基于透明土的管桩贯入特性模型试验研究 被引量：49

1

作者 曹兆虎 孔纲强 +1 位作者 刘汉龙 周航 《岩土工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2014年第8期1564-1568,共5页

由于受土塞效应等因素影响,开口管桩和闭口管桩在贯入过程中的挤土效应存在明显的差异;然而针对该两者贯入特性的研究相对较少。基于透明土和PIV(Particle Image Velocimetry)技术,开发了相应的桩基贯入模型试验系统,用于桩基贯入过程... 由于受土塞效应等因素影响,开口管桩和闭口管桩在贯入过程中的挤土效应存在明显的差异;然而针对该两者贯入特性的研究相对较少。基于透明土和PIV(Particle Image Velocimetry)技术,开发了相应的桩基贯入模型试验系统,用于桩基贯入过程中桩周土体变形的非插入式测量。试验选用的透明土由玻璃砂和具有相同折射率的孔隙液体制成。该试验系统主要包括:线性激光光源、CCD(Charge-Coupled Device)相机、自动沉桩加载仪和计算机控制系统等。激光射入透明土,和透明土之间的相互作用产生了独特的散斑场,通过CCD相机摄取贯入过程中各个时刻散斑场变形的图片,然后通过PIV技术对这些变形前后的图片进行处理,即可得到整个土体位移场。分别进行了开口管桩和闭口管桩的桩基贯入试验,得到了对应的土体位移场,并对桩基贯入引起的桩周土体径向位移试验结果与圆孔扩张法、应变路径法等理论计算结果进行对比分析;研究结果表明,对于闭口管桩,由于竖向位移的影响,试验值比圆孔扩张法结果小,其与应变路径法更为接近;对于开口管桩,由于沉桩过程中土塞作用,试验值比圆孔扩张法大,其影响不可忽略。 展开更多

关键词 开口管桩 闭口管桩 模型试验 位移场 透明土 PIV技术

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基于透明土材料的沉桩过程土体三维变形模型试验研究 被引量：40

2

作者 曹兆虎 孔纲强 +1 位作者 刘汉龙 周航 《岩土工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2014年第2期395-400,共6页

为了对沉桩过程中桩周土体内部的变形特性进行非插入式测量,利用正十二烷、十五号白油混合液和玻璃砂合成透明土,并在此基础上设计了沉桩模型试验系统;该系统包括激光器、线性发生器、CCD(charge-coupled device)相机、沉桩加载仪和计... 为了对沉桩过程中桩周土体内部的变形特性进行非插入式测量,利用正十二烷、十五号白油混合液和玻璃砂合成透明土,并在此基础上设计了沉桩模型试验系统;该系统包括激光器、线性发生器、CCD(charge-coupled device)相机、沉桩加载仪和计算机等。激光经线性发生器转化后将透明土样切分,形成土体内部颗粒切面,CCD相机连续拍摄沉桩过程中该切面的图像,并通过计算机中图像处理软件进行分析,得到该切面变形前后的变形位移场。通过与数值模型的对比分析,验证模型试验结果的可靠性。对多个切面变形前后的位移场进行分析,从而得到沉桩过程中土体变形的完整三维变形场。试验结果表明,试验条件下沉桩水平挤土位移影响范围为8R;与常规模型试验方法相比,方法实现了土体内部变形的三维测量,有助于了解土体在各种荷载条件下的变形机理。 展开更多

关键词 透明土 模型试验 沉桩 三维位移场

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基于透明土的静压楔形桩沉桩效应模型试验研究 被引量：30

3

作者 曹兆虎 孔纲强 +1 位作者 周航 耿之周 《岩土力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第5期1363-1367,1374,共6页

楔形桩是一种可以有效提高桩侧摩阻力的纵向变截面异形桩,然而针对该变截面桩沉桩效应特性方面的研究却相对较少。基于透明土材料和粒子图像测速技术(简称PIV),开展静压楔形桩沉桩模型试验,测得沉桩过程中桩周土体的位移场变化规律;沉... 楔形桩是一种可以有效提高桩侧摩阻力的纵向变截面异形桩,然而针对该变截面桩沉桩效应特性方面的研究却相对较少。基于透明土材料和粒子图像测速技术(简称PIV),开展静压楔形桩沉桩模型试验,测得沉桩过程中桩周土体的位移场变化规律;沉桩过程中桩周土体位移场由激光射入透明土材料,与透明土材料之间的相互作用产生的独特散斑场,通过CCD(charge-coupled device)电荷耦合元件相机成像处理而获得。同时进行了等截面桩的沉桩模型试验,并对等混凝土材料用量情况下楔形桩和等截面桩的沉桩效应进行对比分析。最后,将此试验结果与基于常规试验手段的静压楔形桩沉桩模型试验和圆孔扩张理论计算结果进行对比分析,验证了基于透明土材料的静压楔形桩沉桩模型试验的准确性和可靠性。研究结果表明,基于透明土材料和PIV技术可以有效地开展静压楔形桩沉桩模型试验研究;楔形桩静压施工过程中对桩周土的影响范围约为等混凝土用量等截面桩的1.2倍。 展开更多

关键词 楔形桩 沉桩效应 模型试验 位移场 透明土 粒子图像测速技术

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楔形管桩沉桩及桩端后注浆可视化模型试验 被引量：14

4

作者 曹兆虎 孔纲强 +1 位作者 文磊 李辉 《铁道科学与工程学报》 CAS CSCD 北大核心 2017年第5期922-927,共6页

基于人工合成透明土材料和PIV图像处理技术,开展楔形管桩沉桩及桩端后注浆施工过程的可视化模型试验,测得楔形管桩沉桩过程中桩周土体的位移场,桩端后注浆过程中扩大头的形状和直径等变化规律。研究结果表明:楔形管桩沉桩过程中桩周土... 基于人工合成透明土材料和PIV图像处理技术,开展楔形管桩沉桩及桩端后注浆施工过程的可视化模型试验,测得楔形管桩沉桩过程中桩周土体的位移场,桩端后注浆过程中扩大头的形状和直径等变化规律。研究结果表明:楔形管桩沉桩过程中桩周土体的位移场与等截面桩略有不同,其最大位移发生在桩顶处;桩端后注浆形成长轴与桩深方向一致的椭圆球孔扩张模式;基于人工合成透明土材料和PIV图像处理技术可以有效实现沉桩及桩端后注浆施工过程的可视化,为桩基相关设计与施工提供参考依据并广泛应用于桩土相互作用问题。 展开更多

关键词 楔形桩 透明土 位移场 后注浆 模型试验

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基于透明土材料的异形桩拔桩过程对比模型试验 被引量：11

5

作者 曹兆虎 孔纲强 +1 位作者 周航 孙学谨 《铁道科学与工程学报》 CAS CSCD 北大核心 2014年第3期71-76,共6页

随着地下空间的逐步开发,既有桩基拔除问题及其拔桩过程对周围构件物影响的问题日渐突出;针对拔桩过程中桩对周围土体的位移场及影响范围的研究相对较少,而针对异形桩的研究更少。基于透明土材料和PIV(Particle Image Velocimetry)技术... 随着地下空间的逐步开发,既有桩基拔除问题及其拔桩过程对周围构件物影响的问题日渐突出;针对拔桩过程中桩对周围土体的位移场及影响范围的研究相对较少,而针对异形桩的研究更少。基于透明土材料和PIV(Particle Image Velocimetry)技术,开展扩底楔形桩的拔桩过程模型试验,测得拔桩过程中桩周土体的位移场变化规律以及拔桩影响范围;同时进行等直径圆形桩和楔形桩的拔桩模型试验并对比分析。研究结果表明:扩底楔形桩的拔桩扰动范围明显比楔形桩和等直径圆形桩大,其数值接近等直径圆形桩的2.0倍;楔形桩拔桩过程中水平向位移扰动比等直径圆形桩大,竖向位移扰动比等直径圆形桩小。 展开更多

关键词 扩底楔形桩 拔桩过程 模型试验 位移场 透明土 PIV技术

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水平荷载下扩底楔形桩承载力特性透明土模型试验 被引量：27

6

作者 孔纲强 曹兆虎 +1 位作者 周航 丁选明 《土木工程学报》 EI CSCD 北大核心 2015年第5期83-89,共7页

通过改变纵向截面形式以提高单位材料利用率、提高桩侧摩阻力或桩端阻力的异形桩在工程界逐步得到推广应用;然而,针对纵向截面形式改变对基桩水平向承载力特性影响的研究却相对较少。为分析纵向截面形式改变对水平向承载特性影响规律及... 通过改变纵向截面形式以提高单位材料利用率、提高桩侧摩阻力或桩端阻力的异形桩在工程界逐步得到推广应用;然而,针对纵向截面形式改变对基桩水平向承载力特性影响的研究却相对较少。为分析纵向截面形式改变对水平向承载特性影响规律及桩-土相互作用机理;基于透明土材料和PIV(particle image velocimetry)技术,采用非插入式测试方法开展水平荷载作用下扩底楔形桩的承载力特性模型试验,测得水平荷载下基桩H0-y0曲线、基桩变形、以及桩周土体扰动位移场等规律特性,继而探讨水平荷载下扩底楔形桩的极限承载力、基桩变形对桩周土体位移场的扰动规律以及桩-土相互作用机理;同时进行等截面桩、楔形桩的水平向承载力特性透明土模型试验作为对比分析。试验结果表明,文中试验条件下,由于扩大头的存在,扩底楔形桩的水平向承载力约为楔形桩的2.0倍;水平荷载下,桩周土体的竖向位移略比水平向位移要大,桩端附近土体水平向位移变化比竖向位移变化要更明显;水平极限荷载下桩端略有一点向上拔出。 展开更多

关键词 扩底楔形桩 水平荷载 模型试验 位移场 透明土

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极限荷载下纵向截面异形桩破坏形式对比模型试验研究 被引量：6

7

作者 孔纲强 曹兆虎 +2 位作者 周航 邓宗伟 郭尤林 《岩土力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第5期1333-1338,共6页

由于基桩纵向截面形式的差异,竖向荷载作用下桩侧摩阻力和桩端阻力发挥存在明显的差异,尽管纵向截面异形桩在工程中得到了一定的应用,然而针对极限荷载下桩端和桩侧土体破坏形式的研究却相对较少。基于透明土材料和粒子图像测速(particl... 由于基桩纵向截面形式的差异,竖向荷载作用下桩侧摩阻力和桩端阻力发挥存在明显的差异,尽管纵向截面异形桩在工程中得到了一定的应用,然而针对极限荷载下桩端和桩侧土体破坏形式的研究却相对较少。基于透明土材料和粒子图像测速(particle image velocimetry)技术,针对等体积的扩底楔形桩、楔形桩和等截面桩的承载特性及破坏形式进行对比模型试验,测得桩顶荷载-沉降曲线,研究了各级荷载下桩端和桩侧土体位移场的变化规律以及极限荷载下桩端和桩侧土体的破坏形式;同时分析了不同桩长情况下各类型桩的承载力特性。研究结果表明,在此试验条件下,扩底楔形桩的极限承载力约为常规楔形桩的3.5倍和等截面桩的2.5倍;极限荷载作用下各类型纵向截面异形桩桩端的破坏形式规律基本一致。 展开更多

关键词 桩基 极限承载力 位移场 透明土 粒子图像测速技术 模型试验

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孔隙液体对玻璃砂透明土强度特性影响研究 被引量：15

8

作者 孔纲强 孙学谨 +1 位作者 李辉 曹兆虎 《岩土工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2016年第2期377-384,共8页

玻璃砂透明土由一种玻璃砂(或称熔融石英砂)和与之折射率相一致的孔隙液体制配而成的新型人工合成透明土,为岩土工程可视化模型试验方法提供技术支撑。开展混合油、溴化钙溶液、蔗糖溶液以及纯净水等不同孔隙液体所制配成的透明土的三... 玻璃砂透明土由一种玻璃砂(或称熔融石英砂)和与之折射率相一致的孔隙液体制配而成的新型人工合成透明土,为岩土工程可视化模型试验方法提供技术支撑。开展混合油、溴化钙溶液、蔗糖溶液以及纯净水等不同孔隙液体所制配成的透明土的三轴固结排水(CD)试验,分析该新型透明土材料的应力–应变关系曲线、体积变形等力学特性以及推导其邓肯–张模型参数。试验结果表明,不同孔隙液体所制配成的透明土试样力学特性规律相似、数值上有所差异;由蔗糖溶液制配成的透明土强度最大、由混合油制配成的透明土强度最小、由溴化钙溶液制配成的透明土强度值与水样熔融石英砂的强度相对更接近。 展开更多

关键词 透明土 孔隙液体 强度特性 三轴试验

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水平荷载下楔形桩桩-土相互作用理论分析 被引量：8

9

作者 周航 孔纲强 曹兆虎 《中南大学学报（自然科学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2016年第3期897-904,共8页

基于文克尔地基模型,把桩周土离散为一系列独立的弹簧模型,然后根据欧拉-伯努利梁的挠曲线微分方程,建立楔形桩在水平荷载作用下桩身的变形和内力的理论计算方法,再基于所推导的计算公式,编制楔形桩内力、变形的计算程序,分析其受力特... 基于文克尔地基模型,把桩周土离散为一系列独立的弹簧模型,然后根据欧拉-伯努利梁的挠曲线微分方程,建立楔形桩在水平荷载作用下桩身的变形和内力的理论计算方法,再基于所推导的计算公式,编制楔形桩内力、变形的计算程序,分析其受力特性。通过针对水平荷载作用下楔形桩透明土模型试验结果的对比,验证本文所建立理论模型的准确性和可靠性,分析基桩形式(如楔形角、桩长等)、桩体性质(如弹性模量等)以及水平荷载等级等因素对楔形桩水平向承载力特性的影响规律。研究结果表明:本文所建立的理论计算方法可以简单、有效地计算水平荷载作用下楔形桩桩-土相互作用及桩周土体响应规律,尤其是在小荷载作用条件下,可以推广应用于其他纵向截面异形桩的水平向承载力的设计计算。 展开更多

关键词 桩基 楔形桩 水平荷载 承载力 桩-土相互作用

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楔形桩和等截面桩沉桩施工过程数值模拟对比分析 被引量：3

10

作者 杨贵 孔纲强 +1 位作者 曹兆虎 周航 《铁道科学与工程学报》 CAS CSCD 北大核心 2016年第1期40-45,共6页

楔形桩是一种可以有效发挥桩侧摩阻力,提高单位材料利用率的纵向变截面异形桩;然而针对其沉桩施工过程的研究却相对较少。基于PFC数值分析软件,建立楔形桩沉桩施工过程模拟的数值模型;为了对比分析,建立等体积混凝土用量的常规等截面桩... 楔形桩是一种可以有效发挥桩侧摩阻力,提高单位材料利用率的纵向变截面异形桩;然而针对其沉桩施工过程的研究却相对较少。基于PFC数值分析软件,建立楔形桩沉桩施工过程模拟的数值模型;为了对比分析,建立等体积混凝土用量的常规等截面桩沉桩施工过程模拟的数值模型;通过与楔形桩和等截面桩沉桩模型试验及圆孔扩张理论计算结果的对比分析,验证了本文所建立的数值模型的准确性和可靠性;系统对比分析楔形桩沉桩过程中桩周土体位移场、应力场以及沉桩阻力等变化规律。研究结果表明:楔形桩静压沉桩效应与等截面桩沉桩效应规律基本类似;本文数值模型条件下,楔形桩静压沉桩施工桩端阻力、桩侧摩阻力和整体沉桩阻力分别是等截面桩的1.0倍、1.82倍和1.37倍。 展开更多

关键词 楔形桩 沉桩过程 挤土位移 沉桩阻力 数值模拟

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负摩阻力作用下透明土中管桩中性点位置模型试验 被引量：3

11

作者 孔纲强 曹兆虎 +1 位作者 孙学谨 赵红华 《铁道科学与工程学报》 CAS CSCD 北大核心 2016年第5期821-826,共6页

中性点位置的确定是负摩阻力作用下桩基下拽力与下拽位移,以及整体桩基承载力设计与计算的最关键环节之一;已有规范给定的中性点位置确定经验方法往往与实际存在一定的出入。基于人工合成透明土材料,采用非插入式测试方法开展负摩阻力... 中性点位置的确定是负摩阻力作用下桩基下拽力与下拽位移,以及整体桩基承载力设计与计算的最关键环节之一;已有规范给定的中性点位置确定经验方法往往与实际存在一定的出入。基于人工合成透明土材料,采用非插入式测试方法开展负摩阻力作用下管桩中性点位置测定模型试验,测得桩体和桩周土体的沉降规律,续而分析桩-土相对位移、确定中性点位置;为了对比分析,同时进行负摩阻力作用下不同直径管桩中性点位置测定的模型试验,对比分析其中性点位置与地面堆载等级的关系。试验结果表明,本文试验条件下,管桩的中性点位置位于0.7 H-0.9 H(H为桩长)范围内,略低于建筑桩基规范中给出的砂性土中基桩建议参考值(0.7 H-0.8 H);桩顶下拽位移近似随地面堆载等级呈线性增长。 展开更多

关键词 管桩 负摩阻力 中性点 模型试验 透明土

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扩底楔形桩沉桩施工过程数值模拟分析 被引量：1

12

作者 孔纲强 杨贵 +1 位作者 曹兆虎 周航 《铁道科学与工程学报》 CAS CSCD 北大核心 2014年第6期72-78,共7页

扩底楔形桩是一种可以有效发挥桩侧摩阻力和桩端阻力、降低负摩阻力影响的新型纵向变截面桩;然而针对其沉桩施工过程中的挤土效应、沉桩阻力等研究则相对较少。基于PFC数值分析软件,建立扩底楔形桩和等体积混凝土用量的常规等截面桩的... 扩底楔形桩是一种可以有效发挥桩侧摩阻力和桩端阻力、降低负摩阻力影响的新型纵向变截面桩;然而针对其沉桩施工过程中的挤土效应、沉桩阻力等研究则相对较少。基于PFC数值分析软件,建立扩底楔形桩和等体积混凝土用量的常规等截面桩的沉桩施工过程模拟数值模型;通过与等截面桩沉桩模型试验和圆孔扩张理论计算结果的对比分析,验证了本文所建立的数值分析模型的准确性和可靠性;对比分析扩底楔形桩和等截面桩沉桩过程中桩周土体位移场、应力场以及沉桩阻力等变化规律。研究结果表明:沉桩过程中桩端阻力值的大小,不仅与横截面面积有关,而且与桩侧界面形式有关;本文数值模型情况下,扩底楔形桩静压沉桩施工桩端阻力、桩侧摩阻力和整体沉桩阻力分别是等截面桩的1.8,1.1和1.5倍。 展开更多

关键词 扩底楔形桩 沉桩效应 挤土位移 沉桩阻力 数值模拟

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楔形桩和等截面桩中性点位置可视化对比模型试验 被引量：1

13

作者 孔纲强 孙学谨 +1 位作者 曹兆虎 周杨 《岩土力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第S1期38-42,共5页

地面堆载作用下楔形桩中楔形角的存在可以降低桩身下拽力,但针对倒楔形角的存在与中性点位置关系的研究却相对较少。为了分析地面堆载作用下楔形桩和等截面桩的桩-土相互作用机制,基于透明土材料和PIV(particle image velocimetry)技术... 地面堆载作用下楔形桩中楔形角的存在可以降低桩身下拽力,但针对倒楔形角的存在与中性点位置关系的研究却相对较少。为了分析地面堆载作用下楔形桩和等截面桩的桩-土相互作用机制,基于透明土材料和PIV(particle image velocimetry)技术,采用非插入式测试方法开展地面堆载作用下楔形桩和等截面桩中性点位置的对比模型试验研究,测得不同地面堆载等级作用下桩体沉降与桩周土体沉降等变化规律,探讨了桩-土相对位移、中性点位置与地面荷载等级的变化规律。研究结果表明,利用透明土材料来研究桩基中性点位置的试验方法在技术上是可行的;文中试验条件下楔形桩和等截面桩中性点位置均随着地面堆载等级的增加而降低。 展开更多

关键词 楔形桩 负摩阻力 中性点 模型试验 透明土

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饱和土中考虑竖向荷载的端承桩水平振动响应解析解

14

作者 张慧 李小娟 +1 位作者 曹兆虎 屈青山 《铁道科学与工程学报》 CAS CSCD 北大核心 2017年第3期495-506,共12页

考虑桩周土三维波动效应变化,将桩基等效为Euler模型,考虑竖向荷载的影响,对饱和地基中端承桩水平振动问题进行了理论研究。引入势函数解耦Biot动力固结方程,通过Laplace变换和分离变量法得到土体应力和位移解析表达式,结合桩土相互作... 考虑桩周土三维波动效应变化,将桩基等效为Euler模型,考虑竖向荷载的影响,对饱和地基中端承桩水平振动问题进行了理论研究。引入势函数解耦Biot动力固结方程,通过Laplace变换和分离变量法得到土体应力和位移解析表达式,结合桩土相互作用连续性条件得到桩基位移、内力和桩顶水平动力复阻抗解析表达式。通过算例分析,研究径向孔压分布规律、竖向荷载和长径比对桩基位移和内力的影响,研究结果表明：桩土接触面附近孔压达到峰值;竖向荷载和长径比均会导致桩身位移和内力发生重分布。 展开更多

关键词 饱和土 竖向荷载 水平振动 复阻抗 解析解

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温度影响下透明土-混凝土接触面摩擦力学特性试验研究 被引量：5

15

作者 孙学谨 孔纲强 +1 位作者 李春红 曹兆虎 《铁道科学与工程学报》 CAS CSCD 北大核心 2016年第4期632-638,共7页

基于室内土工试验,针对目前国内外常用的2种透明土材料(熔融石英砂和烘烤石英砂)与混凝土材料之间接触面的摩擦力学特性开展研究,着重分析混凝土温度变化对透明土-混凝土材料接触面摩擦力学特性的影响规律;为了对比分析,开展相同情况下... 基于室内土工试验,针对目前国内外常用的2种透明土材料(熔融石英砂和烘烤石英砂)与混凝土材料之间接触面的摩擦力学特性开展研究,着重分析混凝土温度变化对透明土-混凝土材料接触面摩擦力学特性的影响规律;为了对比分析,开展相同情况下砂土-混凝土材料接触面摩擦力学特性室内试验。研究结果表明,熔融石英砂和烘烤石英砂两种透明土材料-混凝土材料接触面摩擦力学特性与砂土材料-混凝土材料接触面摩擦力学特性相似,说明该2种透明土材料可以较好地模拟天然砂土-混凝土材料接触面特性;温度因素对透明土材料-混凝土材料接触面摩擦力学特性有一定影响,但影响并不明显。 展开更多

关键词 透明土 砂土 桩-土接触面 温度效应 室内试验

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