·270· 工程科学学报，第41卷，第2期 pushing against soil.The pile of 30 inside pile boots has the largest height of soil plug formation,as well as the maximum friction re- sistance and the maximum proportion of total pile resistance.The amount of surface soil uplift around the pile is the smallest.The outer 30 pile boot is opposite to the inner 30 pile boot,while the right-angle pile boot is centered.The resistance,lateral friction,and soil compaction of closed-end pipe pile are greater than those of the open pipe pile. KEY WORDS open pipe pile;laboratory model experiments;penetration characteristics;different pile shoes;soil plug 国外对于开口管桩土塞的研究始于20世纪60 载系统、土样制备系统和数据采集系统，如示意图1 年代.Kishida和Ismoto进行足尺模型试验，揭示 所示.模型箱内部尺寸为3000mm×3000mm×2000 了土塞侧阻土压力系数和土塞发挥高度的分布规mm.加载系统由液压油缸、高压油泵、压力控载箱、 律.Paikowsky和Whitman2]研究了土塞对开口管桩 可编程逻辑控制器(programmable logic controller, 极限承载力、承载力时间效应以及动力特性的影响. PLC)控制系统组成.试验采用青岛海砂（干砂），筛 Bucy等[)研究土塞的形成对桩体贯入的影响以及 分法测定土样的颗粒级配如图2所示，土样的其他 桩体贯人过程中土塞的变化.Lehane和Gavin进 物理参数指标如表1所示. 行室内模型试验，研究发现土塞高度与桩内径和桩 装砂的总高度为1800mm,采用人工装砂，每次 壁厚度的比值密切相关，比值越大的桩生成的土塞 装砂100mm,分18次完成.砂样的相对密实度为 高度越大 73%,处于密实状态.微型光纤光栅应变传感器全 近年来，土塞效应逐渐引起国内学者的关注. 程监测沉桩过程中的桩体应变：YWD-100型位移传 谢永健等s]研究表明贯入深度与桩径之比大于120 感器动态监测桩周地表竖向位移（地表隆起量）： 时，土塞高度增长较快.周健等6通过P℉C数值模 MPS拉线位移传感器实时记录桩体沉降和土塞生 拟软件，研究开口管桩沉桩过程中土塞的形成和桩 成高度：桩顶安装压力盒记录沉桩总阻力 周土的变形机制.张忠苗等]对不同土层条件下混 国京白公科学金项 凝土管桩的土塞效应进行试验研究.詹永祥等[】对 开口管桩沉桩过程中土塞高度的变化规律进行研 究.曹兆虎等[]基于透明土技术，进行开口管桩和 闭口管桩桩基贯入试验，研究结果表明，闭口管桩挤 土效应与应变路径法更为相似，开口管桩由于土塞 作用的影响与理论计算结果相差较大.王家全 等〔0进行开口管桩静压沉桩室内模型试验，研究沉 数据采 桩过程中红黏土地层土塞效应机理和桩体土塞高度 变化规律.杨靖晖]研究不同桩尖对单桩挤土应 力、应变的影响 图1大尺度室内模型试验仪 土塞是开口管桩最主要的特征，明确土塞的 Fig.1 Large-scale laboratory test apparatus 形成和荷载传递机理则成为准确预估开口管桩沉 桩性状的关键.桩靴的安装势必改变土塞的形成， 100 进而改变开口管桩的沉桩特征和承载性能.现有 研究多针对单一桩靴模式，桩靴形状对开口管桩 形 沉桩特征的影响规律仍未被揭示.基于此，本课题 多 研制双壁开口模型管桩并开展室内大型模型试 验，探讨不同桩靴形式下开口管桩沉桩过程的力 % 学机制，为开口管桩施工效应的准确预估提供可 靠的理论依据. 1试验设备与材料选取 90 10 1 0.1 0.01 土粒粒径mm 1.1大尺度模型试验仪 图2土样颗粒级配曲线 室内模型试验仪由四部分组成：模型箱系统、加 Fig.2 Grading curve of sand工程科学学报,第 41 卷,第 2 期 pushing against soil. The pile of 30毅 inside pile boots has the largest height of soil plug formation, as well as the maximum friction re鄄 sistance and the maximum proportion of total pile resistance. The amount of surface soil uplift around the pile is the smallest. The outer 30毅 pile boot is opposite to the inner 30毅 pile boot, while the right鄄angle pile boot is centered. The resistance, lateral friction, and soil compaction of closed鄄end pipe pile are greater than those of the open pipe pile. KEY WORDS open pipe pile; laboratory model experiments; penetration characteristics; different pile shoes; soil plug 国外对于开口管桩土塞的研究始于 20 世纪 60 年代. Kishida 和 Ismoto [1] 进行足尺模型试验,揭示 了土塞侧阻土压力系数和土塞发挥高度的分布规 律. Paikowsky 和 Whitman [2]研究了土塞对开口管桩 极限承载力、承载力时间效应以及动力特性的影响. Brucy 等[3]研究土塞的形成对桩体贯入的影响以及 桩体贯入过程中土塞的变化. Lehane 和 Gavin [4] 进 行室内模型试验,研究发现土塞高度与桩内径和桩 壁厚度的比值密切相关,比值越大的桩生成的土塞 高度越大. 近年来,土塞效应逐渐引起国内学者的关注. 谢永健等[5]研究表明贯入深度与桩径之比大于 120 时,土塞高度增长较快. 周健等[6] 通过 PFC 数值模 拟软件,研究开口管桩沉桩过程中土塞的形成和桩 周土的变形机制. 张忠苗等[7]对不同土层条件下混 凝土管桩的土塞效应进行试验研究. 詹永祥等[8]对 开口管桩沉桩过程中土塞高度的变化规律进行研 究. 曹兆虎等[9]基于透明土技术,进行开口管桩和 闭口管桩桩基贯入试验,研究结果表明,闭口管桩挤 土效应与应变路径法更为相似,开口管桩由于土塞 作用的影响与理论计算结果相差较大. 王家全 等[10]进行开口管桩静压沉桩室内模型试验,研究沉 桩过程中红黏土地层土塞效应机理和桩体土塞高度 变化规律. 杨靖晖[11] 研究不同桩尖对单桩挤土应 力、应变的影响. 土塞是开口管桩最主要的特征,明确土塞的 形成和荷载传递机理则成为准确预估开口管桩沉 桩性状的关键. 桩靴的安装势必改变土塞的形成, 进而改变开口管桩的沉桩特征和承载性能. 现有 研究多针对单一桩靴模式,桩靴形状对开口管桩 沉桩特征的影响规律仍未被揭示. 基于此,本课题 研制双壁开口模型管桩并开展室内大型模型试 验,探讨不同桩靴形式下开口管桩沉桩过程的力 学机制,为开口管桩施工效应的准确预估提供可 靠的理论依据. 1 试验设备与材料选取 1郾 1 大尺度模型试验仪 室内模型试验仪由四部分组成:模型箱系统、加 载系统、土样制备系统和数据采集系统,如示意图 1 所示. 模型箱内部尺寸为 3000 mm 伊 3000 mm 伊 2000 mm. 加载系统由液压油缸、高压油泵、压力控载箱、 可编程逻辑控制器( programmable logic controller, PLC)控制系统组成. 试验采用青岛海砂(干砂),筛 分法测定土样的颗粒级配如图 2 所示,土样的其他 物理参数指标如表 1 所示. 装砂的总高度为 1800 mm,采用人工装砂,每次 装砂 100 mm,分 18 次完成. 砂样的相对密实度为 73% ,处于密实状态. 微型光纤光栅应变传感器全 程监测沉桩过程中的桩体应变;YWD鄄鄄100 型位移传 感器动态监测桩周地表竖向位移(地表隆起量); MPS 拉线位移传感器实时记录桩体沉降和土塞生 成高度;桩顶安装压力盒记录沉桩总阻力. 图 1 大尺度室内模型试验仪 Fig. 1 Large鄄scale laboratory test apparatus 图 2 土样颗粒级配曲线 Fig. 2 Grading curve of sand ·270·