静压管桩沉桩阻力及承载力全过程试验研究与仿真

静压PHC管桩承载力高、不污染环境且能显示压桩力，在国内广泛应用，中国已成为静压桩"大国"。但目前管桩的应力测试缺乏合理方法，对沉桩阻力的构成及其发展到长期承载力的过程认识不足。. 本研究将光纤传感技术用于PHC管桩的测试，进行现场PHC管桩压入过程和成桩后休止阶段的隔时复压一体化试验，从总阻力中分离桩端阻力和桩侧摩阻力。在此基础上：（1）结合室内摩擦试验研究侧摩阻力的退化效应，建立采用静力触探CPT试验资料并考虑侧摩阻力退化的静压管桩沉桩阻力计算新方法；（2）探讨静压管桩承载力的构成和发展机制，统一最终压桩力与极限承载力的概念，寻求确定长期承载力的合理而又简便的方法；（3）采用可视化仿真技术，显示分析计算得到的连续贯入沉桩阻力和随时间增长的承载力的图形图像。. 本研究采用介于宏观和细观之间的试验研究方法，研究成果有助于完善静压桩的测试方法，提升静压桩的理论，指导设计和施工。

本项目通过试验研究与数值仿真两种手段，对静压管桩的沉桩阻力及承载力开展系统研究：①将光纤传感技术应用于静压PHC管桩，实现了桩端阻力和桩侧摩阻力分离；②静压管桩的贯入机理和承载力全过程发展机制，并将研究范围外延至开口管桩；③静压管桩连续贯入过程的数值仿真和承载力的计算新方法。. 研发了一种采用光纤传感技术来测试PHC管桩桩身应力的新装置，并将该装置应用于现场足尺试验，成功分离了桩端阻力及桩侧摩阻力，开辟了一种研究静压桩承载性状的新途径。利用此技术，揭示了层状地基中管桩贯入过程中桩端和桩侧阻力以及桩身施工残余应力的分布规律。同时结合静压桩“隔时复压试验”，揭示了开口PHC管桩的承载力、桩端阻力以及桩侧摩阻力随休止时间的对数型变化趋势。. 在分析承载力时效机理并汇总国内外100余项实测数据的基础上，提出了管桩承载力发展全过程预测模型。通过与解析计算模型的结果对比，揭示了开口桩相比闭口管桩更具承载力时效性的工作机理。通过将管桩的承载力时效规律与桩身波速随休止时间的变化进行对比，提出了一种借助波速变化来预测桩基承载力时效性的新方法。与此同时，将人工神经网络应用到承载力时效性研究中，编制了BP模型计算程序来预测静压桩的长期承载力，丰富了研究方法。. 通过现场开挖并辅以室内试验，对静压管桩桩周土重塑区性状展开研究，揭示了不同土层中重塑区的厚度及物理特征，建立了静压管桩承载力全过程发展机制的有力佐证。将施工残余应力和剪切疲劳退化效应纳入管桩的贯入和承载力发挥机理的分析中，实现管桩承载力的精确预测。足尺试验结果显示，土与PHC管桩界面的剪切疲劳退化与界面剪切循环数呈幂函数关系。研发了一种恒刚度剪切试验装置来模拟桩-土体系，成为研究桩土界面剪切疲劳退化的新途径。. 在考虑尺寸效应的基础上，纳入土塞系数和时间系数，建立了采用双桥静力触探试验资料估算静压管桩承载力的新方法。在砂土和粘性土上分段采用修正剑桥模型和扩展D-P模型，采用“接触-滑动-脱开”的模式，借助ABAQUS数值软件成功实现了层状土地基中静压桩贯入过程的数值仿真，分析了软硬交互层状土中沉桩阻力的变化规律。. 本项目的研究圆满完成了预定内容，并进行了一些交叉性和外延性的研究探索。先后发表（含投稿或录用）了11篇学术论文，申请5项专利，培养1名博士研究生和2名硕士研究生。