劉雪穎，王永洪，張明義，白曉宇

(1.青島地礦巖土工程有限公司，青島 266101；2.青島理工大學(xué) 土木工程學(xué)院，青島 266525； 3.山東省高等學(xué)校藍(lán)色經(jīng)濟(jì)區(qū)工程建設(shè)與安全協(xié)同創(chuàng)新中心，青島 266525)

靜壓沉樁是利用靜壓力將預(yù)制樁壓入地基中的一種樁基礎(chǔ)施工方法，是通過(guò)靜力壓樁機(jī)的壓樁機(jī)構(gòu)以壓樁機(jī)自重和機(jī)架上的配重提供反力而將預(yù)制樁壓入土中的沉樁工藝，完全避免了錘擊打樁所產(chǎn)生的振動(dòng)、噪聲和污染，具有無(wú)噪聲、無(wú)振動(dòng)、施工速度快、沉樁質(zhì)量好、綜合經(jīng)濟(jì)效益高等諸多優(yōu)點(diǎn)，在工民建、道橋、市政、港口等工程領(lǐng)域中備受青睞[1-3]。靜壓沉樁的壓樁設(shè)備技術(shù)已較為成熟，較其他沉樁方法優(yōu)勢(shì)明顯，工程應(yīng)用廣泛，符合綠色巖土的要求，但靜壓沉樁的力學(xué)特性受壓樁力、沉樁速度、土層、地下水等因素共同影響，因此對(duì)其貫入機(jī)理的研究還不夠充分，靜壓樁多通過(guò)工程類(lèi)比或原有經(jīng)驗(yàn)來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)[4]。

目前，常用的靜壓沉樁貫入機(jī)理研究方法有：理論分析法[5-10]、原位試驗(yàn)法[11-15]、數(shù)值分析法[16-19]、模型試驗(yàn)法[20-23]。由于影響靜壓樁貫入機(jī)理的因素復(fù)雜，用理論進(jìn)行嚴(yán)格分析的難度較大；原位試驗(yàn)雖然所測(cè)數(shù)據(jù)真實(shí)可靠，但試驗(yàn)成本較高、耗時(shí)較長(zhǎng)且現(xiàn)場(chǎng)操作難度大；數(shù)值分析法利用模擬軟件進(jìn)行模擬，具有周期短、花費(fèi)小、效率高等優(yōu)點(diǎn)，但是由于巖土工程的一些不確定因素，輸入?yún)?shù)難以精確，還有模型簡(jiǎn)化等問(wèn)題，存在一定局限性。而模型試驗(yàn)法可以根據(jù)具體工況合理選擇制作地基土、模型樁，根據(jù)研究方法安裝特定的監(jiān)測(cè)傳感器，對(duì)所需數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)和采集。模型試驗(yàn)法成本低、效率高、易于操作且所測(cè)數(shù)據(jù)針對(duì)性強(qiáng)，所以學(xué)者們紛紛選擇模型試驗(yàn)法對(duì)靜壓沉樁貫入機(jī)理進(jìn)行研究，并取得了諸多成果。本文對(duì)靜壓沉樁貫入機(jī)理室內(nèi)模型試驗(yàn)研究中的相似原理、常重力場(chǎng)及離心模型試驗(yàn)的研究成果和存在的問(wèn)題、傳感測(cè)試技術(shù)在室內(nèi)模型試驗(yàn)中的應(yīng)用進(jìn)行介紹性總結(jié)和分析，并對(duì)其未來(lái)的發(fā)展方向進(jìn)行展望。

1 相似原理

相似理論是解釋自然界和工程實(shí)踐中存在的各種相似現(xiàn)象原理的學(xué)說(shuō)，它是研究自然現(xiàn)象中個(gè)體性與普遍性、特殊性與普遍性、內(nèi)部矛盾與外部條件之間關(guān)系的理論。在結(jié)構(gòu)模型試驗(yàn)中，只有當(dāng)模型與原型完全保持相似時(shí)，才能從模型試驗(yàn)結(jié)果中推導(dǎo)出準(zhǔn)確的原型結(jié)構(gòu)的相應(yīng)結(jié)果。它的理論基礎(chǔ)，是關(guān)于相似的三個(gè)定理。相似第一定理是指兩相似現(xiàn)象的相似指標(biāo)為1，相似準(zhǔn)則相同。這是由法國(guó)人BERTRAND J建立的[24]，在使用相似原理指導(dǎo)模型研究時(shí)，首先要推導(dǎo)出相似準(zhǔn)則，然后在模型試驗(yàn)中測(cè)量與相似準(zhǔn)則相關(guān)的所有物理量。相似第二定理是設(shè)某個(gè)物理現(xiàn)象含有n個(gè)物理量φ(x1,x2,x3,…,xn)=0，其中m個(gè)為基本物理量(量綱相互獨(dú)立)，那么這n個(gè)物理量可以表示為(n-m)個(gè)相似準(zhǔn)則π1,π2,…,πn-m之間的函數(shù)關(guān)系：

f(π1,π2,…,πn-m)=0

(1)

即為準(zhǔn)則方程。這一定理是1914年由美國(guó)學(xué)者Buckingham首先提出的，所以又稱(chēng)為Buckingham定理[25]。相似第二定理表明將各物理量的關(guān)系方程轉(zhuǎn)化為無(wú)量綱方程，則方程的項(xiàng)即為相似準(zhǔn)則。對(duì)于相似第二定理，必須找到相似準(zhǔn)則的推導(dǎo)方法。推導(dǎo)相似準(zhǔn)則的方法有三種：方程分析法、定律分析法和量綱分析法。從理論上講，可以用三種方法得到相同的結(jié)果，但物理現(xiàn)象(或過(guò)程)可以用不同的數(shù)學(xué)方法來(lái)描述。相似第三定理為相似的充分必要條件。相似現(xiàn)象應(yīng)符合的條件：①兩個(gè)相似的現(xiàn)象必須用一個(gè)方程組來(lái)描述；②單值條件類(lèi)似；③由單值量組成的相似準(zhǔn)則要相等。相似第三定理是由原蘇聯(lián)人KUPNHYEB M B提出的[26]。

模型設(shè)計(jì)的理論基礎(chǔ)是相似理論，在模型測(cè)試中，主要問(wèn)題是如何設(shè)計(jì)模型以及如何將模型測(cè)試的結(jié)果推廣到原型實(shí)體對(duì)象。因此，在結(jié)構(gòu)模型試驗(yàn)中，幾何尺寸的確定需要綜合考慮模型類(lèi)型、材料、生產(chǎn)條件、承載能力、測(cè)點(diǎn)布置和設(shè)備條件等，以確定最佳幾何尺寸。目前，模型試驗(yàn)的基礎(chǔ)條件已較為完善，可以滿(mǎn)足材料與設(shè)備條件等的要求，但仍無(wú)法完全解決相似比的問(wèn)題。

2 常重力場(chǎng)室內(nèi)模型試驗(yàn)

鑒于現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)的工程地質(zhì)條件復(fù)雜、各種不確定性因素較多等情況，許多學(xué)者通過(guò)簡(jiǎn)化現(xiàn)場(chǎng)復(fù)雜的土層條件，在室內(nèi)利用按比例縮尺的試驗(yàn)箱和試樁在常重力場(chǎng)下進(jìn)行室內(nèi)模型試驗(yàn)，通過(guò)控制不同的試驗(yàn)條件來(lái)研究靜壓樁的貫入機(jī)理。

2.1 均質(zhì)土中的室內(nèi)模型試驗(yàn)

由于砂土的制備較為簡(jiǎn)便，國(guó)內(nèi)外眾多學(xué)者選擇砂土作為地基土對(duì)靜壓樁沉樁貫入機(jī)理展開(kāi)研究：CHIN等[27]基于干石灰質(zhì)砂土的模型樁室內(nèi)試驗(yàn)，研究了模型樁在循環(huán)荷載作用下樁身摩阻力的尺度效應(yīng)；但縮尺后的模型樁的彈性模量未滿(mǎn)足相似比，所得結(jié)論不具有普適性。LEHANE等[20]通過(guò)以砂土為地基土的模型槽靜壓沉樁試驗(yàn)，研究了開(kāi)口管樁的樁徑與壁厚對(duì)開(kāi)口管樁承載性狀的影響，結(jié)果表明在管樁內(nèi)壁上測(cè)得的剪切應(yīng)力的大小和分布與現(xiàn)有的試驗(yàn)數(shù)據(jù)相吻合，并且承載性狀與應(yīng)力水平、界面摩擦角等相關(guān)。YASUFUKU等[28]根據(jù)壓縮系數(shù)、摩擦角和剪切剛度對(duì)砂土地基樁端承載力進(jìn)行了研究，提出了一種基于理論和試驗(yàn)預(yù)測(cè)砂土中樁端承載力和荷載-沉降曲線與土壤壓縮系數(shù)的關(guān)系的計(jì)算方法，并通過(guò)數(shù)據(jù)對(duì)比，驗(yàn)證了該方法的適用性。王浩等[29]通過(guò)砂土中的模型試驗(yàn)對(duì)樁端土體位移、應(yīng)力和孔隙變化進(jìn)行了分析，并對(duì)樁端阻力隨位移變化的貫入機(jī)理進(jìn)行了研究。周健等[30]采用室內(nèi)模型試驗(yàn)研究了密實(shí)砂中靜壓樁沉樁貫入機(jī)理，對(duì)樁周土體的力學(xué)響應(yīng)進(jìn)行了分析，通過(guò)模型試驗(yàn)對(duì)不同位置土體的位移模式進(jìn)行了對(duì)比與研究，揭示了其變位規(guī)律，其樁周土體位移矢量場(chǎng)與樁周土體徑向位移如圖1所示。蔣躍楠等[31]基于砂土中的靜力壓樁，研究了具有不同樁端的模型樁在均質(zhì)砂土中的壓樁力和樁端力。劉祥沛等[32]通過(guò)自行設(shè)計(jì)的靜壓樁承載力室內(nèi)模型試驗(yàn)，進(jìn)行了以砂土為樁端土的室內(nèi)模型試驗(yàn)，對(duì)樁頂荷載、位移、樁側(cè)摩阻力和樁底反力進(jìn)行了測(cè)試，對(duì)靜壓樁的破壞特征進(jìn)行了進(jìn)一步研究。以砂土為地基土的室內(nèi)模型試驗(yàn)，操作簡(jiǎn)便，可以定性地分析靜壓沉樁貫入機(jī)理，但均質(zhì)砂土與天然地層相差較大，且實(shí)際工程中多是在黏土中進(jìn)行沉樁，實(shí)際工程中樁基礎(chǔ)多應(yīng)用于軟黏土地基中，在砂土和黏性土中沉樁機(jī)理是存在顯著差異的，砂性土中，抗剪強(qiáng)度變化不大，各土層作用于樁上的樁側(cè)摩阻力并不是一個(gè)常值，而是一個(gè)隨著樁的繼續(xù)下沉而顯著減少的變值；而黏性土存在黏聚力，在黏土中沉樁，樁與黏土間存在的摩擦類(lèi)別與砂土不同，因此其試驗(yàn)結(jié)果難以適用于不同土層中的沉樁貫入機(jī)理的分析。

圖1 樁周土體的位移變化[30](單位：cm)

隨著對(duì)靜壓樁沉樁貫入機(jī)理研究的不斷深入，越來(lái)越多的學(xué)者選擇在黏性土地基中進(jìn)行靜壓樁室內(nèi)模型試驗(yàn)：LEHANE等[20]通過(guò)黏土中的沉樁模型試驗(yàn)，測(cè)量了沉樁過(guò)程中的樁身應(yīng)力、樁側(cè)土壓力和孔隙水壓力，并將實(shí)測(cè)值與理論值相比較，結(jié)果較為吻合。AZZOUZ等[21]采用一種現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試裝置PLS進(jìn)行了兩種黏土中的沉樁模型試驗(yàn)，測(cè)量了沉樁過(guò)程中的總水平應(yīng)力、剪應(yīng)力和孔隙水壓力，研究了樁側(cè)摩阻力的發(fā)揮性狀。胡立峰等[33]通過(guò)在均質(zhì)黏性土中的靜壓樁模型試驗(yàn)，研究了沉樁過(guò)程中靜壓樁的力學(xué)機(jī)理，試驗(yàn)結(jié)果表明在均質(zhì)黏性土中靜壓沉樁，其樁端阻力和樁側(cè)阻力的比例是不斷變化的。周淑芬等[34]通過(guò)在黏性土中進(jìn)行的大型室內(nèi)超長(zhǎng)群樁模型試驗(yàn)，對(duì)室內(nèi)模型試驗(yàn)和原有實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，獲得了超長(zhǎng)群樁的荷載傳遞機(jī)理和承載力特性。楊慶光等[35]通過(guò)在黏性土中進(jìn)行模型試驗(yàn)，對(duì)比研究了楔形與等截面靜壓樁沉樁貫入機(jī)理的差異，結(jié)果表明貫入阻力與楔角大小呈正相關(guān)。劉祥沛等[32]通過(guò)同時(shí)進(jìn)行樁端土為黏性土的室內(nèi)沉樁模型試驗(yàn)，與樁端土為砂土的試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，總結(jié)了樁基在黏性土地基中的破壞特征。黏性土地基的制作較為困難，如何獲得飽和黏土是目前黏性土地基室內(nèi)模型試驗(yàn)中的一大問(wèn)題，這也制約著對(duì)靜壓沉樁貫入機(jī)理的研究。

可以看出，無(wú)論是均質(zhì)砂土還是均質(zhì)黏土中的室內(nèi)模型試驗(yàn)，大都局限于單一土層對(duì)貫入機(jī)理影響的研究，以單一土層為地基土的室內(nèi)模型試驗(yàn)可以獲得靜壓樁沉樁機(jī)理的定性分析結(jié)果，為靜壓樁的沉樁機(jī)理的研究提供一定的借鑒與參考。但實(shí)質(zhì)上靜壓樁貫入機(jī)理主要受土層性質(zhì)等因素的影響，基于單層土獲得的貫入機(jī)理與實(shí)際沉樁過(guò)程中的貫入機(jī)理相差較大。其次，上述室內(nèi)模型試驗(yàn)大多未考慮模型樁的彈性模量問(wèn)題，導(dǎo)致所得出的結(jié)論僅可為靜壓樁貫入機(jī)理的定性分析所用。

2.2 成層土中的室內(nèi)模型試驗(yàn)

圖2 模型試驗(yàn)[22]

為了獲得成層土的沉樁貫入機(jī)理，部分學(xué)者基于成層土進(jìn)行了室內(nèi)模型試驗(yàn)：張述濤等[36]基于手搖式靜力觸探儀進(jìn)行壓樁，在雙層地基中將模型樁連續(xù)，得到了樁側(cè)土體位移的變化規(guī)律，并分析了其最終的位移場(chǎng)，獲得了靜壓樁在雙層地基中不同于均質(zhì)地基的位移變化規(guī)律。李雨濃等[22]通過(guò)在多層軟黏土地基中進(jìn)行靜力壓入模型樁，監(jiān)測(cè)了整個(gè)沉樁過(guò)程中的壓樁力、樁動(dòng)端阻力及樁動(dòng)側(cè)阻力，研究了樁在土層分界面處的阻力變化與樁周土的應(yīng)力分布，其模型試驗(yàn)如圖2所示。李鏡培等[37]通過(guò)室內(nèi)模型試驗(yàn)研究了成層地基中靜壓樁的貫入機(jī)理，并分析了沉樁過(guò)程中的擠土效應(yīng)，獲得了靜壓樁在軟硬土層交界處的土體位移變化規(guī)律。孫曉東等[38]通過(guò)在飽和成層土中進(jìn)行的靜力壓樁模型試驗(yàn)，對(duì)比研究了沉樁過(guò)程中單樁與多樁沉樁貫入機(jī)理的聯(lián)系與區(qū)別，獲得了擠土效應(yīng)的相關(guān)解答，其單樁貫入時(shí)不同土體位置處的水平位移如圖3、圖4所示。

基于常重力場(chǎng)下的室內(nèi)模型試驗(yàn)的研究，在靜壓樁的貫入機(jī)理及承載機(jī)制等方面有著大量的研究成果。但在常重力場(chǎng)下進(jìn)行模型試驗(yàn)，仍有近半數(shù)的相似比無(wú)法滿(mǎn)足，同時(shí)原型與模型的庫(kù)侖準(zhǔn)則也并不相似。因此，常重力場(chǎng)下的室內(nèi)模型試驗(yàn)所反映出的樁土相互作用、樁土界面受力特性與地基土的變形情況與原型并不完全相似，所得到的試驗(yàn)結(jié)果也無(wú)法得出原型的實(shí)際特性。

3 離心模型試驗(yàn)

3.1 離心試驗(yàn)原理

在巖土工程問(wèn)題中，自重產(chǎn)生的應(yīng)力場(chǎng)往往對(duì)工程結(jié)構(gòu)和周?chē)橘|(zhì)的變形、強(qiáng)度和穩(wěn)定性起主導(dǎo)作用。在考慮自重的相似材料模擬試驗(yàn)中，需要使模型與原型在材料強(qiáng)度、容重、幾何尺寸、變形特性和應(yīng)力狀態(tài)等方面均相似，且各相似比之間要滿(mǎn)足一定的約束條件，但要同時(shí)滿(mǎn)足這些相似條件很困難。且?guī)r土體的物理力學(xué)性質(zhì)又很復(fù)雜，因而，通常只能放松約束條件，這樣的試驗(yàn)結(jié)果很難用來(lái)評(píng)價(jià)工程原型的實(shí)際力學(xué)行為和工程特性。

如果采用原型材料將工程原型按一定比例CL縮制成模型，那么模型和原型的物理力學(xué)性能完全相同。為了使模型的應(yīng)力狀態(tài)能夠反映原型的應(yīng)力狀態(tài)，當(dāng)物理力僅為重力時(shí)，必須滿(mǎn)足以下條件：

(2)

由于原型與模型的材料相同，CE=1，則有

(3)

表1 離心模型試驗(yàn)參量比例常數(shù)

因此，為了使模型的力學(xué)狀態(tài)與原型完全相似，模型的容重應(yīng)該是原型容重的CL倍。由于離心加速度場(chǎng)與重力加速度場(chǎng)具有完全相同的力學(xué)效應(yīng)，如果將模型置于CL倍重力加速度的離心加速度場(chǎng)中，模型中的應(yīng)力場(chǎng)與原型中的應(yīng)力場(chǎng)將完全相似。

根據(jù)上式可知，離心模型的CL越大，所需的離心加速度越大，容重相似比越小。根據(jù)相似原理，在離心模型試驗(yàn)中，模型中任意點(diǎn)的應(yīng)力、應(yīng)變與實(shí)體中對(duì)應(yīng)點(diǎn)的應(yīng)力、應(yīng)變均相等，而實(shí)體的位移即為模型對(duì)應(yīng)點(diǎn)位移的CL倍。

經(jīng)過(guò)計(jì)算可得離心場(chǎng)模型試驗(yàn)參量比例常數(shù)，見(jiàn)表1。

3.2 靜壓樁離心模型試驗(yàn)

NICOLLA等[23]借助離心機(jī)進(jìn)行了一系列的離心模型試驗(yàn)，研究了在均質(zhì)砂土中模型樁在沉樁過(guò)程與靜載過(guò)程動(dòng)態(tài)和靜態(tài)荷載下的受力性能，并將試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行歸一化后得到了端部軸承響應(yīng)的單一曲線。劉清秉等[39]基于多種砂樣及不同密實(shí)度的條件下使用模型錐形探頭進(jìn)行了離心試驗(yàn)，模擬了中等圓形閉口樁在不同砂土中的靜力壓樁，研究了其樁端阻力與砂粒粒徑的關(guān)系。陳文等[40]通過(guò)離心機(jī)進(jìn)行了兩種不同性質(zhì)的黏性土的模擬沉樁試驗(yàn)，通過(guò)在土中埋設(shè)的孔壓計(jì)實(shí)測(cè)了壓樁過(guò)程中的超孔隙水壓力，獲得了超孔隙水壓力的影響范圍。李雨濃等[41]基于西澳大學(xué)室內(nèi)離心機(jī)，對(duì)預(yù)固結(jié)的高嶺黏土進(jìn)行了不同離心力場(chǎng)下的沉樁模型試驗(yàn)，獲得了沉樁過(guò)程中的徑向應(yīng)力和樁側(cè)摩阻力的變化規(guī)律，并利用兩種經(jīng)驗(yàn)公式對(duì)側(cè)摩阻力進(jìn)行了預(yù)測(cè)與對(duì)比，其不同重力場(chǎng)下的徑向應(yīng)力分布如圖5所示。

JANG等[42]進(jìn)行了一系列離心試驗(yàn)，通過(guò)改變樁的直徑和長(zhǎng)度來(lái)評(píng)估嵌入砂層的吸力樁的最大水平拉力，發(fā)現(xiàn)吸盤(pán)的水平拉出能力與其直徑和長(zhǎng)度的平方成正比。WENG等[43]基于60 t重的地球離心機(jī)上進(jìn)行了一系列離心模型測(cè)試，采用FBG傳感技術(shù)監(jiān)測(cè)在黏土土層中進(jìn)行靜態(tài)壓樁所產(chǎn)生的應(yīng)變，所提出的基于FBG的傳感器組件能夠有效地監(jiān)測(cè)沉樁過(guò)程中的應(yīng)變分布。TRUONG等[44]在鼓式離心機(jī)試驗(yàn)中，對(duì)中等密度和高密度砂中單樁對(duì)橫向循環(huán)載荷的響應(yīng)進(jìn)行了系統(tǒng)的研究。離心試驗(yàn)是在不同的循環(huán)載荷和強(qiáng)度比下進(jìn)行的，而循環(huán)載荷的順序也有所不同。試驗(yàn)結(jié)果為單向循環(huán)荷載下的單樁提供了經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)建議。

圖5 徑向總應(yīng)力[41]

對(duì)常重力場(chǎng)室內(nèi)模型試驗(yàn)與離心模型試驗(yàn)的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行了對(duì)比，見(jiàn)表2。

表2 常重力場(chǎng)室內(nèi)模型試驗(yàn)與離心試驗(yàn)對(duì)比

4 傳感測(cè)試技術(shù)

傳統(tǒng)的傳感測(cè)試技術(shù)是采用電阻應(yīng)變片作為傳感元件，將應(yīng)變片粘貼或安置在構(gòu)件表面上，隨著構(gòu)件的變形，應(yīng)變片敏感柵也產(chǎn)生相應(yīng)變形，將被測(cè)對(duì)象表面指定點(diǎn)的應(yīng)變轉(zhuǎn)換成電阻變化。電阻應(yīng)變儀將電阻變化轉(zhuǎn)化為電壓(或電流)信號(hào)，由放大器放大后由指示儀表顯示或記錄器記錄，也可以輸出到計(jì)算機(jī)等設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，獲得最終結(jié)果。

近年來(lái)，傳感測(cè)試元件憑借靈敏度高、精度高和尺寸小等優(yōu)點(diǎn)廣泛應(yīng)用于室內(nèi)模型試驗(yàn)數(shù)據(jù)采集。ALI等[45]通過(guò)在靜壓沉樁模型試驗(yàn)中使用恢復(fù)傳感器代替應(yīng)變傳感器，監(jiān)測(cè)了靜載試驗(yàn)中各級(jí)的載荷和樁身位移。周健等[30]在模型樁樁頂安裝了荷重傳感器，獲得了樁端阻力和樁側(cè)摩阻力的分布規(guī)律。朱友群等[46]基于FBG-布里淵時(shí)域分析技術(shù)監(jiān)測(cè)了打入樁的樁身應(yīng)變，分析了打入樁的貫入機(jī)理。李雨濃等[41, 47]以高嶺黏土為地基土進(jìn)行了靜壓沉樁離心試驗(yàn)，在模型樁樁頂安裝荷重傳感器，如圖6所示，測(cè)試了沉樁過(guò)程中的沉樁阻力，研究了靜壓樁貫入機(jī)理。王永洪等[48]在均質(zhì)黏性土中進(jìn)行靜力壓入模型樁室內(nèi)試驗(yàn)，分別在樁端和樁身安裝雙模式光纖光柵土壓力傳感器和增敏微型光纖光柵應(yīng)變傳感器，其所用傳感器如圖7所示，分析了沉樁過(guò)程中的貫入機(jī)理及樁端阻力與樁側(cè)摩阻力的發(fā)揮特性。

在靜壓樁室內(nèi)模型試驗(yàn)中，傳感測(cè)試技術(shù)憑借其連續(xù)監(jiān)測(cè)、線路簡(jiǎn)單、傳輸距離長(zhǎng)、精度高以及抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)靜壓樁在沉樁過(guò)程中的應(yīng)力和變形，通過(guò)傳感測(cè)試元件進(jìn)行數(shù)據(jù)采集的廣泛應(yīng)用，獲得了樁土界面處的相關(guān)沉樁機(jī)理，促進(jìn)了對(duì)靜壓樁貫入機(jī)理的研究，結(jié)果表明傳感測(cè)試技術(shù)在靜壓樁室內(nèi)模型試驗(yàn)中具有較高的準(zhǔn)確性。在今后的發(fā)展中，建議將傳感測(cè)試技術(shù)與粒子圖像測(cè)試等新興技術(shù)[49]相結(jié)合進(jìn)行靜壓樁室內(nèi)模型試驗(yàn)的數(shù)據(jù)檢測(cè)與分析。

圖6 荷重傳感器[47]

圖7 增敏微型光纖光柵應(yīng)變傳感器[48]

5 結(jié)束語(yǔ)

國(guó)內(nèi)外學(xué)者通過(guò)室內(nèi)模型試驗(yàn)對(duì)靜壓樁沉樁貫入機(jī)理進(jìn)行了大量研究，獲得了許多有益成果，但目前靜壓樁貫入機(jī)理室內(nèi)模型試驗(yàn)仍有不足之處待深入研究：

1) 室內(nèi)模型試驗(yàn)抗外界因素干擾能力強(qiáng)，可以保證試驗(yàn)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。室內(nèi)模型試驗(yàn)作為一種研究靜壓樁沉樁機(jī)理的方法，對(duì)于單樁和單一地基土條件下的研究已較為充分。

2) 在目前的常重力場(chǎng)下室內(nèi)模型試驗(yàn)中，在基于幾何、材料和應(yīng)力的15個(gè)相似率中仍有6個(gè)無(wú)法滿(mǎn)足，這導(dǎo)致了室內(nèi)模型試驗(yàn)無(wú)法準(zhǔn)確評(píng)價(jià)原型的貫入機(jī)理。建議在以后的研究中，通過(guò)采用新型材料等方法逐步滿(mǎn)足全部的相似率。

3) 離心模型試驗(yàn)可以直觀地揭示沉樁貫入機(jī)理，在研究靜壓樁貫入機(jī)理等方面得到普遍的認(rèn)可與發(fā)展，在以后的研究中，基于材料測(cè)試和數(shù)值計(jì)算、反饋分析、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與離心試驗(yàn)多方向發(fā)展，是未來(lái)靜壓樁貫入機(jī)理研究的發(fā)展趨勢(shì)。

4) 室內(nèi)模型試驗(yàn)中安裝傳感器的方法多樣，但部分安裝方法存在改變模型樁樁身彈性模量、傳感器嵌入樁身存在偏差等缺點(diǎn)，這會(huì)影響試驗(yàn)數(shù)據(jù)的精確度。因此建議進(jìn)一步減小傳感器的安裝方法對(duì)試驗(yàn)準(zhǔn)確性的影響，以期獲得新的傳感器安裝方法與可靠的數(shù)據(jù)修正方法。