大厚度濕陷性黃土濕陷變形機(jī)理、地基處理及試驗(yàn)研究.pdf

1、以國家電網(wǎng)重大科技攻關(guān)項(xiàng)目為依托,通過大型現(xiàn)場浸水試驗(yàn)、地基處理試驗(yàn)、理論研究和多個(gè)工程地基處理的實(shí)例分析,對(duì)大厚度自重濕陷性黃土地基的濕陷變形規(guī)律、濕陷變形計(jì)算方法、地基處理方法、復(fù)合地基彈性塑性理論、石灰樁復(fù)合地基熱固結(jié)及溫度場-滲流場-應(yīng)力場耦合分析、孔內(nèi)深層強(qiáng)夯動(dòng)力固結(jié)等問題進(jìn)行了深入系統(tǒng)的研究。主要工作和創(chuàng)新成果如下:
　　 (1)對(duì)大厚度自重濕陷性黃土浸水試驗(yàn)的變形過程進(jìn)行了理論分析,論述了黃土的成因、土層和分布,黃

2、土濕陷的影響因素,研究了濕陷性黃土濕陷變形機(jī)理及計(jì)算方法,選取合理、簡單、實(shí)用的本構(gòu)模型,通過二次開發(fā),用有限元軟件ADINA計(jì)算了黃土濕陷變形,最后采用統(tǒng)計(jì)回歸、試驗(yàn)和數(shù)值計(jì)算結(jié)果給出了一個(gè)簡單實(shí)用的濕陷變形計(jì)算公式,結(jié)合現(xiàn)場試驗(yàn)驗(yàn)證了本文方法的正確性,這種計(jì)算方法給黃土的濕陷變形及評(píng)價(jià)提供了理論基礎(chǔ),是一種新的途徑。
　　 (2)在蘭州市和平鎮(zhèn)濕陷性土層厚度達(dá)36m的場地,進(jìn)行了大規(guī)模浸水試驗(yàn),在確定試坑直徑、深度和水頭高度

3、的基礎(chǔ)上進(jìn)行現(xiàn)場大面積浸水試驗(yàn),并分別在坑內(nèi)和坑外豎向埋設(shè)水分計(jì)和張力計(jì),在坑內(nèi)設(shè)置分層變形沉降觀測點(diǎn),地表設(shè)置地表沉降觀測點(diǎn),進(jìn)一步分析場地在飽和、非飽和、非達(dá)西滲流浸水條件下的自重濕陷特征,研究濕陷量的區(qū)域分布規(guī)律。揭示出大厚度自重濕陷性黃土的濕陷變形具有與中小厚度(小于15m)自重濕陷性黃土的濕陷變形不同的3個(gè)顯著特征:①濕陷量隨浸水歷時(shí)的發(fā)展過程包含5個(gè)階段,即初期平緩段、浸水陡降段、中期平緩段、停水后的陡降段和后期平緩段;②濕

4、陷速率在浸水期間呈顯“小→大→小→穩(wěn)定”的變化規(guī)律,在停水后則呈顯“大→小→穩(wěn)定”的變化規(guī)律;③濕陷量、試坑周邊裂縫的寬度和裂縫兩側(cè)地面的高差遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于既往同類研究記錄;④大厚度黃土場地的不同深度土層均會(huì)出現(xiàn)多次濕陷,濕陷次數(shù)隨著土層深度的增加將減少;⑤體積含水率在不同深度土層中呈現(xiàn)不同的變化規(guī)律;25m以上范圍內(nèi)水分入滲較為容易,該深度以下土層,由于上部土體發(fā)生濕陷壓密以及空隙中的氣體壓力增大導(dǎo)致了水分入滲緩慢。
　　 (3)根

5、據(jù)圓孔擴(kuò)張理論,建立了石灰樁復(fù)合地基膨脹彈塑性計(jì)算模型,并進(jìn)行了解析求解,獲得了石灰樁擠密有效半徑和樁壁膨脹壓力增量的計(jì)算公式;建立了石灰樁復(fù)合地基熱固結(jié)分析模型,利用Fourier變換、Laplace變換及其逆變換,給出了非等溫條件下石灰擠密樁圓柱形熱源周圍飽和土體熱固結(jié)問題的一個(gè)近似的解析求解方法;建立了石灰樁復(fù)合地基溫度場-滲流場-應(yīng)力場耦合控制方程,并用有限元法進(jìn)行了數(shù)值求解,基于Prandtl-Reuss準(zhǔn)則,進(jìn)行了復(fù)合地基蠕

6、變模擬;建立了孔內(nèi)深層強(qiáng)夯動(dòng)力簡化計(jì)算模型,并進(jìn)行了分析,獲得了強(qiáng)夯夯錘質(zhì)量與距離的函數(shù)關(guān)系,及強(qiáng)夯深度和樁周土體有效密度的關(guān)系;最后,采用地基處理技術(shù)對(duì)一實(shí)例設(shè)計(jì)及分析,通過理論分析與實(shí)測對(duì)比發(fā)現(xiàn)二者結(jié)果很接近,處理效果都達(dá)到了規(guī)范要求,而綜合比較發(fā)現(xiàn)DDC優(yōu)于石灰樁處理技術(shù),結(jié)果說明這兩種地基處理技術(shù)對(duì)大厚度濕陷性黃土是適用可靠的。
　　 (4)設(shè)計(jì)了灰土擠密樁和DDC兩種地基處理技術(shù)的現(xiàn)場試驗(yàn),并進(jìn)行了現(xiàn)場實(shí)測及分析,獲得

7、了一些為工程設(shè)計(jì)提供主要參考的有益結(jié)論:①經(jīng)DDC樁處理后的區(qū)域,水分很難從承臺(tái)周邊滲入。3個(gè)處理區(qū)域承臺(tái)沒有發(fā)生較大沉降,凍脹作用引起的地表膨脹甚至大于由于承臺(tái)下降和土體濕陷引起地表沉降;②3個(gè)不同DDC樁長處理后的地基都能抵抗20t/m2的荷載,選用DDC樁長15m可以有效節(jié)約成本,降低工程造價(jià);③樁間距1.0m～1.4m無論從擠密系數(shù)和濕陷系數(shù)都能滿足規(guī)范要求。如果選用較大的樁間距,這可以有效降低工程地基處理費(fèi)用30％左右;④在大

8、厚度自重濕陷性黃土場地上,針對(duì)涉及面廣的乙、丙類建筑,地基處理要求過嚴(yán),將增加建設(shè)投資;灰土和素土在處理大厚度自重濕陷性黃土地基時(shí),兩者在承載力方面表現(xiàn)差異不大,可在以后工程建設(shè)中直接采用素土樁,可以降低工程造價(jià);⑤在深層注水情況下,承臺(tái)、深層以及地表沉降基本呈現(xiàn)三段式發(fā)展規(guī)律,先期穩(wěn)定,中期緩降,后期突降;⑥樁長6m、10m和12m在深層注水情況下以及20t/m2荷載作用下,承臺(tái)和場地周邊發(fā)生沉降較大,而15m區(qū)域則沉降稍小,但其剩余