刘俊伟等：开口管桩贯入特性的大尺度模型试验 ·271· 表1砂样物理参数指标 Table 1 Physical indices of testing sand 相对密度，G。 最大孔隙比，es 最小孔隙比，ea 平均粒径，do/mm 粒径范围/mm 内摩擦角，p/(°) 2.65 0.52 0.30 0.72 0-15 42.8 1.2双壁模型管桩 拉线位移计 双壁管桩试验技术是同时捕捉开口管桩内、外 侧摩阻力的有效途径.Paik和Lee首先采用双壁 摞栓 模型管桩进行桩体的载荷试验.此后，国外一些学 滑轮滑轮 者采用开口双壁管桩对桩体的沉桩性状进行研 究4,13-15)，取得了一些成果，但桩靴形式对开口管桩 沉桩特性影响的研究未有报道，本文采用双壁管桩 对此展开研究. 光纤光栅应 研制的双壁管桩总长1065mm,直径140mm,壁 ,变传感器 厚13mm.Yegian和Wright6通过有限元分析，Rao 等[通过模型试验研究证明模型箱边界在桩体 6~8倍桩径范围外即可忽略边界效应.基于此，本 试验选用的模型箱和模型桩在沉桩过程中可忽略边 81 界效应.内、外管顶部采用螺栓连接，分别在外管外 螺栓 螺栓 部粘贴槽和内管外部安装增敏微型光纤光栅传感 重锤 单位：mm 器.内、外管结构如图3示意，双壁管桩传感器安装 图4传感器安装示意图 示意图如图4所示，实物图如图5所示 Fig.4 Sensor installation diagram 桩帽 表2试验方案 ·外管 Table 2 Testing program 内管 砂样相对 试验编号 加载方式 桩靴类型 密实度/% PO-1 开口30°内倾角桩靴 B-B剖面 P0-2 六 开口直角桩靴 不间断静压贯入 P0-3 开口30°外倾角桩靴 PC 闭口直角桩靴 度随沉桩深度的变化曲线.可知，土塞高度随沉桩 深度的增加逐渐增加，但土塞生成速率逐渐减小. 桩靴 俯视图 采用内30°桩靴时土塞生成的速率最大，采用外30° 剪切靴 A-A剖面 桩靴时最小，直角桩靴时居中.沉桩714mm结束时 图3内、外管结构示意图 P0-1、P0-2、P0-3桩的土塞高度分别为555、535 Fig.3 Inner tube and outer tube structure diagram 和514mm,土塞率(PLR)(土塞高度与沉桩深度之 比)分别为0.77、0.75和0.72.图7为FR(土塞高 2试验方案 度增量与桩体贯入深度增量的比值)随沉桩深度的 变化曲线.可见，随沉桩深度的增加，FR值波动较 采用4种不同的桩端（桩靴）形式，共进行4组 大，但总体呈现降低的趋势，土塞随沉桩过程趋于 试验，具体试验方案如表2所示 闭塞. 3试验结果及分析 3.2沉桩阻力 沉桩阻力是沉桩过程中各种效应耦合的宏观表 3.1土塞高度的发展规律 现.图8为4组试验贯入总阻力随沉桩深度的变化 图6为P0-1、P0-2、P0-3试验桩土塞生成高 情况.随沉桩深度的增加贯入总阻力基本呈线性增刘俊伟等: 开口管桩贯入特性的大尺度模型试验 表 1 砂样物理参数指标 Table 1 Physical indices of testing sand 相对密度,Gs 最大孔隙比,emax 最小孔隙比,emin 平均粒径,d50 / mm 粒径范围/ mm 内摩擦角,渍/ (毅) 2郾 65 0郾 52 0郾 30 0郾 72 0 ~ 15 42郾 8 1郾 2 双壁模型管桩 双壁管桩试验技术是同时捕捉开口管桩内、外 侧摩阻力的有效途径. Paik 和 Lee [12]首先采用双壁 模型管桩进行桩体的载荷试验. 此后,国外一些学 者采用开口双壁管桩对桩体的沉桩性状进行研 究[4,13鄄鄄15] ,取得了一些成果,但桩靴形式对开口管桩 沉桩特性影响的研究未有报道,本文采用双壁管桩 对此展开研究. 研制的双壁管桩总长 1065 mm,直径 140 mm,壁 厚 13 mm. Yegian 和 Wright [16]通过有限元分析,Rao 等[17]通过模型试验研究证明模型箱边界在桩体 6 ~ 8 倍桩径范围外即可忽略边界效应. 基于此,本 试验选用的模型箱和模型桩在沉桩过程中可忽略边 界效应. 内、外管顶部采用螺栓连接,分别在外管外 部粘贴槽和内管外部安装增敏微型光纤光栅传感 器. 内、外管结构如图 3 示意,双壁管桩传感器安装 示意图如图 4 所示,实物图如图 5 所示. 图 3 内、外管结构示意图 Fig. 3 Inner tube and outer tube structure diagram 2 试验方案 采用 4 种不同的桩端(桩靴)形式,共进行 4 组 试验,具体试验方案如表 2 所示. 3 试验结果及分析 3郾 1 土塞高度的发展规律 图 6 为 PO鄄鄄1、PO鄄鄄2、PO鄄鄄3 试验桩土塞生成高 图 4 传感器安装示意图 Fig. 4 Sensor installation diagram 表 2 试验方案 Table 2 Testing program 试验编号 砂样相对 密实度/ % 加载方式 桩靴类型 PO鄄鄄1 PO鄄鄄2 PO鄄鄄3 PC 73 不间断静压贯入 开口 30毅内倾角桩靴 开口直角桩靴 开口 30毅外倾角桩靴 闭口直角桩靴 度随沉桩深度的变化曲线. 可知,土塞高度随沉桩 深度的增加逐渐增加,但土塞生成速率逐渐减小. 采用内 30毅桩靴时土塞生成的速率最大,采用外 30毅 桩靴时最小,直角桩靴时居中. 沉桩 714 mm 结束时 PO鄄鄄1、PO鄄鄄2、PO鄄鄄 3 桩的土塞高度分别为 555、535 和 514 mm,土塞率(PLR) (土塞高度与沉桩深度之 比)分别为 0郾 77、0郾 75 和 0郾 72. 图 7 为 IFR(土塞高 度增量与桩体贯入深度增量的比值)随沉桩深度的 变化曲线. 可见,随沉桩深度的增加,IFR 值波动较 大,但总体呈现降低的趋势,土塞随沉桩过程趋于 闭塞. 3郾 2 沉桩阻力 沉桩阻力是沉桩过程中各种效应耦合的宏观表 现. 图 8 为 4 组试验贯入总阻力随沉桩深度的变化 情况. 随沉桩深度的增加贯入总阻力基本呈线性增 ·271·