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Scientific Reports volume 13、記事番号: 6410 (2023) この記事を引用

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メトリクスの詳細

隆起杭は、工学における隆起防止策であり、実際に広く使用されています。隆起荷重下での杭と周囲の土壌の機械的パラメータを研究するために,杭隆起モデル試験と関連する数値試験を実施した。杭の引抜きによる地盤の変位を模型試験に画像解析技術を適用して調査した。荷重と変位および杭の軸力と横摩擦抵抗の関係を3つの埋設深さで調査した。模型試験と数値試験の結果を比較すると、杭は主に揚程荷重の影響下で、載荷の初期段階、ひずみ硬化段階、載荷のピーク段階、ひずみ軟化段階の4つの段階を経たことがわかります。杭周囲の土壌の変位は、揚力荷重が増加するにつれて逆円錐形を示しました。そして明らかな土壌アーチ効果が地表近くで観察できました。さらに、力の連鎖と主要主応力の発達により、杭の横方向摩擦抵抗が最初に最大値まで増加し、その後深さ方向に沿って急激に減少することが示されました。

隆起杭は、地下工学における効果的な隆起防止対策として、地下室、道路、トンネルなどの地下構造物の隆起防止設計に広く利用されています。土層処理により向上した基礎支持力と比較して、浮き上がり防止杭と浮き上がり防止板により形成される支持システムは、より優れた浮き上がり防止効果をもたらします。 Wen1 は試験により、この支持システムの下での杭の抗浮き上がり支持力が向上し、補強地盤工法と比較して杭の垂直浮き上がりが 64.2% 減少することを発見しました。 Alawneh et al.2 は、杭の材質、タイプ、粗さ、断面形状、地盤の特性などの主な影響要因を決定するために、屋内モデル試験によって杭の耐リフト能力を分析しました。

通常、パイルの用途は、材料特性、強度、剛性などのパイルの固有の性質に依存します。一例として、水中パイプ充填杭は主に粘土、シルトまたはシルト質土壌、砂質土壌、および人工充填層で使用されます。もう 1 つの例は、スクリュー杭は主に粘土、粉末、砂質土壌、および砂利タイプの地層で使用されることです。一方、杭の埋設深さや土壌環境などの外部要因は、杭と土壌の接触面の性質や土壌粒子の損傷パターンを決定します。 Chen ら 3 は、耐引抜杭の損傷形態の 3 つの破断面を発見し、破断面の形状が耐引抜杭の極限支持力を決定し、周囲の地盤の破断面の方程式を列挙しました。山。 Amjad et al.4 は、垂直荷重下での等断面杭の引抜抵抗をテストし、同じ荷重下で杭周囲の地盤の破壊率が高いほど支持力が低くなり、極限下での破壊率が高くなることがわかりました。代わりに、荷重により地耐力を最大限に活用できます。一部の研究者は、埋設深さが異なる鋼管杭を引き上げた場合、埋設長さが 20 cm 増加するごとに杭の軸力が 26% 増加することを発見しました5。

一方、パイルを引き上げる際には摩擦抵抗に打ち勝つ必要があり、この摩擦抵抗に引き抜き抵抗が伴います。いくつかの研究では、杭と土の界面が粗いほど、杭の残留支持力と極限支持力の比が小さくなり、杭支持力の変換効率が高くなることが示されています6,7。現場での試験杭と工学杭のモノパイルの垂直隆起極限支持力を比較すると、工学杭の隆起支持力が試験杭のそれよりもはるかに大きいことがわかり、これはまた、接触面での摩擦抵抗が大きいことを説明します無視できるものではありません8,9。 Qin et al.10 は、屋内の石灰質砂と珪砂中でモノパイルの垂直引抜抵抗の静的試験を実施しました。彼らは、表面粒子の相互結合によって引き起こされる「ボトルネック効果」により、杭頂部周囲の石灰質砂の隆起が小さく、杭上部部分の最終的な横方向の摩擦抵抗を強化することを発見した。 Hussein et al.11 は、異なる L/D 比 (L/D = 20、25、30) の緩い乾燥砂と緻密な砂に埋設されたモデル杭で引抜き試験を実施し、地震荷重と引抜き荷重の複合効果の下で、杭の引抜き試験が行われたことを発見しました。緩い乾燥砂における杭の最大引抜能力は 55.02 ～ 73.22% 減少しましたが、緻密な砂では、3 つのモデルの最大引抜能力の減少はそれほど大きくありませんでした。つまり、緻密な砂の摩擦表面積は、緩い砂の摩擦表面積よりも小さくなりました。、相対密度の増加により有効応力が増加します。さらに、摩擦抵抗もパイル応力の増加率に影響します。 Sakr ら 12 は、密度の異なる乾燥砂中に設置されたモデル杭（アンカーウィングありおよびなし）の引抜試験を実施し、アンカーリング杭の引抜抵抗は砂の相対密度の増加とともに増加することを発見しました。砂の相対密度が80%の場合、アンカーウィングパイルの引き抜き抵抗は通常の杭の2.77倍に達しました。他の研究者は、横方向の摩擦応力が深さとともに徐々に増加し、応力の増加率が徐々に減少することも発見しました13。理論的導出、モデル試験、および現場試験に加えて、FEM や DEM などの数値計算が、耐揚力杭の支持力を研究するために広く使用されています14、15、16。

全体として、さまざまな土壌層および工学環境における逆抽出杭の適用は、国内外で広範な研究を受けてきました。しかし、ミクロ視点と比較ミクロ視点における横摩擦抵抗の全過程の解析は未踏のままである。 DIC画像技術を活用し、埋設深さの異なる3セットの引抜試験（埋設深さ300mm、250mm、200mm）を設計し、杭頂部の荷重と変位の関係や杭周囲の土の相対変位を解析します。。 DEM は、引き抜き耐性のある杭の力のプロセスをシミュレートし、杭の周囲の土壌粒子の力の変化を記録するために使用されます。最後に、テスト結果をシミュレーションの結果と比較しました。

この研究には、杭の埋設深さ 300 mm、250 mm、200 mm で実施された 3 つの引き抜き試験が含まれていました。万能機械が杭頂部の荷重を制御し、均等な荷重を確保しました。ひずみゲージは杭の軸力を評価し、デジタル画像相関 (DIC) アプローチは土壌全体の変位を計算しました。隆起荷重、変位、杭軸力分布、地盤変位をすべて計算しました。

モデル杭は弾性率 7×1010 Pa、杭長 300 mm、直径 40 mm、肉厚 2 mm のアルミニウム製薄肉半円形杭です。 Azzam et al.17 によれば、鉄筋コンクリート杭と土壌の間の摩擦をシミュレートするために、モデル杭の外側に研磨紙が適用されました。試験砂は福建省の標準砂である。図 1 に示すように、ふるい試験で測定した平均粒径 d50 = 0.36 mm、ASTM D6913-0418 に準拠した低等級の砂、不均質係数 Cu = 1.59、曲率係数 Cc = 0.89、最小乾燥密度1.44 g/cm3、最大乾燥密度 1.75 g/cm3、砂密度 1.59 g/cm3、比重 Dr = 0.53、内部摩擦角 φ = 30.96°、砂層は中密度の状態です。

試験土壌の粒度分布曲線。

この論文で研究した単一杭は、中国浙江省衢州市の黒一江横断プロジェクトのトンネルセクションで使用された杭に対応します。プロジェクトで使用された杭の長さは 10 m、杭の直径は 1 m です。モデルボックス内で現場杭をシミュレートし、規模の影響を排除するために 19、20、21、22、縮尺試験には n = 30 の縮小係数が適用されました。テスト装置は、モデルボックス、ローディングシステム、画像取得装置の 3 つの部分で構成されます。モデルボックスのサイズは 600 mm × 290 mm × 400 mm で、試験プロセスを容易に観察できるように 4 つの側面が透明です。モデルボックスのこれらの寸法は、境界効果を回避するために選択されました。ローディング装置は等速ローディングを実行でき、引張ストロークと圧縮ストロークは 700 mm、速度範囲は 0.01 mm/min ～ 500 mm/min です。画像取得カメラは2,420万画素のハーフフレームセンサーを搭載したSONYA6500です。杭引抜装置のシステムと模型杭のスケッチを図１〜図３に示した。それぞれ2と3。

テストセットアップの概略図。

モデルパイルの概略図。

試験の再現性を確保するために、試験片は降雨法を使用して高さ 50 cm で 6 層に調製されました。砂の各層の製造は次の手順を経て行われました。まず、一定の質量の砂の重さを量りました。次に、砂を所定のスケールにハンマーで叩き、平らにならします。砂の各層を 20 ～ 30 回叩き、下から上に向かって叩きの回数を増やしました。 Basha 氏と Azzam23 氏によると、モデル杭は主に打ち込み工法と無撹乱工法の 2 つの工法で設置された。しかし、本研究で使用した杭は半円形杭であり、杭打設時の直角度の制御が困難であった。このため、モデル杭の設置には無撹乱工法を適用した。砂の最初の層は厚さ 10 cm で、敷いて圧縮した後、半円形の山に置きました。後続の層の厚さは 5 cm になり、全体の高さは 35 cm になりました。最後に、砂を 4 時間放置して沈殿させました。デジタルカメラはモデルの箱の外側に置かれ、焦点を合わせた後、さらなる画像処理のために画像が調整されました。最後に、ユニバーサルマシンに 0.5 mm/min の一定速度で負荷をかけました。

DICは、対象物の非接触測定を可能にする光学式機械ひずみ測定方法です。言い換えれば、ターゲット表面の 2 つの画像 (ピクセルはデジタル画像の基本単位です) が異なる時点で取得され、画像をデジタル化し、接続された時点でバイナリマップの相関を計算することによってバイナリマップが取得されます。ターゲット表面の変形フィールド情報を取得する時点。

杭埋設深さ300 mmを例として、荷重（Q）-変位（s）曲線を図4に示します。最初のステップは荷重の初期段階であり、杭にはわずかな引き上げ力がかかり、杭の周囲の土との相対変位は発生せず、荷重が完了すると杭と土は初期位置に戻ります。削除されました。第 2 段階はひずみ硬化段階です。引き上げ力が増加すると、杭の周囲の土壌は杭側の摩擦の増加と構造劣化の影響を受けやすくなり、その後、それが周囲の土壌に伝わります。この時点で土壌の一部はプラスチックによって損傷されています。ローディング段階のピークは第 3 フェーズです。杭の周囲の砂質土壌は完全に損傷しています。現在、杭は最大支持力に達しており、土壌への影響範囲も同様に最大値に達しています。杭の引き上げが続き、埋設深さが低下すると、ひずみ軟化段階での変位の増加に伴い杭支持力が大幅に低下します。

杭埋設深さ300mmのQs曲線です。

杭が揚力により変位すると、周囲の地盤が乱れます。 DIC非接触画像測定技術を使用して、4段階の変位雲を取得します。図 5 を参照してください。(上向きの土壌変位は負、下向きは正です)。杭の隆起の開始時に、杭はまず杭と土壌の界面で土壌の変位を引き起こします。これは主に杭の横方向の摩擦抵抗の構築と拡大を示しています。この時点では、砂と土の変位変形の影響範囲は限られています（図5a）。杭の隆起が増加すると、杭を中心とした周囲の土壌の水平方向の変位が外側に広がり始めます。乱れの範囲はパイルリフトの距離に応じて拡大しますが、その拡大範囲は粒子間の相互拘束によって制限されます。拡張半径は約 1.5D です (D はモデル杭の直径です、図 5b)。最終的な損傷の変位雲は杭の周囲で V 字型になっており、杭の上部に土壌変位が最も集中しています。杭の周囲の地盤への影響範囲は杭の引き上げを繰り返すにつれて拡大しますが、地盤が載荷のピーク段階からひずみ軟化段階に移行すると安定する傾向があります。

土壌変位等高線図。

図6に示すように、土壌の水平方向と垂直方向の変位はベクトル図に合成されます。図中の矢印の方向は土壌粒子の変位の方向を表し、矢印の長さは変位の大きさを表します。隆起の初期段階では、杭の隆起力は常に横方向の摩擦抵抗よりも小さいため、土壌変位ベクトルは均一に分布し、ほとんど変化しません。引っ張り力（横方向の最大摩擦抵抗まで）の上昇に伴って、杭周囲の土の移動が促進され、杭の150 mmを超える領域の土の変位は主に垂直方向で変化することがわかります。方向。杭深さ 300 mm では、杭周囲約 100 mm の水平方向の土の乱れが極限状態となり、表面の隆起変位を伴います。杭の埋設深さが比較的浅い場合、表面の隆起は非常に小さくなります。

土壌変位ベクトル図。

ひずみゲージは杭上に対称的に配置され、軸力を測定します。各荷重レベルでのさまざまな点でのひずみ値が記録され、対応する断面軸力が計算されます。

杭軸力と平均横方向摩擦抵抗のグラフを図 7 に示します。力の適用の初期段階（図 7a）では、杭軸力は深さにほぼ比例して分布し、曲線は同様に上昇します。。張力が最大荷重に近づくと、最終段階で軸力と変位の比率が急激に変化します。同じ荷重下では、杭シャフトの力は深さが増すにつれて減少することがわかります。同じ深さでは、負荷が増加するにつれてシャフト力も増加します。杭の各部分の平均横方向摩擦抵抗は、揚力荷重とともに増加し（図7b）、同じ重量の下で深さとともに増加しました。平均横方向摩擦抵抗は 408 N で最高値に達しました。

モデル杭に沿った軸力と平均横方向摩擦抵抗。

図 8 に示すように、さまざまな埋設深さでの Qs 曲線は、ユニバーサルマシンによって適用された荷重と記録された変位データを組み合わせることによって生成されました。杭頭頂部荷重は、隆起の初期段階で急激に増加し、埋設深さに達すると徐々に減少します。ピークに達し、最終的にはより穏やかで安定したレベルに達します。 ASTM D3689-0724によれば、明らかな急降下のQs曲線の始点に相当する荷重を終局荷重とするため、杭を300mm、250mm、200mm埋設した場合の終局支持力を測定します。はそれぞれ 408 N、285 N、182 N であり、埋設深さが浅くなると杭基礎の揚程支持力が低下することがわかります。プロジェクトの安全性を確保し、引き抜き抵抗を最大化するには、力の条件に基づいて工学的に杭の埋設深さを合理的に設定する必要があります。

埋設深さが異なるパイルトップ Qs カーブ。

図 9 は、さまざまな埋没深さの変位雲とベクトル図を示しています。図9aでは、杭と土壌の界面の摩擦抵抗を高めるために、杭の表面にサンドペーパーが塗られています。埋設深度が異なると摩擦抵抗は同じではなく、埋設深さが広大な土木管理杭の外周土の水平変位は影響範囲が広いが、最終的にはいずれも逆円錐状の損傷形状を示す。図9bによれば、杭頂部の土壌アーチ効果は埋設深さが増加するにつれて増大し、この効果は表土層が上昇するにつれて観察されることができる。

異なる埋設深さ（200 mm、250 mm、300 mm）での土壌変位。

図 10 は、さまざまな長さ直径比 (それぞれ L/D、50、62.5、および 75) での極限支持力を示しています。長さと直径の比が増加すると、極限容量が増加しました。一般的な等断面杭の周囲地盤の損傷面は、主に円筒状損傷、逆円錐状損傷、複合損傷（下部が円筒状損傷、上部が逆円錐状損傷）の損傷パターンとなります。図9aに示すように、本研究で発生した損傷パターンは、杭の摩擦による摩擦の増加によって引き起こされた、上記の2番目の損傷パターンとして特定できます。そして、このテストの失敗パターンは以前の研究と一致していました22。

極限支持力と長さ直径比の関係。

耐隆起杭の隆起過程のミクロスケールの内部法則を調査し、屋内模型実験で検証するため、DEMを用いて埋設深さ300mmの試験杭の数値模型実験を実施しました。土壌の粒子密度は 2650 kg/m3 であり、ミクロビューパラメータを表 1 に示します。図 11 に、試験条件と一致する 300 mm 埋設杭の数値モデル図を示します。軸力の 4 つの監視点は、杭の基部から 60 mm、120 mm、180 mm、240 mm の位置 (位置 1、2、3、4) に設定されました。

数値モデルのセットアップ。

模型杭の隆起中、支持力と横方向の摩擦抵抗は常に連動しており、摩擦抵抗は支持力よりも若干小さくなります。試験とシミュレーションの Qs 線図 (図 12a) を比較すると、モデル杭は約 3 mm の変位で支持力の極限状態に達し、杭の成長に伴い若干の減少はあるものの、支持力が低下することがわかります。変位、極限支持力との最終的な差は大きくなく、それらの間の相対誤差は 10% 以内であり、シミュレーションの精度が確認されています。さらに、杭の軸力は、引き上げ変位が増加するにつれて増加します（図12b）。 4軸力は3軸力、2軸力、1軸力よりも明らかに優れています。 4 つの異なる位置における軸力の変動は、同様のパターンに従います。大きさが異なるだけです。変位が限界値に達すると、抵抗の伸びが遅くなります。

DEMモデルのパイルロード結果。

図 13 は、深さ 300 mm の杭モデルの土壌変位の結果を示しています。雲は杭の基部から上部まで V 字型に広がり、杭付近の土壌粒子の変位が最も大きな影響を及ぼしますが、土壌の残りの部分にはあまり応力がかかりません。ベクトル図では、杭の上部に同様の地面の隆起が伴います。これは、試験中にDICが観測した土壌変位雲およびベクトル図（図5および6）と一致しており、試験が正しく行われたことを示しています。

DEMモデルの土壌変位結果。

離散媒体内の粒子間の力伝達によって生成される鎖状の構造はフォースチェーンとして知られており、フォースチェーンの分布は不連続媒体の荷重伝達挙動を反映します。図 14 は、杭抜き手順の 4 つの異なる段階における接触力チェーンの分布法則の比較を示しています。フォースチェーンが太ければ太いほど、接触力は大きくなります。荷重を加える前は、重力により力の連鎖の分布が上から下まで密になりました。載荷を開始すると、杭底部に楕円形の力鎖空洞が出現し始め、杭底面付近の力鎖集中分布はアーチ状となった。荷重段階のピーク全体を通じて、力の連鎖の集中ゾーンはさらに外側に拡大します。ひずみが軟化する段階になると、杭の側面は杭の下端から先端に向かって外側に成長し、凸状のアーチ状の力連鎖集中領域が形成されます。 4 つの段階でフォースチェーンの分布を比較すると、横方向の摩擦抵抗が増加するにつれて、フォースチェーンの密度と広がりが徐々に増加し、拡大することがわかります。パイル底部の両側のフォースチェーンが急速に集まり、最初に横方向の摩擦抵抗が増加し、その後徐々に拡大して安定したフォースチェーンネットワークを形成します。

荷重のさまざまな段階でチェーンを強制的に分配します。

杭の抜去には必然的に基礎地盤内の応力再分布が伴います。杭と地盤の荷重伝達メカニズムをさらに解析するために、地盤内の応力分布を取得するために 36 × 21 の測定球マトリックスがモデルに配置されます。主応力方向ベクトルは、土壌の主応力変動特性を特徴付けるために使用されます。主応力値とその方向角は式(1)で計算されます。 (1):

ここで、σxx、σyy、τxy は、測定円内に記録された土壌の x 方向および y 方向の正の接線応力です。 σ1,3 はサイズ主応力です。 θは初期方向（垂直方向）に対する大きな主応力の方向角度です。

ひずみ軟化段階は、内部土壌劣化の最も深刻な段階です。この段階で、図 15 に基礎地盤内の巨大な主応力場とその方向ベクトルを示します。杭の上部から杭の底部まで、杭の周囲の土壌の主応力の値は、最初にその最大値まで急激に増加し、その後急激に減少します。主応力の最高値は、この部分が土壌の主応力であることを示しています。現在、杭は土壌内の土圧の大部分を支えています。極限荷重下では、杭の横方向摩擦抵抗は深さ全体にわたって増加し、その後急速に減少します。これは、模型試験杭の横方向摩擦抵抗の研究結果と一致しています。基礎地盤の大きな主応力ベクトルの方向ゾーンは、力の連鎖の分布範囲に相当します。大きな主応力ベクトルは杭の側面と底面に偏向しており、方向ゾーンのそれぞれの範囲は凸状のアーチ状とローブ状となっています。境界両側の底部付近の地盤の向きは極めて小さく、杭の引き抜きによる影響はほとんどありませんが、重力と杭側面からの荷重伝達の複合作用により、応力値は他の部分に比べて上昇します。方向。土粒子がある程度安定した構造を発達させると、基礎土における大きな主応力ベクトルの方向と力の連鎖の成長により、内部力の再分布が生じます。

大きな主応力と方向ベクトル図。

応力が再分散されると、土壌粒子は応力場の変化に適応するために粒子間接触状態を自発的に調整します。ローテンブルクとバサースト 25 は、粒子間接触分布関数を使用して粒子の接触構成を分析し、変動を定量化できます。基礎内の粒子間接触分布の式を参照してください。 (2)

ここで、E(θ) は接触正規分布の密度関数です。 θn は接触法線異方性の主方向 (水平線との角度) です。 an は、異方性の複雑さを特徴付けるフーリエフィット係数です。

基礎土壌の大きな一次応力とベクトルの方向の値に従って、エリアに番号が付けられ、細分化されました26。粒子系の接触法線方向の主方向を10°の統計間隔としてカウントし、フーリエ関数を当てはめて、図16に示すような荷重段階のピークにおける接触法線形状の解析図を生成しました。プロポーションローズスライスは、方向全体に沿った接触の平均数に対するその方向の接触の比率を反映しており、各領域の粒子接触の法線配置の主方向は応力方向との類似性が高くなります (図 1)。 16）。各領域（１～４）の土の異方性係数はそれぞれ０．２０２、０．２６２、０．１２８、０．１５４であり、杭横荷重集中領域の粒子の異方性の度合いが最も大きい。異方性の程度が大きいほど、外部荷重に耐えるのに必要な接触力がより集中します。粒子間の接触状態が近づくほど、粒子に対する圧搾効果が大きくなり、粒子の荷重伝達能力が大きくなります。横方向の土圧と杭の横方向の摩擦抵抗の二重押出の下では、粒子間の接触状態はより緊密になります。杭底荷重分散帯の異方性係数は最も低く、基礎内の土圧の大部分は杭で分担され、外部荷重や重力擾乱は少量しか発生しないため、粒子間の接触状態はより緩やかになります。 2 つのゾーンの接合部では、パイルの横方向の摩擦抵抗が大幅に減少します。移動ゾーンと集中ゾーンを比較すると、接触法線の主方向は集中ゾーンの方が垂直方向に近く、異方性の度合いも高いことがわかります。これは、濃縮ゾーン内の粒子が垂直方向の引き抜き荷重に耐える能力が高いことを示しています。

接触法線方向の分布。

この研究では、実験室試験と数値解析を使用して、砂質土壌で垂直隆起荷重を受ける半円形の薄肉杭を調査し、次の結論が得られます。

揚力荷重の下では、杭は主に 4 つの段階、すなわち載荷の初期段階、ひずみ硬化段階、載荷のピーク段階、およびひずみ軟化段階を経ます。応力が増加すると、杭周囲の土壌は逆円錐形の損傷を示し、表層土壌アーチ現象が明らかになります。揚力過程において、同じ荷重の下での杭の軸力は深さ方向に減少し、同じ深さでの揚程荷重が増加するにつれて増加します。同時に杭の横方向摩擦抵抗が深さ方向（杭底部から60mm）および揚程荷重に伴って発生します。長さと直径の比（L/D）の増加に応じて極限容量が増加しました。

パイルリフト試験中、DIC 画像は周囲の土壌の破壊プロセスを定量化します。杭深さ 300 mm、250 mm、200 mm の隆起変位により発生する地盤撹乱変位は、杭周囲で V 字状のパターンを示し、杭深さが深くなるにつれて杭周囲の土の影響範囲が拡大します。杭を取り囲む土壌粒子が表面にアーチ現象を示します。現在、最大の外乱力により、土壌変位ベクトルの分布は最も密になっています。

DEM によってモデル化された杭の横方向の摩擦抵抗は、常に最大支持力よりもわずかに小さくなります。杭に沿った選択された 4 つの場所における軸力は、大きさを除いて、最終的な支持力曲線と同じパターンに従います。シミュレートされた支持力曲線は、試験の杭荷重 - 変位曲線と同一です。シミュレーションされた土壌変位雲と杭周囲のベクトル図は、DIC が試験で測定した全体的な損傷傾向と一致しており、杭の上面から土が突き出ています。したがって、DEM シミュレーションとテストを相互に検証し、研究の妥当性と実行可能性を実証できます。

ミクロな観点から見ると、DEM シミュレーションの力連鎖図は、周囲の土壌粒子に対する杭の横方向の摩擦抵抗の力伝達プロセスを描写するのに役立ちます。載荷ピーク時の基礎地盤内の大きな主応力場とその方向ベクトルを解析した結果、大きな主応力は杭端から一定の距離で最大値に達し、杭の横摩擦抵抗が最初に増加し、その後深さに沿って急激に減少します。方向ベクトル図は分割され、定量化されます。移行領域と比較して、集中領域は異方性が高く、接触法線の主方向も垂直方向に近いため、粒子は垂直方向の引き抜き荷重に耐える能力が強くなります。

この作品で使用されるデータは、対応する著者への合理的な要求に応じて利用可能になります。

ウェンさん。上部径間シールドトンネルピット掘削における引抜杭浮き板防止補強システムの適用解析。路床工学 https://doi.org/10.13379/j.issn.1003-8825.202011029 (2021)。

記事 Google Scholar

Alawneh, AS、Malkawi, AIH & Al-Deeky, H. 乾燥した砂の中の滑らかなモデル杭と粗いモデル杭の引張試験。できる。ジオテック。 J. 36(4)、746–753。 https://doi.org/10.1139/cgj-36-4-746 (1999)。

記事 Google Scholar

Chen, Y.、Deng, A.、Lu, F. & Sun, H. 部分的にねじ込まれたシャフトを備えた垂直荷重杭の破壊メカニズムと支持力: 実験とシミュレーション。計算します。ジオテック。 118、103337 (2020)。

記事 Google Scholar

アムジャド、M.ら。 XGBoost アルゴリズムを使用した杭支持力の予測: モデリングと性能評価。応用科学。 https://doi.org/10.3390/app12042126 (2022)。

記事 Google Scholar

Al-Mhaidib、A. 砂の中のモデル杭の揚力能力に対する圧縮荷重の影響に関する実験研究。内部。 J. ジオテック。工学 6(1)、133–137 (2012)。

記事 Google Scholar

Aldaeef、AA および Rayhani、MT 変化する暴露温度下での、氷の少ない凍土における杭と土壌の界面特性。コールドレギュレーション科学。テクノロジー。 191、103377 (2021)。

記事 Google Scholar

Cui, J.、Rao, P.、Li, J.、Chen, Q.、Nimbalkar, S. 粘土中の打ち込み杭の支持力の時間依存性の変化。土木学会論文集 - 地盤工学 1–17 (2022)。

Jeong, S.、Kim, D. & Park, J. 現場試験に基づく、鋼管のプレボーリング杭およびプレキャスト杭の経験的な支持力公式。内部。Ｊ．ジオメック。 21(9)、04021165 (2021)。

記事 Google Scholar

Shark, A. & Patra, R. 単杭の揚力能力に対するアーチの影響。内部。Ｊ．ジオメック。 ASCE 50、8 (2008)。

Google スカラー

Qin, Y.、Meng, Q.、Wang, R.、Hu, S.、Zhang, Y. 南シナ海の石灰質砂における隆起単杭のモデル実験研究。 3月、ジオレソール。ジオテクノロジー。 35(5)、653–660。 https://doi.org/10.1080/1064119x.2016.1215362 (2017)。

記事 CAS Google Scholar

Hussein, HNA、Shafiqu, QSM & Khaled, ZS、乾燥砂に埋め込まれた杭の隆起支持力に対する地震効果、Journal of Physics: Conference Series、012019 (IOP Publishing、2021)。

Sakr, M.、Nazir, A.、Azzam, W.、Sallam, A. 揚力荷重下での翼付き単杭のモデル研究。応用海洋研究所 100、102187。https://doi.org/10.1016/j.apor.2020.102187 (2020)。

記事 Google Scholar

Huo, K.、Qin, X.、Yue, H. 大径鋼管杭の揚力静荷重試験に関する力学に基づく研究。第 2 回土木工学と交通に関する国際会議 (ICCET 2012) にて。 Applied Mechanics and Materials、桂林、PEOPLES R CHINA、410–415。 https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/AMM.256-259.410 (2012)。

Emirler, B.、Tolun, M.、Yildiz, A. 砂に埋め込まれた隆起荷重を受けた単一杭の 3D 数値応答。ジオテック。ゲオル。工学 37(5)、4351–4363。 https://doi.org/10.1007/s10706-019-00913-1 (2019)。

記事 Google Scholar

Moayedi, H. & Mosallanezhad, M. 緩い砂におけるベル付きおよびマルチベル付き杭の隆起抵抗。測定 109、346 ～ 353。 https://doi.org/10.1016/j.measurement.2017.06.001 (2017)。

記事 ADS Google Scholar

Liu, W. & Zhou, J. 揚力荷重下の杭の粒子流コードの数値シミュレーション。顎。 J. ジオテック。工学 26(4)、516–521 (2004)。

Google スカラー

WR アッザムおよびマサチューセッツ州メスマリー追加荷重を受けた単一引張杭の挙動。 NED大学Ｊ．Ｒｅｓ． 7(1)、1–12 (2010)。

Google スカラー

ASTM D6913−04。ふるい分析を使用した土壌の粒度分布 (グラデーション) の標準試験方法、米国ペンシルバニア州ウェストコンショホッケン (2009)。

Zhao, Z.、Ye, S.、Zhu, Y.、Tao, H.、Chen, C. 黄土の崩壊性を考慮した杭の負の表皮摩擦に関するスケールモデル試験研究。アクタ・ジオテック。 17、601–611。 https://doi.org/10.1007/s11440-021-01254-1 (2022)。

記事 Google Scholar

Liu, Y.、Yang, P.、Xue, S.、Pan, Y. 杭の負の表皮摩擦の発生に対する浚渫船盛土の自己圧密の影響。アラブ。Ｊ．Ｇｅｏｓｃｉ． 13、725。https://doi.org/10.1007/s12517-020-05739-3 (2020)。

記事 Google Scholar

Sakr, M.、Nazir, A.、Azzam, W. & GamalEldin, I. 砂中の張力二重アンダーリーマ杭のグループ効率。インドのジオテック。 J. 53、11-28。 https://doi.org/10.1007/s40098-022-00642-y (2023)。

記事 Google Scholar

Abdelgwad, A.、Nasr, A.、および Azzam, W. 砂の中の単一杭の揚力能力を向上させるための拡大されたベースの利用 - モデル研究。イノヴ。インフラストラクチャ。解決。 7、317。 https://doi.org/10.1007/s41062-022-00922-9 (2022)。

記事 Google Scholar

Basha, A. & Azzam, WR 部分的に水没した砂に埋め込まれた単一杭の揚力能力。 KSCE J. Civ. 工学 22(4)、1-9。 https://doi.org/10.1007/s12205-017-1715-2 (2018)。

記事 Google Scholar

ASTM D3689-07。静的軸引張荷重下の深層基礎の標準試験方法、米国ペンシルバニア州ウェストコンショホッケン (2007)。

Rothenburg, L. & Bathurst, R. 理想化された粒状材料における誘起異方性の分析研究。ジオテクニック 39(4)、601–614 (1989)。

記事 Google Scholar

Zhang, X.、Jiang, M.、Yang, J.、Zhao, C. & Mei, G. 杭-土-ラフトの複合相互作用下でのラフトによる単一杭の強化メカニズムに関する巨視的およびメソスコピックな研究。計算します。ジオテック。 144、104630。https://doi.org/10.1016/j.compgeo.2021.104630 (2022)。

記事 Google Scholar

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本研究は浙江省交通局の科学技術計画プロジェクト（No.2021045）の支援を受けました。

衢州交通設計有限公司、中華人民共和国浙江省衢州市

ファン・ジャンピン

上海大学機械工学部土木工学科、99 Shangda Road、上海、200444、中華人民共和国

ソンチャオ・リン＆カイ・リウ

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JF がデータを分析して原稿を編集し、SL が数値解析を実行し、KL が実験を実行しました。著者全員が原稿をレビューしました。

ソンチャオ・リンへの手紙。

著者らは競合する利害関係を宣言していません。

シュプリンガーネイチャーは、発行された地図および所属機関における管轄権の主張に関して中立を保ちます。

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転載と許可

Fang, J.、Lin, S. & Liu, K. 模型試験と数値シミュレーションに基づく隆起杭の耐荷重機構のマルチスケール研究。 Sci Rep 13、6410 (2023)。 https://doi.org/10.1038/s41598-023-33221-z

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受領日: 2022 年 11 月 30 日

受理日: 2023 年 4 月 10 日

公開日: 2023 年 4 月 19 日

DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-023-33221-z

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