強濕陷性黃土模型試驗材料的研制與黃土地基單樁承載行為研究.pdf

1、隨著基礎建設規(guī)模的擴大,黃土地區(qū)的建設項目日益增多,尤其是強濕陷性黃土地區(qū)的工程問題,對科學研究和工程實踐都提出了一系列挑戰(zhàn)性的課題。
　　 正確地選擇相似材料是能否正確模擬工程原型的關(guān)鍵,強濕陷性黃土模型試驗材料一直是地質(zhì)力學模型試驗相似材料研究的瓶頸,限制了濕陷性黃土地區(qū)模型試驗的應用。本文介紹了相似理論與國內(nèi)外地質(zhì)力學模型相似材料研究的現(xiàn)狀,結(jié)合黃土濕陷的機理與原因,采用不同的制樣方法,通過大量的配合比試驗,成功研制了強濕

2、陷性黃土模型試驗材料,該材料選用重晶石粉和砂作為無粘結(jié)性材料,工業(yè)鹽、石膏和膨潤土作為粘結(jié)性材料,加水均勻拌合,潤濕24小時后采用空中自由下落方法制成試樣,50℃恒溫條件下風干試樣,以模擬風成黃土的沉積方式和形成條件。通過濕陷試驗,得到該相似材料具有和天然濕陷性黃土相似的濕陷特征,浸水產(chǎn)生強烈的濕陷；通過直剪試驗,得到該材料的強度參數(shù)也與天然黃土相似,而且可調(diào)節(jié)的容重范圍廣,易于購置,價格便宜,是一種比較理想的強濕陷性黃土模型試驗材料。

3、
　　 在成功研制出模型試驗材料的基礎上,采用鋁管模擬單樁,控制密實度和含水率,填入研制的模型試驗材料,進行強濕陷性黃土地基單樁模型試驗。通過樁側(cè)應變片測試樁身軸力和側(cè)阻力,在土體不同斷面和樁底布置土壓力盒,測試土體濕陷附加應力和樁端阻力,在土體表面和樁頂布置位移傳感器,測試土體濕陷變形量和樁頂沉降,分析了強濕陷性黃土地基單樁的承載力特征、樁側(cè)負摩阻力及沉降變形規(guī)律。
　　 利用大型有限元軟件ANSYS,基于模量折減法分

4、別建立與模型試驗相應的工況,對不同濕陷厚度土層進行單樁承載特性的數(shù)值模型,研究了濕陷系數(shù)變化時對單樁的承載行為、沉降變形和負摩阻力的影響,通過對比分析室內(nèi)模型試驗的研究和數(shù)值分析的結(jié)果,對強濕陷性黃土地基單樁的荷載傳遞機理與規(guī)律、負摩阻力分布特征、地基土和單樁的沉降變形特征分別作出系統(tǒng)的分析和比較。
　　 本論文研究取得主要的結(jié)論:
　　 通過強濕陷性黃土模型試驗相似材料的研制,得出采用空中自由下落方法能夠合理的模擬天然

5、風成濕陷性黃土的結(jié)構(gòu),具有和天然黃土相似的濕陷性、物理性能和力學性能,使?jié)裣菪渣S土模型試驗材料的試驗結(jié)果具有重復性和控制性,可直接控制材料的組成,因此,能很好地評價組分變化的影響,為濕陷性黃土地質(zhì)力學模型試驗相似材料的使用起到借鑒作用。
　　 通過濕陷性黃土地基單樁模型試驗,得到在自重濕陷作用下,由于負摩阻力的作用,使樁身受到顯著的軸力,進而產(chǎn)生一定的沉降,樁側(cè)負摩阻力對濕陷性黃土地區(qū)單樁的承載力會產(chǎn)生明顯的折減,雖然場地的濕陷

6、類型、濕陷量的大小、濕陷土層厚度等因素影響負摩阻力的大小,但將負摩阻力作為下拉荷載計入樁頂附加荷載,對自重濕陷性較強場地,負摩阻力取較大值是比較保守和安全的。
　　 基于模量折減法,將重力作用作為初應力指定為一種“荷載”進行施加,能夠使模型中應力與自重作用產(chǎn)生的應力相同,但位移場為零,即由重力引起的應力場但無位移場,然后進行參數(shù)折減,能夠消除數(shù)值計算時重力的影響,較好地實現(xiàn)了對黃土自重濕陷變形的數(shù)值模擬,模擬出自重濕陷變形對基樁