土木工程

基于Copula 函數(shù)的基樁荷載-位移雙曲線概率分析

唐小松，李典慶，周創(chuàng)兵，等

摘要：目的：基樁標(biāo)準(zhǔn)化荷載—位移雙曲線參數(shù)具有明顯的負(fù)相關(guān)性，且服從非正態(tài)分布。基于有限試驗數(shù)據(jù)如何構(gòu)造相關(guān)非正態(tài)雙曲線參數(shù)的聯(lián)合分布函數(shù)是一個挑戰(zhàn)性問題。本文目的在于將Copula 理論應(yīng)用于基樁荷載—位移雙曲線參數(shù)聯(lián)合分布函數(shù)構(gòu)造問題，提出基于Copula 函數(shù)的基樁標(biāo)準(zhǔn)化荷載—位移雙曲線模擬方法，并研究Copula 函數(shù)選取對基樁正常使用極限狀態(tài)可靠度的影響。方法：首先，采用標(biāo)準(zhǔn)化的荷載—位移雙曲線模型表征基樁實測荷載—位移關(guān)系曲線，從而將基樁標(biāo)準(zhǔn)化荷載—位移雙曲線模型不確定性轉(zhuǎn)化為雙曲線參數(shù)不確定性。其次，基于鉆孔現(xiàn)澆灌注樁的雙曲線參數(shù)試驗數(shù)據(jù)，在Copula 理論框架下識別表征雙曲線參數(shù)相關(guān)結(jié)構(gòu)最優(yōu)的Copula 函數(shù)并建立雙曲線參數(shù)的聯(lián)合分布函數(shù)。基于建立的雙曲線參數(shù)聯(lián)合分布函數(shù)，通過模擬相關(guān)非正態(tài)的雙曲線參數(shù)即可實現(xiàn)基樁標(biāo)準(zhǔn)化荷載—位移雙曲線的隨機模擬。最后，采用直接積分方法研究了不同Copula 函數(shù)構(gòu)造的聯(lián)合分布函數(shù)對鉆孔現(xiàn)澆灌注樁正常使用極限狀態(tài)可靠度的影響規(guī)律。結(jié)果：下面從雙曲線參數(shù)聯(lián)合分布函數(shù)構(gòu)造、雙曲線參數(shù)聯(lián)合分布函數(shù)模擬、基樁標(biāo)準(zhǔn)化荷載—位移雙曲線隨機模擬和基樁正常使用極限狀態(tài)可靠度分析4 個方面給出本文的主要結(jié)果。（1）在雙曲線參數(shù)聯(lián)合分布函數(shù)構(gòu)造方面，鉆孔現(xiàn)澆灌注樁雙曲線參數(shù)具有明顯的負(fù)相關(guān)關(guān)系，且相關(guān)結(jié)構(gòu)關(guān)于對角線基本對稱，Plackett Copula 函數(shù)是表征雙曲線參數(shù)相關(guān)結(jié)構(gòu)最優(yōu)的Copula 函數(shù)。（2）在雙曲線參數(shù)聯(lián)合分布函數(shù)模擬方面，最優(yōu)的 Plackett Copula 函數(shù)能夠更加有效地捕捉原始觀測數(shù)據(jù)經(jīng)驗分布對角線基本對稱的特征，且最優(yōu)的Plackett Copula 函數(shù)構(gòu)造的聯(lián)合分布函數(shù)模擬得到的相關(guān)非正態(tài)變量無論在形狀或變化趨勢上都更好地擬合了雙曲線參數(shù)的原始觀測數(shù)據(jù)。（3）在基樁標(biāo)準(zhǔn)化荷載—位移雙曲線隨機模擬方面，與基樁實測標(biāo)準(zhǔn)化荷載—位移雙曲線相比，假定雙曲線參數(shù)獨立模擬的標(biāo)準(zhǔn)化荷載—位移雙曲線具有更大的離散性，而考慮雙曲線參數(shù)間相關(guān)性模擬的標(biāo)準(zhǔn)化荷載—位移雙曲線具有較小的離散性，且與實測標(biāo)準(zhǔn)化荷載—位移雙曲線相吻合。（4）在基樁正常使用極限狀態(tài)可靠度分析方面，忽略雙曲線參數(shù)的負(fù)相關(guān)性將會明顯高估基樁的失效概率，使得基樁的設(shè)計嚴(yán)重偏于保守。采用常用的Gaussian Copula 函數(shù)描述雙曲線參數(shù)的負(fù)相關(guān)性將會大大低估基樁的失效概率，使得基樁的設(shè)計偏于危險。相反，采用擬合雙曲線參數(shù)相關(guān)結(jié)構(gòu)最優(yōu)的Plackett Copula 函數(shù)描述雙曲線參數(shù)的負(fù)相關(guān)性既不會低估基樁的失效概率，也不會高估基樁的失效概率。因此，Plackett Copula 函數(shù)在經(jīng)濟性與安全性之間取得了最佳的平衡。此外，Copula 函數(shù)的選取對基樁可靠度計算結(jié)果具有明顯的影響，Copula 函數(shù)的類型對可靠度的影響要小于相關(guān)程度的影響，且Copula 函數(shù)類型對可靠度的影響與相關(guān)程度的影響成正比。結(jié)論：Copula 函數(shù)是構(gòu)造基樁標(biāo)準(zhǔn)化荷載—位移雙曲線參數(shù)聯(lián)合分布函數(shù)一種有效的方法。鉆孔現(xiàn)澆灌注樁的標(biāo)準(zhǔn)化荷載—位移雙曲線參數(shù)具有較強的負(fù)相關(guān)性，忽略了這種負(fù)相關(guān)性將會明顯高估基樁的失效概率，還將導(dǎo)致模擬的標(biāo)準(zhǔn)化荷載—位移雙曲線表現(xiàn)出更大的離散性，嚴(yán)重偏離實測的標(biāo)準(zhǔn)化荷載—位移雙曲線。常用的Gaussian Copula 函數(shù)并不是描述鉆孔現(xiàn)澆灌注樁荷載—位移雙曲線參數(shù)相關(guān)結(jié)構(gòu)最優(yōu)的 Copula 函數(shù)，采用Gaussian Copula 函數(shù)描述雙曲線參數(shù)相關(guān)結(jié)構(gòu)將會明顯低估基樁的失效概率。相反，Plackett Copula 函數(shù)描述鉆孔現(xiàn)澆灌注樁荷載—位移雙曲線參數(shù)相關(guān)結(jié)構(gòu)最佳，得到了更為合理的可靠度計算結(jié)果。Copula 函數(shù)的選取對基樁正常使用極限狀態(tài)可靠度具有明顯的影響。

來源出版物：巖土力學(xué), 2012, 33(1): 171-178

入選年份：2017

水泥固化重金屬污染土的強度特性試驗研究

查甫生，許龍，崔可銳

摘要：目的：由于工業(yè)的快速發(fā)展以及人類各項生產(chǎn)活動的影響，我國土壤重金屬污染問題日益嚴(yán)峻。利用固化/穩(wěn)定法處治重金屬污染土的研究在國內(nèi)仍處于起步階段，系統(tǒng)的研究成果還鮮見報道。本文通過無側(cè)限抗壓強度試驗、直剪試驗和固結(jié)壓縮試驗著重研究了水泥固化不同類型污染土的工程性質(zhì)，并探討了固化污染土強度變化機制。方法：固化/穩(wěn)定法通過向污染土中添加固化劑，可增強其結(jié)構(gòu)致密性、降低污染物的溶出率。本文以水泥作為固化劑，對NaCl、CuCl2和AlCl33 種污染土進(jìn)行固化修復(fù)。試樣用土為粉質(zhì)黏土，水泥選用325號普通波特蘭水泥，污染物分別選用NaCl 分析純、CuCl2分析純和AlCl3分析純。試樣含水率和最大干密度分別是16.6%和1.71 g/cm3。將試樣用保鮮袋密封，放入標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)室（溫度20℃，濕度95%）進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，養(yǎng)護(hù)齡期為7、14 和28 d。完成養(yǎng)護(hù)后，對其進(jìn)行無側(cè)限抗壓強度試驗、直剪試驗和固結(jié)試驗，研究不同養(yǎng)護(hù)齡期、水泥摻量、污染物類型及污染濃度條件下固化重金屬污染土各項力學(xué)指標(biāo)的變化規(guī)律。結(jié)果：試驗結(jié)果指出，污染物的存在導(dǎo)致土體無側(cè)限抗壓強度略微降低、壓縮系數(shù)略微增大、壓縮模量略微減小、黏聚力小幅度降低。試驗用土為粉質(zhì)黏土，黏粒含量較少，與重金屬離子之間不易發(fā)生物理化學(xué)反應(yīng)，因而對土體工程性質(zhì)的影響較小。加入水泥后，土體無側(cè)限抗壓強度明顯增大、壓縮性顯著降低、抗剪強度增大，且增加水泥摻量可明顯改善土體的工程性質(zhì)。隨著養(yǎng)護(hù)齡期的增長，水泥水化反應(yīng)持續(xù)進(jìn)行，水化產(chǎn)物、污染物與土顆粒間發(fā)生物理化學(xué)反應(yīng)，從而導(dǎo)致固化土體的無側(cè)限抗壓強度、粘聚力和內(nèi)摩擦角顯著增大。對比NaCl、CuCl2和AlCl33 種固化污染土的無側(cè)限抗壓強度和直剪試驗結(jié)果可知，AlCl3污染對土體工程性質(zhì)的影響最大，CuCl2次之，NaCl 最小。NaCl 濃度低于1%時，可促進(jìn)水泥水化反應(yīng)，改善固化土體的強度特性；而CuCl2和AlCl3的存在則導(dǎo)致固化土體無側(cè)限抗壓強度和抗剪強度降低。結(jié)論：重金屬污染物的存在對土體工程性質(zhì)影響較小，向重金屬污染土中加入水泥可有效改善土體的工程性質(zhì)。對于含有不同類型污染物的土體，其固化效果存在差異。

來源出版物：巖土力學(xué), 2012, 33(3): 652-656

入選年份：2017

水泥膠結(jié)顆粒的微觀力學(xué)模型試驗

蔣明鏡，肖俞，孫渝剛，等

摘要：目的：由于粒間膠結(jié)的存在，天然結(jié)構(gòu)性土在力學(xué)性質(zhì)上與重塑土、凈砂等存在顯著差異。土體粒間膠結(jié)力學(xué)特性是天然結(jié)構(gòu)性土本構(gòu)模型的決定性因素之一。本文采用水泥作為膠結(jié)材料對膠結(jié)鋁棒進(jìn)行一系列加載試驗，研究水泥膠結(jié)材料的力學(xué)響應(yīng)、強度包面等并與環(huán)氧樹脂膠結(jié)材料的試驗結(jié)果進(jìn)行對比分析，探討不同膠結(jié)材料對膠結(jié)顆粒力學(xué)特性的影響。方法：將膠結(jié)顆粒理想化為膠結(jié)和鋁棒，采用兩根物理性質(zhì)基本相同（直徑為12 mm，長度為50 mm）的圓柱形鋁棒在指定位置進(jìn)行膠結(jié)，并對比水泥膠結(jié)與環(huán)氧樹脂膠結(jié)試驗結(jié)果。試驗裝置包括：制樣裝置、加載裝置和輔助加載裝置3 部分，其中制樣裝置和輔助加載裝置為同濟大學(xué)自行研制，加載裝置為同濟大學(xué)大型巖石雙軸流變試驗儀。制樣裝置由上下對稱的兩部分構(gòu)成，每部分均由10道半圓形凹槽，可同時制備5 對膠結(jié)試樣。輔助加載裝置包括拉伸裝置、壓縮裝置和復(fù)雜應(yīng)力裝置，可以根據(jù)試驗需要將加載裝置提供的外荷載轉(zhuǎn)換為拉力、剪力和扭矩等荷載。正式制備試樣前，為防止鋁棒與空氣接觸發(fā)生氧化，將其浸沒在盛有丙酮溶液的密封容器中。以水灰比為0.34，混合水泥和蒸餾水。在水泥和鋁棒之間涂抹一層強膠結(jié)試劑提高水泥和鋁棒在接觸面處的膠結(jié)強度。加載試驗包括：拉伸、壓縮、剪切、扭轉(zhuǎn)等簡單加載路徑和壓縮—剪切—扭轉(zhuǎn)復(fù)雜加載路徑。結(jié)果：對比水泥膠結(jié)材料和環(huán)氧樹脂膠結(jié)材料的試驗結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，膠結(jié)材料對膠結(jié)顆粒的力學(xué)特性存在一定影響，但基本規(guī)律符合蔣明鏡等提出的理想顆粒膠結(jié)模型。（1）水泥膠結(jié)抗拉強度低于環(huán)氧樹脂膠結(jié)抗拉強度，但延性相對較好。兩種膠結(jié)材料的抗拉特性均呈彈脆性，抗壓特性均呈塑性軟化現(xiàn)象。（2）水泥膠結(jié)和環(huán)氧樹脂膠結(jié)的抗剪強度和抗扭強度均隨法向壓力的增大而增大，當(dāng)法向壓力超過臨界法向壓力時，隨法向壓力的增大而減小，水泥膠結(jié)的界限法向壓力明顯高于環(huán)氧樹脂膠結(jié)。（3）在剪力—扭矩二維平面上，水泥膠結(jié)和環(huán)氧樹脂膠結(jié)的強度包線均呈橢圓形狀；在法 向壓力—扭矩—剪力三維應(yīng)力空間中水泥膠結(jié)的強度包面呈橄欖球狀，環(huán)氧樹脂膠結(jié)強度包面呈水滴狀。（4）無論水泥膠結(jié)還是環(huán)氧樹脂膠結(jié)，其在拉伸、壓縮、剪切、扭轉(zhuǎn)及復(fù)雜應(yīng)力路徑下的力學(xué)響應(yīng)與蔣明鏡等提出的理想顆粒微觀膠結(jié)模型基本相符。結(jié)論：試驗得到了理想水泥膠結(jié)顆粒在多種加載路徑下的力學(xué)響應(yīng)，并進(jìn)一步給出了其在三維應(yīng)力空間中（法向壓力—扭矩—剪力）的峰值強度包面。膠結(jié)材料的不同對膠結(jié)顆粒的力學(xué)響應(yīng)存在一定影響。不同膠結(jié)材料在三維應(yīng)力空間中的 強度包面存在明顯差異。兩種膠結(jié)材料所獲得的基本 規(guī)律基本一致，符合蔣明鏡等提出的理想顆粒膠結(jié)接觸模型。

來源出版物：巖土力學(xué), 2012, 33(5): 1293-1299

入選年份：2017

朱集礦深井軟巖巷道大變形機制及其控制研究

黃興，劉泉聲，喬正

摘要：目的：深部巖體處于“三高一擾動”（高地應(yīng)力、高滲透壓力、高地溫梯度和強烈采掘擾動）相互耦合的復(fù)雜環(huán)境，隨之發(fā)生的非線性大變形動力現(xiàn)象尤為突出。主要表現(xiàn)為巷道變形量大（頂沉、底膨和側(cè)脹等）、變形時間長、圍巖破碎嚴(yán)重，支護(hù)體（錨桿、錨索等）失效增多，巷道維護(hù)十分困難，尤其以底臌問題最為突出。本研究的目的為研究深井軟巖巷道大變形機制及其控制對策。方法：以淮南礦業(yè)集團朱集礦－885 m 東翼軌道大巷為支護(hù)工程實踐。首先在該巷道設(shè)置了3 個表面位移測站進(jìn)行礦壓觀測、監(jiān)測巷道表面位移，進(jìn)行了圍巖大變形特性研究和大變形等級識別；其次，基于Hoek-Brown 彈塑性模型、邊界條件分析了巷道圍巖的應(yīng)力場、位移場，進(jìn)行了該巷道圍巖表面位移彈塑性理論分析；并分析了巷道斷面形狀、圍巖強度特征、巷道群擾動、底板未支護(hù)等的影響；采用Flac3D程序仿真模擬了圍巖的變形破壞過程，揭示了該巷道的大變形力學(xué)機制。據(jù)此，針對－885m 東翼軌道大巷開挖后在原有支護(hù)基礎(chǔ)上提出了新支護(hù)方案，主導(dǎo)思想是增強圍巖自身抗壓強度和支護(hù)結(jié)構(gòu)的抗變形能力，尤其重視底板支護(hù)。采用Flac3D程序計算了新支護(hù)方案實施后的圍巖穩(wěn)定性，并開展現(xiàn)場監(jiān)測跟蹤驗證新支護(hù)方案效果。結(jié)果：現(xiàn)場監(jiān)測測試和基于Hoek-Brown 彈塑性分析、Flac3D數(shù)值 模擬揭示了巷道大變形機制：（1）－885 m 東翼軌道大巷開挖后，裂隙萌生和擴展的速度很快，巷道變形劇烈，兩幫收斂、底臌均較大，變形速率大（頂、底板移近速率高達(dá)30 mm/d），部分U 型鋼支架頂部呈壓扭狀，底臌量達(dá)300～500 mm，軌道傾斜，部分區(qū)段的巷道底板出現(xiàn)較密集的張性裂縫，掘進(jìn)時需要頻繁翻修；（2）表面位移平均達(dá)300～450 mm，巷道跨度為5400 mm，因此，其收斂應(yīng)變?yōu)?%～10%，圍巖強度與最大初始地應(yīng)力比值也在0.2 范圍內(nèi)，表明巖體軟弱，圍巖初始地力水平相對較高，該巷道圍巖處于非常嚴(yán)重的擠壓性大變形狀態(tài)中；（3）在Hoek-Brown 彈塑性模型結(jié)果上得出了圍巖彈性區(qū)、塑性區(qū)的應(yīng)力和位移解析解，并得到了圍巖表面位移彈塑性解，計算巷道圍巖表面位移約為150 mm。若考慮圍巖蠕變，位移將更大；（4）圍巖主要為花斑泥巖，巖層軟弱、強度低，在巷道開挖前就已發(fā)生部分塑化，巖體自身強度直接影響自身承載能力的大小，花斑泥巖具有遇水膨脹的特性；（5）直墻半圓拱形巷道其肩窩和底角處剪應(yīng)力集中，高應(yīng)力與低強度的矛盾更加突出，破壞嚴(yán)重；（6）－885 m 東翼軌道大巷處于密集布置的大斷面大規(guī)模松軟圍巖巷道群中，受相鄰平行掘進(jìn)的回風(fēng)巷（南）和膠帶機大巷開挖擾動影響，巷道開挖擾動區(qū)和二次應(yīng)力場相互疊加；（7）原支護(hù)中的U 型鋼架及肩頂錨索這兩種支護(hù)形式雖能提供較大的支撐力阻止幫頂變形，但原支護(hù)方案在幫腳和底角部分未進(jìn)行抗剪支護(hù)，且未進(jìn)行底板支護(hù)。因此，針對－885 m 軌道大巷提出了新支護(hù)方案，特別重視底板角抗剪支護(hù)，數(shù)值模擬和現(xiàn)場監(jiān)測表明，該支護(hù)方案取得了良好效果。結(jié)論：－885 m 東翼軌道大巷圍巖發(fā)生了非常嚴(yán)重擠壓性大變形。本文進(jìn)行了該巷道大變形機制分析，給出了基于Hoek-Brown 模型的圍巖彈塑性位移解析解；花斑泥巖強度低，直墻半圓拱形巷道其肩窩和底角處剪應(yīng)力集中，高應(yīng)力與低強度的矛盾更加突出；圍巖經(jīng)受巷道群二次開挖擾動區(qū)和二次應(yīng)力場疊加影響嚴(yán)重，揭示了其大變形機理。針對－885 m 軌道大巷提出了新支護(hù)方案，特別重視底板支護(hù)和底角抗剪支護(hù)，數(shù)值模擬和現(xiàn)場監(jiān)測表明該支護(hù)方案取得了良好效果，是一種有效控制深井軟巖巷道大變形的支護(hù)方法，為該礦及其他礦井類似巷道支護(hù)提供了借鑒經(jīng)驗。

來源出版物：巖土力學(xué), 2012, 33(3): 827-834

入選年份：2017

裂隙巖體凍融損傷關(guān)鍵問題及研究狀況

劉泉聲，康永水，黃興，等

摘要：目的：我國寒區(qū)分布面積廣，在寒區(qū)工程建設(shè)和資源開采過程中，數(shù)十年來，國內(nèi)外學(xué)者針對凍巖工程問題，通過室內(nèi)試驗、理論分析、數(shù)值模擬和現(xiàn)場實踐等多種途徑開展了大量的研究，取得了可觀的成果。本文對裂隙巖體凍融損傷研究領(lǐng)域的關(guān)鍵問題進(jìn)行了 歸納，并介紹了國內(nèi)外研究狀況。方法：首先，將裂隙巖體凍融損傷研究領(lǐng)域的內(nèi)容歸納為凍巖物理力學(xué)性質(zhì)、相變過程、低溫多場（THM）耦合、凍融損傷模型及數(shù)值分析等方面，分別闡述相關(guān)研究進(jìn)展；其次，基于研究現(xiàn)狀對未來凍巖學(xué)科的發(fā)展方向和待解決的關(guān)鍵問題進(jìn)行了探討。結(jié)果：（1）寒區(qū)低溫環(huán)境下，裂隙水相變產(chǎn)生的凍脹作用，對巖體的損傷主要表現(xiàn)為裂隙的擴展和貫通、巖體強度下降等方面。與常溫相比，凍結(jié)狀態(tài)下巖石的強度、彈性模量、導(dǎo)熱系數(shù)都有增大的趨勢，且受含水率影響明顯。（2）凍結(jié)緣對凍結(jié)鋒面水分補給和熱遷移有重要影響，前人的研究多集中在凍土上，而對凍巖的研究較少，對凍脹作用下裂隙擴展的研究十分罕見。（3）巖體水分遷移機制可分為直接遷移和間接遷移。直接遷移是水頭勢造成的滲流，間接遷移一般包括溫度梯度、溶質(zhì)梯度等作用下的水分遷移。（4）凍巖與凍土損傷的主要區(qū)別之一是相變作用造成巖體裂隙網(wǎng)絡(luò)的擴展演化，從裂隙網(wǎng)絡(luò)的角度分析凍融損傷有待深入研究。（5）巖體的凍融損傷涉及低溫環(huán)境下復(fù)雜的THM 多場耦合問題，裂隙中水冰相變是凍巖損傷的主導(dǎo)因素，應(yīng)以水冰相變?yōu)榍腥朦c，考察水冰相變、溫度場、應(yīng)力場與巖體裂隙網(wǎng)絡(luò)的相互影響。結(jié)論：凍巖損傷的特殊性源自水冰相變凍脹產(chǎn)生的裂隙網(wǎng)絡(luò)及次生裂隙網(wǎng)絡(luò)中水分遷移的耦合過程?；诹严稁r體流體壓力變化下循環(huán)損傷機制分析，構(gòu)建裂隙的萌生擴展、搭接成網(wǎng)、網(wǎng)絡(luò)貫通、主裂隙帶破壞的演化模型，多尺度力學(xué)特性的宏觀描述及模型參數(shù)獲取是研究的第1 個難點；水冰相變作用下的裂隙網(wǎng)絡(luò)損傷演化還涉及裂隙損傷擴容過程中的水分遷移，這增加了凍結(jié)緣鋒面擴展分析的復(fù)雜性，這是第2 個難點；以考慮裂隙網(wǎng)絡(luò)演化為特征的THM 全耦合效應(yīng)分析是第3 個難點。

來源出版物：巖土力學(xué), 2012, 33(4): 971-978

入選年份：2017

管樁擠土效應(yīng)的現(xiàn)場試驗和數(shù)值模擬

雷華陽，李肖，陸培毅，等

摘要：目的：高強預(yù)應(yīng)力管樁因其性能優(yōu)越，被廣泛應(yīng)用于各類工程中。然而管樁施工會產(chǎn)生明顯的擠土效應(yīng)，對周邊土體造成較大影響。本文以PHC 管樁加固工程為例，借助沉樁過程的現(xiàn)場測試，研究PHC 管樁沉樁過程中樁周土體孔壓變化和土體位移的分布特征。利用ABAQUS 軟件對現(xiàn)場試驗進(jìn)行模擬，分析樁-土界面摩擦特性和樁徑對樁周位移場的影響。方法：為了獲取PHC 管樁樁周應(yīng)力分布及孔隙水壓力分布特點，在工程項目場區(qū)選擇了試驗樁，進(jìn)行孔隙水壓力和水平位移測試?？讐河嫿M按照距離試驗樁中心距離和距地表的深度分別布置，監(jiān)測了打樁前1 d 至打樁后30 d 孔隙水壓力的變化情況。測斜管在同一深度，按照距離樁中心距離在布置，監(jiān)測記錄了打樁前初始位置和打樁后30 d 內(nèi)土體水平位移的變化。運用有限元軟件ABAQUS 對現(xiàn)場試驗進(jìn)行建模分析，當(dāng)計算結(jié)果與現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)基本吻合后，在此有限元模型基礎(chǔ)上對沉樁過程進(jìn)行仿真模擬。研究沉樁引起的土體豎向位移變化規(guī)律，并探討樁—土界面摩擦特性和樁徑對沉樁引發(fā)的土體位移場的影響規(guī)律。結(jié)果：孔隙水壓力的監(jiān)測：打樁完成后，土體中超孔隙水壓力迅速升高，在打樁休止期間的數(shù)天內(nèi)超孔隙水壓力消散較快，休止30 d 后超孔壓逐漸消散至穩(wěn)定。在相同監(jiān)測距離條件下，隨深度的增加，打樁引起的超孔隙水壓力增大。相同深度下，隨徑向距離的增大，打樁引起的超孔隙水壓力減小。超孔壓比隨徑向距離的變化呈現(xiàn)出線性關(guān)系。在離樁心10 倍樁徑以外的土體產(chǎn)生的超孔壓較小，據(jù)此推斷由打樁引起的超孔壓影響范圍約為10 倍樁徑。土體水平位移監(jiān)測：土體水平位移沿樁長范圍總體呈現(xiàn)上層和下層位移較小，中上部位移較大的趨勢，土體的最大水平位移發(fā)生在埋深5 m，約0.2 倍樁長處。隨著距樁心距離的增加，打樁產(chǎn)生的水平位移影響逐漸減小。數(shù)值模擬計算：通過對比距離樁中心1 m 處土體水平位移的計算結(jié)果與現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)可知，數(shù)值計算所得土體的總體位移趨勢為表層土體和深層土體的位移較小，中上部位移較大，最大位移也發(fā)生在第2、3 層土體，這與現(xiàn)場實測結(jié)果相吻合。除5 m以上的土體，水平位移計算值比現(xiàn)場監(jiān)測結(jié)果小50%左右外，其他土層的水平位移值均擬合得較好，誤差在20%以內(nèi)。距離樁中心距離越近，豎向位移越大，擠土效應(yīng)引起的豎向位移在距樁中心10 倍樁徑范圍內(nèi)較明顯，10 倍樁徑以外的土體豎向位移小于10 mm。樁—土界面摩擦系數(shù)取值越大，表層土體的隆起值越小，深層土體的壓縮變形值越大。隨樁徑的增大，表層土體的隆起值和深層土體的壓縮值都有較大增加。結(jié)論：（1）打樁過程引起樁周土體超靜孔隙水壓力急劇上升，超孔壓值隨徑向距離增大呈線性規(guī)律變化，超孔壓影響范圍約為10 d，經(jīng)過30 d 后，超靜孔壓基本消散完畢。（2）土體水平位移總體趨勢為表層和底層較小，0.2～0.4 倍樁長范圍內(nèi)水平位移較大，隨距樁心距離的增大，土體水平位移減小。（3）運用ABAQUS 可以有效模擬沉樁引起的周邊土體位移場，土體豎向位移總體趨勢為表層土隆起，下部土體主要為壓縮變形。（4）樁—土摩擦系數(shù)的選取對計算結(jié)果的影響較大，隨摩擦系數(shù)的增大，地表隆起值減小，水平位移增大。（5）隨樁徑的增大，土體水平和豎向位移都有明顯增大，改為使用樁徑400 mm型管樁，將可有效減小沉樁擠土效應(yīng)的影響。

來源出版物：巖土力學(xué), 2012, 33(4): 1006-1012

入選年份：2017