Мульти

Научные отчеты, том 13, Номер статьи: 6410 (2023) Цитировать эту статью

223 доступа

Подробности о метриках

Подъёмная свая – широко используемое на практике противоподъёмное мероприятие в технике. Для изучения механических параметров сваи и окружающего грунта под действием подъемной нагрузки были проведены испытания модели подъема сваи и соответствующие численные испытания. Метод анализа изображений был применен к модельному тесту для исследования смещений грунта, вызванных выдергиванием сваи. На трех глубинах захоронения были исследованы зависимости нагрузка-перемещение и сопротивление осевой силы сваи и сопротивления боковому трению. Сравнивая результаты модельных испытаний и численных испытаний, видно, что под воздействием подъемной нагрузки свая в основном претерпела четыре стадии: начальную стадию нагрузки, стадию деформационного упрочнения, стадию пика нагрузки и стадию размягчения деформации; перемещения грунта вокруг сваи имели форму перевернутого конуса при увеличении подъемной нагрузки; и вблизи поверхности земли можно было наблюдать очевидные эффекты выгибания почвы. Кроме того, развитие силовых цепей и главных главных напряжений показало, что сопротивление бокового трения сваи сначала возросло до максимального значения, а затем резко уменьшилось по направлению глубины.

В качестве эффективной меры против подъема в подземных сооружениях подъемные сваи широко используются при проектировании противоподъемных сооружений подземных сооружений, таких как подвалы, дороги и туннели. По сравнению с несущей способностью фундамента, улучшенной за счет обработки слоя грунта, опорная система, образованная противоподъёмной свайой и противоподъёмной плитой, обеспечит лучший противоподъёмный эффект. Вэнь1 обнаружил в ходе испытаний, что несущая способность сваи под этой опорной системой была улучшена, так что вертикальный подъем сваи был уменьшен на 64,2% по сравнению с методом армированного грунта. Алавне и др.2 проанализировали способность сваи противостоять подъему с помощью испытания на модели в помещении, чтобы определить ее основные влияющие факторы, включая материал сваи, тип, шероховатость, форму сечения и свойства почвы.

Обычно применение сваи зависит от ее природы, включая свойства материала, прочность и жесткость. Одним из примеров является то, что погружные сваи-заполнители из труб в основном используются в глиняных, илистых или илистых грунтах, песчаных грунтах и ​​искусственном слое насыпи; Другой пример: винтовые сваи в основном используются в пластах глиняного, рыхлого, песчаного и гравийного типов. Между тем внешние факторы, такие как глубина залегания сваи и почвенная среда, определяют характер поверхности контакта сваи с грунтом и характер повреждения частиц грунта. Чен и др.3 обнаружили три поверхности разрыва морфологии повреждения устойчивой к выдергиванию сваи, а форма поверхности разрыва определяет предельную несущую способность устойчивой к выдергиванию сваи и перечислили уравнение поверхности разрыва грунта вокруг куча. Амджад и др.4 проверили сопротивление выдергиванию свай одинакового сечения при вертикальной нагрузке и обнаружили, что чем выше скорость разрушения грунта вокруг сваи при той же нагрузке, тем ниже несущая способность и тем выше скорость разрушения при предельной нагрузке. Вместо этого нагрузка может полностью раскрыть несущую способность почвы. Некоторые исследователи обнаружили, что при поднятии свай из стальных труб с разной глубиной заглубления осевая сила сваи увеличивалась на 26% на каждые 20 см увеличения длины заглубления5.

С другой стороны, свая должна преодолеть сопротивление трения при подъеме, а сопротивление выдергиванию сопутствует сопротивлению трения. Некоторые исследования показали, что чем шероховатее граница раздела свая-грунт, тем меньше соотношение между остаточной несущей способностью и предельной несущей способностью сваи и тем выше эффективность преобразования несущей способности сваи6,7. Сравнивая предельную несущую способность испытательной сваи и инженерной сваи на вертикальном подъеме моносваи на месте, обнаружено, что несущая способность инженерной сваи на подъем была намного больше, чем у испытательной сваи, что также объясняет, что сопротивление трения на контактной поверхности не был незначительным8,9. Цинь и др.10 провели статические испытания на сопротивление вертикальному выдергиванию моносваи из известкового и кварцевого песка внутри помещений. Они обнаружили, что высота известкового песка вокруг верха сваи была небольшой из-за «эффекта узкого места», вызванного взаимосвязью поверхностных частиц, что усиливало предельное сопротивление бокового трения верхней секции сваи. Хусейн и др.11 провели испытания на выдергивание модельных свай, закопанных в рыхлый сухой песок и плотный песок с различными соотношениями L/D (L/D = 20, 25, 30) и обнаружили, что под совместным воздействием сейсмических и выдергивающих нагрузок максимальная выдергиваемость свай в рыхлом сухом песке снизилась на 55,02–73,22 %, а в плотном песке максимальная выдергиваемость трех моделей снизилась меньше, т. е. площадь поверхности трения в плотном песке была меньше, чем в рыхлом песке. , а увеличение относительной плотности приведет к увеличению эффективного напряжения. Кроме того, сопротивление трения также влияет на скорость нарастания напряжения сваи. Сакр и др.12 провели испытание на выдергивание модельных свай (с анкерными крыльями и без них), установленных в сухом песке разной плотности, и обнаружили, что сопротивление выдергиванию анкерных кольцевых свай увеличивается с увеличением относительной плотности песка. При относительной плотности песка 80% сопротивление выдергиванию сваи с анкерными крыльями достигало в 2,77 раза большего, чем у обычной сваи. Другие исследователи также обнаружили, что напряжение бокового трения постепенно увеличивается с глубиной, а скорость увеличения напряжения постепенно снижается13. Помимо теоретического вывода, модельных испытаний и полевых испытаний, численные расчеты, например, FEM и DEM, широко используются для изучения несущей способности устойчивых к поднятию свай14,15,16.