日本学者Morino[2]率先提出桩基埋管的概念，并开展试验研究和基于有限差分法的数值分析，验证了能量桩的可行性，为能量桩研究奠定基础。位于德国图宾根市的Kreissparkasse Tuebingen银行是较早应用能量桩技术的工程实例，其主楼采用150根能量桩，桩长约为18~22米，桩身主要穿过砂卵地层，恒温且稳定的地下水活动为能量桩换热提供较为便利的条件[3]。此外，1999年建成的德国法兰克福美茵塔采用112根长为30米的能量桩；瑞士联邦技术研究所的将97根能量桩埋设于建筑物下。近年来，在国内也出现较多工程选择能量桩技术，如2010年上海世博会的主要建筑——世博轴、同济大学旭日楼、南京朗诗国际街区、北京大兴国际机场等。其中，南京朗诗国际街区项目1200根基桩中埋设了单U或双U型传热管，是能量桩一次较大规模的工程应用。

1 能量桩研究现状 目前国内外针对能量桩的研究途径主要分为有限元数值模拟、室内模型试验 和现场原位试验。数值模拟研究因其建立模型的过程中简化了诸多因素，与现实 中的试验条件不尽相同，故通常作为印证试验结果的手段，不作为主要研究途径。能量桩研究涉及诸多变量，室内模型试验可以较为容易地实现，故室内模型试验 是较为常见的研究方式。现场原位试验的结果最为直观可靠，但受限于场地、环境、季节等因素，目前针对能量桩的现场原位试验数量较少，每一次的能量桩原 位试验都十分珍贵。 1.1 数值模拟研究 费康等[4]基于ABAQUS软件建立能量桩三维模型，并对本构模型进行二次开发，分析长期温度循环对能量桩的影响，得出桩顶荷载越高，循环次数越多，桩顶累 积沉降越大的结论；Liao等[5]对比3种能量桩数值模型在相同条件下的仿真结果，分析主要误差来源，得出二维环形线圈模型仿真效率高但误差较大，二维等效模 型可以有效提高精度，三维模型精度最高但效率较低的结论；钱峰等[6]开展不同 工作荷载作用下能量桩承载力特性模型试验及数值模拟研究，分析不同循环温度 对桩-土力学特性的影响，得出随循环次数增加桩顶及桩周土产生不可恢复的沉 降变形等结论。 1.2 室内模型试验研究 刘汉龙等[7]开展模型试验研究预埋钢管能量桩与普通绑扎能量桩的承载力特性，得出普通绑扎能量桩的换热性能较高的结论；刘干斌等[8]通过模型试验设置 多种工况，分析了饱和黏土地基中能量桩承载力特性，得出升温阶段桩周土发生 热固结现象产生沉降变形，且能量桩单桩极限承载力随循环液体温度升高而增大 的结论；车平等[9]基于模型试验，将实心能量桩与管式能量桩进行对比，分析两 种桩型在温度循环作用下的力学机理，得出相同桩径的管式能量桩对加热循环的 热响应和换热效率高于实心能量桩。 1.3 现场原位试验研究

围堰对桥下桩基力学特性影响的数值分析

围堰对桥下桩基力学特性影响的数值分析 徐庆国;王星华 【摘要】Based on the specific projects, FLAC3D was used to simulate the pile stress character under the action of the dams cofferdam. The stress of the foundation pile was analyzed under load and without the load respectively , and with the passage of the time soil consolidation, the change of the load and the changes of the stress were also analyzed. The results can provide the design and construction of similar projects with reference.%结合具体工程,采用Flac3D软件对筑坝围堰作用下邻近桥下桩基受力特性进行模拟分析.分别研究桩顶荷载施加前后基桩的受力情况,以及随着土体固结时间的推移和围堰荷载的改变、基桩受力性状的变化.分析结果为类似工程的设计施工提供参考依据. 【期刊名称】《铁道科学与工程学报》 【年(卷),期】2012(009)005 【总页数】4页(P42-45) 【关键词】筑坝围堰;固结;桩基;受力特性;数值分析 【作者】徐庆国;王星华 【作者单位】中南大学土木工程学院,湖南长沙410075;中南大学土木工程学院,湖南长沙410075 【正文语种】中文

高应变测试法中弹限取值的研究及工程应用

高应变测试法中弹限取值的研究及工程应用 赵春风;李尚飞;张志勇;金政;鲁嘉 【摘要】为了掌握高应变动力测试单桩极限承载力中波形拟合法的应用,对波形拟合法中桩土模型参数弹限的取值进行研究.通过某地区现场动、静力试验,获得了桩侧土摩阻力和桩土相对位移数据,并对数据进行回归分析.结果表明,用双曲线拟合桩土间摩阻力与桩土间的相对位移关系是合适的,在此基础上,提出分层取弹限的方法,用此方法获得的弹限值应用在实际工程测试计算中,有效提高了高应变测试单桩极限承载力的精度. 【期刊名称】《哈尔滨工业大学学报》 【年(卷),期】2011(043)002 【总页数】6页(P119-124) 【关键词】高应变动力测试法;单桩极限承载力;弹限;波形拟合法 【作者】赵春风;李尚飞;张志勇;金政;鲁嘉 【作者单位】同济大学,岩土及地下工程教育部重点实验室,200092,上海;同济大学,地下建筑与工程系,200092,上海;同济大学,岩土及地下工程教育部重点实验 室,200092,上海;同济大学,地下建筑与工程系,200092,上海;上海城建集团公 司,200122,上海;上海景瑞地产股份有限公司,200041,上海;同济大学,岩土及地下工程教育部重点实验室,200092,上海;同济大学,地下建筑与工程系,200092,上海【正文语种】中文 【中图分类】TU443

高应变实测曲线拟合法中，桩侧弹性极限Sq和桩底弹性极限Sb两个参数对拟合 桩的极限承载力有较大影响，需要经常根据地质情况进行调整.本文对它们的取值 进行讨论，并设计了现场足尺试验，对各土层弹限值取法进行研究，首先用双曲线对各层土桩侧摩阻力和桩土间的相对位移进行拟合，在此基础上提出了依据各土层桩土相互作用，按实际性状分土层取弹限的方法，通过实际工程实例验证了此法优于传统取弹限方法，本文对以后高应变检测技术的理论研究和实际应用都有着积极的意义. 1 高弹限的分析 弹限，即弹性极限，事实上是假定桩土耦合关系被简化为理想的弹塑性体时，土对桩产生最大静阻力Ru时，桩、土之间产生的可恢复相对位移，也叫临塑位移［1］，它是判定永久变形的依据，因此也是能否得到精确的桩的极限承载力的重要参数.而桩侧弹限与桩端弹限两者有所不同，桩侧弹限以剪切变形为主，桩端弹 限以压缩变形为主.一般情况下桩底弹限Sb要大于桩侧弹限Sq.目前，国内外流行的波动方程拟合程序所取土反力模型普遍是60年代初提出的Smith模型及其改进模型，为便于计算，假定桩周土为不动的理想刚体，桩身质点位移即是桩土间的相对变形;桩土作用关系也被简化为理想的弹塑性模型. Smith建议不分土层桩侧土和桩端土，弹限都取2.54 mm，但土体在各种应力状 态下都有塑性变形，可见弹限取2.54 mm不能与实际土性相吻合.大量试验也证明土的弹限值离散性很大，受土性、土类等诸多因素影响.如Forehand和Reese［2］建议对砂土取1.3～5.1 mm;对粘土取1.3～7.6 mm.由数据可看出，弹限取值的差异性是明显的.拟合计算中往往没有考虑这种差异性，而是对所有桩侧土层取同一 弹限值或者只是为了拟合质量数的要求而人为调整某些土单元的弹限值，这样取的弹限值并不能如实反映土体的性质，同时也给动测结果带来了随意性.

强风化砂砾岩抗压摩阻力转换系数自平衡静载试验研究

强风化砂砾岩抗压摩阻力转换系数自平衡静载试验研究 李腾;官同星;王旭东 【摘要】由于自平衡静载试验与常规静载荷试验中桩的工作方式不同,单桩竖向抗压极限承载力确定中抗压摩阻力转换系数γ的取值尤为重要.依托设置于强风化砂砾岩中的大直径钻孔灌注桩,开展自平衡静载试验研究,获得了大直径钻孔灌注桩荷载-位移(Q-s)曲线和桩身轴力分布曲线,定量计算了上、下桩段强风化砂砾岩中桩侧摩阻力,分析了荷载箱上下强风化砂砾岩中桩侧摩阻力的工作性状,经对比分析,强风化砂砾岩中抗压摩阻力转换系数为0.84～1.07,平均值为0.94,为类似工程地质条件下合理确定单桩竖向抗压极限承载力提供了试验依据. 【期刊名称】《南京工业大学学报（自然科学版）》 【年(卷),期】2019(041)004 【总页数】8页(P472-479) 【关键词】强风化砂砾岩;抗压摩阻力转换系数;钻孔灌注桩;自平衡静载试验 【作者】李腾;官同星;王旭东 【作者单位】南京工业大学岩土工程研究所,江苏南京210009;南京工业大学岩土工程研究所,江苏南京210009;南京市溧水区城乡建设局,江苏南京211200;南京工业大学岩土工程研究所,江苏南京210009 【正文语种】中文 【中图分类】TU473

桩的自平衡静载试验技术弥补了常规基桩静载荷试验的不足[1]，为大吨位桩竖向 承载力检测和评价提供了有效途径，自平衡静载试验是通过在桩身荷载平衡点处设置荷载箱，同时对基桩上段桩身和下段桩身加载，分别获取上下桩段的荷载-位移(Q-s)曲线，并可通过等效转换方法获得相应常规静载试验荷载-位移曲线。自平衡静载试验中上段桩工作原理类似于作用力位于桩底的抗拔桩，下段桩与传统静压桩工作方式相同。由于自平衡静载试验中上段桩处于竖向抗拔状态，只能得到抗拔桩侧负摩阻力，与常规竖向抗压静载试验得到的桩侧正摩阻力不同，为确定单桩竖向抗压极限承载力，需要将自平衡静载试验中上段桩的桩侧负摩阻力转换为正摩阻力，其比值即为转换系数(γ)[2]。因此，抗压摩阻力转换系数对于合理确定单桩竖向抗 压极限承载力尤为重要。 表1给出了国内外学者在不同土类开展的原位对比试验得出的转换系数，可以看 出在砂土中比值变化幅度较大，在黏土中则较为稳定，主要在0.70～0.80范围内。表1 砂土和黏土转换系数Table 1 Conversion coefficient of sand and clay作 者γ砂土黏土Beringen等[3]0.65～0.70Lee等[4]0.67李小娟等[5-6]0.42～ 0.710.70～0.80穆保岗等[7]0.50～0.80 0.70～0.80(荷载箱附近)王树兵等 [8]0.73～0.80聂玉东等[9]桩侧阻力相差7.30% 目前，摩阻力转换系数的研究成果主要集中于黏土和砂土，由于大直径钻孔灌注桩常常进入深厚的强风化岩层，但对于强风化岩层的转换系数缺乏深入认识，给利用自平衡静载试验合理确定单桩竖向抗压承载力带来了一定的局限性。偏于安全起见，国内行业和地区性自平衡静载试验规程中常常将岩石的抗压摩阻力取为1，实际上岩石的风化程度不同，强度变化范围大，其转换系数一定存在差异。 为了研究强风化砂砾岩的摩阻力转换系数，将6根荷载箱均置于强风化砂砾岩层 中的大直径钻孔灌注桩上，开展自平衡静载试验，通过荷载箱上下段强风化砂砾岩

岳口汉江特大桥栈桥钢管桩试桩方案

岳口汉江特大桥栈桥钢管桩试桩方案 1、工程简介 潜江铁路支线新建工程岳口汉江特大桥位于湖北省江汉平原的天门市岳口镇，桥址处江面宽阔，平面采用直线，与河道正交。岳口汉江特大桥混合梁独塔斜拉桥主跨跨越汉江，主塔位于主河道边缘，汉江常年水深流急，水位变化大，桥梁基础为深水施工，且要满足正常通航，施工组织难度大，工期紧，是全线控制性工程和重点工程。施工便道是大桥施工顺利进行的枢纽，为保证道路的畅通，施工平台采用单侧栈桥，保证施工机械的通行。 根据岳口汉江特大桥《主栈桥设计图》、《支栈桥设计图》及《检算资料》，栈桥钢管桩基础均采用直径630mm、厚度8mm的钢管桩，最大入土深度为支栈桥非制动墩钢管桩，深22m，其中沉入粉砂层11m、粉质黏土层11m，相应钢管桩长度30.5m。各墩参数表附后。 2、水文及气象情况 2.1水文：桥区河段位于杜家台分洪闸以上、新城河段以下，且工程河段上游有东荆河分流和引江济汉，受丹江口水库泄洪及长江水位影响大，施工期间水位变化大，目前水位为+25.4m，考虑施工水位为+30.5m。斜拉桥跨越汉江，水面宽约300～400米，水流较急。QDK19+790～QDK21+980段地表水、地下水具二氧化碳侵蚀性，化学作用等级为H2。 2.2气象：桥区属亚热带性季风气候，冬季受欧亚大陆冷高压影响，夏季受西太平洋副热带高压影响，气候具有明显的季节性，冬有严寒，夏有酷暑，四季分明，日照充足，雨量充沛。 3、工程地质情况

沿线所经过的地层岩性较复杂，按期成因和时代分类主要有：第四系全新统冲湖积层淤泥质粘土、粉质粘土、粘性土、粉土、砂类土及碎石土，岩性上部粉质黏土、黏土、淤泥质土，硬塑～流塑，厚 5～20m，基本承载力σ0＝50～150kPa，压缩模量 Es＝0.5～8MPa，岩土施工工程分级Ⅰ～Ⅱ级；下部粉土、粉砂、中砂、粗砂、砾石层，饱和，稍密～密实，厚大于 30m，基本承载力σ0＝90～400kPa，压缩模量 Es＝5MPa 以上，地下水发育，岩土施工工程分级Ⅰ～Ⅲ级。 4、研究目的和意义 通过施工工艺试桩研究钢管桩成桩施工工艺，并研究钢管桩的关键施工设备、关键材料组织和关键参数，为钢管桩施工组织及施工图设计提供依据；本工程钢管桩承载力要求高。为确保工程设计和施工的安全可靠，需要在工程实施前进行桩基施工工艺和承载力验证。主要试验目的如下： 4.1起吊设备的起吊能力和打桩工艺； 4.2在选用的振动锤（激振力）下，测出每2分种贯入度（下沉量），形成一个贯入度与振动时间的曲线，分析出各地层的土壤动摩阻力，并与计算采用的土壤动摩阻力对比分析。 4.3采用配重及千分表测出单桩承载力，对栈桥设计采用的钢管桩各地层极限摩阻力进行验证。 4.4试桩做1个，按最小受力的主栈桥制动墩钢管桩做，注意试桩按实际位置的地层计算相应的入土深度。 4.5试桩完成后，报检算部门分析是否对振动锤（激振力）型号及桩长进行调整，并推算出不同承载力的钢管桩的贯入度标准。 通过现场试验，确定钢管桩的极限承载力，并获取土层的侧阻、端阻力和桩身的应力及变形数据，从而为桩基设计提供可靠的数据。 5、试桩布置 岳口汉江特大桥钢栈桥试桩平面采用西安80坐标系，高程采用1985国家高程基准。 选用主栈桥第一排三个钢管桩中间的一根作为试桩，试桩完成后其试桩结构将作为钢栈桥的桩基。如下图所示：

基于荷载传递法的嵌岩桩竖向承载特性研究

基于荷载传递法的嵌岩桩竖向承载特性研究作者：*** 来源：《粘接》2022年第05期

摘要：研究嵌岩桩竖向承载特性，基于荷载传递法理论，采用双曲线函数来表征桩侧阻力和桩端阻力的荷载传递规律，建立了一种可考虑嵌岩段侧阻力的嵌岩桩承载力计算模型;结合工程算例，根据理论分析和地基土性质，确定合理的模型参数，采用荷载传递的迭代法，计算桩顶荷载位移变化规律，与实测值进行对比分析。结果表明，当荷载较小时，桩顶荷载位移曲线变化相一致;随着荷载逐渐增大，计算值与实测值间存在一定误差，但整体变化趋势相一致，证明嵌岩桩承载力计算模型的合理性。当缺少现场试验时，可根据所提模型，对嵌岩桩极限承载力进行预测。 关键词：嵌岩桩;荷载传递法;双曲线模型;承载力 中图分类号：TU473 文献标识码：A 文章编号：1001-5922（2022）05-0166-04 Study on characteristics of vertical bearing capacity of rock-socketed piles based on load-transfer method Abstract： To study the vertical bearing characteristics of rock-socketed piles， a bearing capacity model considering side resistance of rock-socketed section is established based on the load transfer method; in the model， the hyperbolic functions are used to characterize the load transfer law of pile side resistance and pile end resistance. Model parameters are determined by engineering calculation， theoretical analysis and foundation soil properties; the load and displacement changes at the top of the pile are calculated by the iterative method of load transfer， and then compared with measured values. The comparison results show that when the load is small， the calculated values well fit the measured values; as the load increases， the discrepancy between calculated and measured

膨胀土地基桩基承载特性模型试验研究

膨胀土地基桩基承载特性模型试验研究 齐道坤;刘湘莅;张明远;钱建固 【摘要】输电杆塔基础的修建往往需要穿越复杂地质条件地区,膨胀土地基在遇水失水过程中剧烈的膨胀性和收缩性,不仅会引起土体强度改变,同时会引发膨胀变形,二者耦合作用使得膨胀土地基承载力的变化更为复杂.对此开展大尺寸模型试验,通过改变土体含水率,研究膨胀土地基中桩基在最优含水率和饱和含水率条件下的抗压承载力和抗拔承载力变化.研究表明:膨胀土含水率的变化,对抗压过程中的极限承载力影响更为明显,对抗拔过程中的极限位移影响更为明显.随着含水率的增加,桩身极限侧摩阻力和桩端阻力均在减小,但极限端阻力减小幅度大于极限侧摩阻力.同一含水率情况下,抗压试验桩身极限侧摩阻力呈抛物线形分布,而抗拔试验桩身极限侧摩阻力呈线性分布. 【期刊名称】《结构工程师》 【年(卷),期】2019(035)002 【总页数】8页(P193-200) 【关键词】膨胀土;含水率变化;桩基础;抗拔特性;模型试验 【作者】齐道坤;刘湘莅;张明远;钱建固 【作者单位】国网河南省电力公司经济技术研究院,郑州450052;国网河南省电力公司经济技术研究院,郑州450052;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;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

【正文语种】中文 0 引言 我国膨胀土分布广泛,输电线路的修建不可避免穿过膨胀土地区。而膨胀岩土组成含有多量的强亲水性黏土矿物,具有吸水量大、高塑性以及剧烈的膨胀性与收缩性等工程特性。膨胀土吸水膨胀,失水收缩,导致在其上修筑输电线路存在一定问题和困难,暴雨、干旱、冰灾雪灾等极端天气更将给工程质量带来严重灾害[1-5]。 桩基础作为一种经济、有效、对环境破坏小的基础形式,广泛地应用于超高压输电线路基础、风机基础、近海工程的抗拔(浮)设计中。随着工程实践的广泛开展,针对其极限承载力、荷载位移曲线、破坏机理等方面的试验、数值模拟、理论研究均迅速发展。 Collins[6]提出了求膨胀土中桩的拉力公式,它是通过假定桩身与膨胀土发生了充分滑动,从而沿桩的剪应力等于桩-土黏着力,但该方法只能求得桩中的内力,而不能求得桩的变形;Prakash,Chandra[7]对膨胀土中小直径钻孔桩的荷载传递进行了足尺寸试验,并将试验结果与弹性理论分析做了比较;Sorochan E A[8]基于试验,提出了一种在外荷载和膨胀力共同作用下桩的上升量的计算方法,并且试验结果显示在膨胀土地基中设置土工格栅可以较好地将荷载传递到桩基础;徐永福[9]研究得到非饱和膨胀土地基承载力与膨胀力和基质吸力有关,地基承载力可用膨胀性土侧压力表示,也可用等效凝聚力表示;陆忠伟[10]通过现场试验研究了膨胀土中群桩的变形特性及其影响因素,并对竖向荷载、水平荷载及组合荷载作用下群桩的承载力特性进行了研究,得到了一些规律性结论;杨晶[11]对具有轻微膨胀性质的粉土在不同的击实能和初始含水量下压实,进行不浸水和浸水承载比试验,发现浸水膨胀软化对压实粉土浸水后的CBR强度有较大影响;高忠[12]把受潮膨胀过程比拟成坚固物体受热膨胀,将膨胀土胀切力的问题比拟成热弹性理论偏微分方程的积分与定解问题,从而

海洋工程中桩基抗拔承载力研究

海洋工程中桩基抗拔承载力研究 郭欣玥;刘润 【摘要】抗拔承载力是桩基设计的重要组成部分,随着海上风电场的建设,海洋工程中出现了越来越多需要提供足够抗拔力的抗拔桩.现有规范中桩基抗拔承载力的计算来源于对抗压承载力的修正,理论研究成果也仅限于半经验法及极限平衡算法,因此与实测数据存在较大差异.系统阐述现有的桩基抗拔承载力计算方法,并结合实际工程计算桩基的抗拔承载力,对比各种计算方法的结果发现:黏土中API 规范法计算的桩基上拔承载力更接近实测值;Meyerhof和Das 算法适合计算长径较小的桩;Chattopadhyay和Shanker算法适用于砂土中抗拔桩的计算;现有抗拔承载力计算方法忽略了黏土中的黏附力和负孔隙水压力,导致计算结果与实测值偏差较大.%Uplift bearing capacity is an important part of pile foundation design.In ocean engineer-ing,there is a growing demand for piles that have enough uplift bearing capacity for construction in offshore wind farms.The method for calculating the uplift bearing capacity of pile foundations given in current codes is rooted in the modification of the compressive bearing capacity of pile foundations,and the theoretical research is limited to semi-empirical and limit equilibrium meth- ods.Therefore,there is big difference between calculated and measured values.This paper sys-tematically explains the current calculation methods for the uplift bearing capacity of pile founda-tions,then uses different methods combining them with practical proj ects.The results show that:the uplift bearing capacity calculated by the method given in the API code is closer to the measured value in clay;the Meyerhof and Das algorithms are

能量桩群桩换热效率的数值模拟与分析

能量桩群桩换热效率的数值模拟与分析 蔡有庆;费康;杨凯;洪伟;戴迪 【摘要】开展能量桩换热过程的数值模拟研究,分析各参数对能量桩群桩换热性能和桩土温度响应影响规律,可为探索高效经济且可行的能量桩设计提供理论依据.文章通过简化能量桩运行过程,利用Abaqus软件建立考虑桩内导管桩土之间相互作用的能量桩三维数值模型,并用收集的实验数据验证模型可行性,对各桩间距下不同换热管数的能量桩群桩与不同岩土体中的能量桩群桩的换热过程进行模拟,分析了不同桩径群桩在不同换热管数和桩周土体条件下的换热量及其换热效率.结果表明:各能量桩群桩换热前期无差异,之后桩间距越大的群桩换热量越大;三U型能量桩群桩的热效率系数大于单U型和双U型的;岩石作为桩周土体的换热效率要高于黏土,砂土的最低,而且桩间距接近4.5倍桩径时,黏土中的群桩热效率系数趋近于砂土.%The study on numerical analysis method of energy pile heat exchange process and the analysis of the influence of each parameter on the heat transfer performance of pile and the temperature response of pile and surrounding soil can provide a theoretical basis for exploring efficient and feasible energy pile design.In this paper,by simplifying the operation process of energy pile and using Abaqus software,three-dimensional numerical model of energy pile considering the interaction between pile and soil in pile is established.Then,the feasibility of the model is verified by the collected experimental data.The heat transfer process of energy pile groups with different numbers of heat exchange tubes and energy pile groups in different soil is simulated;and the quantity of heat exchange and heat transfer efficiency of different pile diameter under different heat