静压开口PHC管桩界面剪切机理试验研究

Jacked PHC pipe piles are widely used at home and abroad with advantages of convenient construction,environment protecting,high capacity and show piling pressure. However, it is not inadequate to study the influence factor and nature mechanism of interfacial shear behavior between pile and soil and lack of recognition of pile stress variation during penetration and the capacity in rest period..The project realizes the jacked PHC pipe pile integration testing of interfacial shear stress during penetration and rest period through measuring the interfacial shear stress and pile resilience value with fiber optic sensing technology and pile driving monitor.And the relationship between frictional resistance with pile resilience value and penetration cycles is established.The effect to interfacial shear stress of soil mesoscopic mechanics properties is studied based on optical measuring technique related to digital image correlation method and direct shear apparatus with visual remould.Compared with the existing research,the main innovative point is that interfacial shear behavior during penetration process and rest time are studied respectively by means of pile resilience value, penetration cycles and soil mesoscopic mechanics properties.The research uses the method between macroscopic and microscopic, and the results will be contributed to test method and theory of jacked piles, and be useful in practice.

静压PHC管桩具有施工方便、绿色环保、承载力高且能显示压桩力等优点，在国内外应用广泛。但目前对桩土界面剪切行为的本质机理及影响因素的研究还不够充分，对贯入过程中桩身应力变化及休止期内承载力的发展认识不足。.本课题引入光纤传感技术及PDM打桩监测技术分别对贯入及休止阶段桩土界面剪应力及松桩回弹位移进行测试，建立桩身内、外壁摩阻力与松桩回弹量及沉桩循环次数的关系，实现PHC管桩贯入及沉桩结束休止阶段界面剪应力的一体化测试；基于数字图像相关法的光学测量技术，并通过对直剪仪的可视化改造，研究土体细观力学性状对界面剪切行为的影响。相比既有研究，本课题的创新点在于：通过松桩回弹量、沉桩循环次数及土体微观力学性状分别对沉桩及休止阶段桩土界面剪切行为进行研究。.本研究采用介于宏观与微观之间的试验研究方法，研究成果有助于完善静压桩沉桩性状的研究，提升静压桩长期承载力的设计理论，指导静压桩的设计与施工。

本项目通过试验研究与理论分析两种手段，对静压敞口管桩贯入及静载荷过程中界面剪切机理开展系统研究：①将光纤传感技术应用于静压敞口PHC管桩，实现了桩内壁摩阻力、外壁摩阻力及桩端阻力的分离；②静压敞口PHC管桩界面剪切机理及全过程发展机制；③考虑侧阻退化的桩土界面剪应力的计算新方法。.在分析敞口PHC管桩贯入机制及室内试验的基础上，揭示了贯入过程中桩身径向有效应力降低的机理。通过与室内模型试验的结果对比，揭示了敞口管桩相比闭口管桩更具承载力时效性的工作机理。通过将土塞率指标纳入桩土界面剪应力范畴，建立了以土塞率为基本指标的桩土界面剪应力计算方法及评价体系。.研发了一种采用光纤传感技术来测试敞口PHC管桩应力的新装置，并将该装置应用于现场足尺试验，成功分离了桩内壁摩阻力、桩外壁摩阻力及桩端阻力，开辟了一种研究静压桩承载性状的新途径。利用此技术，揭示了黏性土地基敞口PHC管桩贯入过程及静载荷试验中桩内壁摩阻力、外壁摩阻力及桩端阻力的分布规律。.通过现场测试，对静压桩桩身残余应力性状展开研究，揭示了不同土层桩身残余应力性状，建立了桩身残余应力沿桩身的分布模型。将施工残余应力纳入管桩承载力发挥机理的分析中，实现了敞口PHC管桩长期承载力的准确预测。足尺试验结果显示，忽略残余应力将高估中性面以上桩侧摩阻力，低估中性面以下桩侧摩阻力及桩端阻力。.自主研发了可视化双向循环恒刚度剪切试验仪，揭示了敞口PHC管桩桩土界面剪切疲劳退化特性，建立了桩土界面剪切疲劳退化与法向应力、界面粗糙度及径向刚度的关系。借助于数字化图像手段，揭示了恒刚度条件下敞口PHC管桩桩土界面剪切带空间分布特性，分析了界面剪切特性与径向刚度变化的规律。.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。先后发表了SCI论文6篇，EI论文1篇，中文核心论文2篇，授权发明专利1项，实用新型专利1项，培养3名硕士研究生。.