膨脹土地基中樁的荷載傳遞特性研究.pdf

1、許多工程實(shí)例和研究都表明，在膨脹土地區(qū)內(nèi)進(jìn)行工程建設(shè)時(shí)，采用樁基礎(chǔ)能有效地減輕由于膨脹土的脹縮變化對(duì)上部結(jié)構(gòu)的變形影響。膨脹土地基由于含水量的變化對(duì)樁身會(huì)產(chǎn)生上拔或負(fù)摩阻力，從而引起樁的抬升、樁與承臺(tái)脫空甚至有可能將樁拉斷，造成結(jié)構(gòu)整體性破壞。據(jù)統(tǒng)計(jì)，全國(guó)每年因膨脹土造成了大量的市政、民用工程和交通運(yùn)輸設(shè)施的破壞，其直接經(jīng)濟(jì)損失高達(dá)數(shù)10億元。因此，對(duì)膨脹土進(jìn)行系統(tǒng)的研究很有必要也很緊迫。基于國(guó)內(nèi)外關(guān)于膨脹土地基中樁的研究現(xiàn)狀，在綜合分

2、析的基礎(chǔ)上，結(jié)合國(guó)家自然科學(xué)基金課題的研究，本文開(kāi)展了膨脹土中樁的荷載傳遞特性的研究工作。通過(guò)室內(nèi)試驗(yàn)、模型試驗(yàn)、理論分析和數(shù)值模擬相結(jié)合的方法進(jìn)行了研究，主要取得如下幾個(gè)方面的結(jié)論和創(chuàng)新性研究成果：
　　1)基于一維固結(jié)的室內(nèi)試驗(yàn)，研究了膨脹土變形隨時(shí)間變化的規(guī)律，得到了以下結(jié)果：
　?、倥蛎浲恋挠泻删€脹率與無(wú)荷線脹率與時(shí)間的關(guān)系曲線是不同的：前者的發(fā)展過(guò)程近似分為2個(gè)階段，在半對(duì)數(shù)坐標(biāo)下符合雙曲線關(guān)系；而后者的發(fā)展過(guò)程近

3、似分為3個(gè)階段，在同樣的坐標(biāo)下更適合用對(duì)數(shù)函數(shù)進(jìn)行描述。
　?、谂蛎浲恋木€縮率在雙對(duì)數(shù)坐標(biāo)下和時(shí)間幾乎呈線性關(guān)系。
　　進(jìn)一步用相應(yīng)的函數(shù)對(duì)各變形曲線進(jìn)行了擬合，精度很好。在此基礎(chǔ)上，從物理學(xué)角度對(duì)膨脹土的變形機(jī)理作了深入地分析，為研究膨脹土中樁-土共同作用隨時(shí)間的變化奠定了基礎(chǔ)。
　　2)通過(guò)改進(jìn)的室內(nèi)直剪儀對(duì)南寧膨脹土與混凝土接觸面進(jìn)行了多組直剪摩擦試驗(yàn)，探討了法向垂直壓力、含水率、干密度等因素對(duì)接觸面力學(xué)性質(zhì)的影

4、響。研究表明：影響極限剪應(yīng)力變化的最主要的因素是干密度，而影響殘余剪應(yīng)力變化的最主要的因素是含水率。基于試驗(yàn)數(shù)據(jù)和相關(guān)文獻(xiàn)，分析了各因素的敏感性，有助于提高對(duì)膨脹土與結(jié)構(gòu)物相互作用機(jī)理的認(rèn)識(shí)和理解，也為處理膨脹土問(wèn)題和繼續(xù)研究膨脹土中樁-土共同作用提供了依據(jù)。
　　3)通過(guò)樁基模型試驗(yàn)，從 P-s曲線、樁身軸力、樁側(cè)摩阻力、樁端阻力以及樁側(cè)、樁端阻力的荷載分配等方面研究和分析了膨脹土地基中樁的荷載傳遞特點(diǎn)，同時(shí)對(duì)比了膨脹土和一般粘

5、性土中樁的荷載傳遞的異同，有助于更好地理解膨脹土中樁的荷載傳遞規(guī)律。
　　4)通過(guò)膨脹土中樁基浸水的模型試驗(yàn)研究，從變形和受力兩方面探討了浸水過(guò)程中樁-土共同作用的機(jī)理。重點(diǎn)研究了樁身軸力、側(cè)摩阻力及中性點(diǎn)的變化規(guī)律，并提出設(shè)計(jì)樁長(zhǎng)可以通過(guò)求解正、負(fù)摩阻力的平衡方程來(lái)得到，同時(shí)獲得了樁周土變形的時(shí)程特性，為進(jìn)一步對(duì)樁-膨脹土共同作用進(jìn)行數(shù)值模擬分析提供了試驗(yàn)及理論依據(jù)。
　　5)基于樁-土相互作用的機(jī)理，首次利用剪切位移法分

6、別建立了樁頂荷載和膨脹土膨脹及收縮作用下的單樁荷載傳遞的彈性微分方程，并采用疊加原理推求了膨脹土地基膨脹或收縮作用下的單樁荷載傳遞的解析解。理論分析結(jié)果和實(shí)測(cè)結(jié)果比較吻合。
　　6)在以上研究的基礎(chǔ)上，編制了相應(yīng)的分析程序，對(duì)膨脹土地基中樁的荷載傳遞規(guī)律進(jìn)行了數(shù)值分析，得到了如下結(jié)論和結(jié)果：
　?、匐S樁長(zhǎng)的增加，樁身的抬升位移減小，而拉力增加。
　?、诼袢肱蛎浻绊懮疃纫韵螺^深的小直徑樁(d<0.043L)能有效地降低膨