毛烏素沙漠風(fēng)積砂地基力學(xué)特性研究.pdf

1、毛烏素沙漠是我國12大沙漠之一，有著豐富的石油、天然氣、煤等自然資源。隨著西部大開發(fā)的深入，沙漠地區(qū)油氣田開發(fā)、基礎(chǔ)設(shè)施、工民建筑等工程建設(shè)得到長足發(fā)展，沙漠與工程建設(shè)的結(jié)合越來越緊密。在大量工程建設(shè)過程中，必須系統(tǒng)、全面、深入的認(rèn)識毛烏素地區(qū)特殊的風(fēng)積砂地基，了解風(fēng)積砂地基力學(xué)特性，探討科學(xué)有效的地基處理方法。 本文以彭建兵教授所承擔(dān)的長慶石油勘探局“毛烏素沙漠巖土工程及工程應(yīng)用研究”科研項目為依托，對毛烏素地區(qū)最常見的風(fēng)積砂

2、層地基力學(xué)特性進行系統(tǒng)、深入研究。通過對所設(shè)計的不同含水量不同干密度風(fēng)積砂模擬地基進行靜力載荷試驗，運用3D-σ有限元軟件對風(fēng)積砂地基進行數(shù)值分析，從地基極限承載力、地基附加應(yīng)力和地基變形破壞三個方面探討風(fēng)積砂地基力學(xué)特性。并對毛烏素地區(qū)工程建設(shè)中最常用的兩種地基處理方法--水墜法和水墜振密法進行研究，揭示其作用機理。 通過對同一千密度不同含水量工況試驗結(jié)果分析，風(fēng)積砂含水量對地基承載力的影響是砂顆粒間毛細(xì)作用結(jié)果，含水量較低時

3、地基承載力會隨著含水量的增大而增大并趨于穩(wěn)定，且增幅較小，當(dāng)風(fēng)積砂含水量小于10％，地基極限承載力會隨著含水量的增大呈增大趨勢，但增幅較小，當(dāng)風(fēng)積砂含水量大于10％，地基極限承載力趨于穩(wěn)定，不再隨含水量的增大而增大； 通過對同一含水量不同干密度工況試驗結(jié)果分析，地基極限承載力隨著風(fēng)積砂干密度的增大而增大，但在不同干密度范圍內(nèi)，地基極限承載力增幅有明顯區(qū)別，當(dāng)干密度ρ≤1.53g/cm3時，地基極限承載力很小且隨風(fēng)積砂干密度增大增

4、幅很小，當(dāng)干密度1.62≤ρ≤1.54g/cm3時，地基極限承載力隨風(fēng)積砂干密度增大而增大，增幅變大，當(dāng)干密度ρ≥1.62 g/cm3時，地基極限承載力隨風(fēng)積砂干密度增大而大幅度增加，提高風(fēng)積砂干密度是提高風(fēng)積砂地基承載力的重要途徑。 水墜法和水墜振密法處理風(fēng)積砂地基實質(zhì)是水的滲透作用和飽和環(huán)境中在震動荷載作用下砂顆粒重新排列，改變顆粒接觸狀態(tài)(由不穩(wěn)定轉(zhuǎn)為穩(wěn)定)，使地基整體結(jié)構(gòu)由松散變?yōu)槊軐?，試驗結(jié)果表明水墜振密法處理風(fēng)積砂地

5、基能有效提高地基承載力。 本文對十種試驗工況地基變形破壞形式進行分類分析，并根據(jù)典型工況地基標(biāo)志層變化，研究風(fēng)積砂地基沉降變形特征。 通過對靜載試驗中地基附加應(yīng)力觀測，本文以最典型試驗工況--水墜振密工況為例，從不同角度詳細(xì)分析風(fēng)積砂地基豎向、水平附加應(yīng)力分布變化特征，風(fēng)積砂地基豎向附加應(yīng)力隨著地基深度的增加而減小，應(yīng)力衰減量減小，傳遞深度不隨上部荷載的增加而增大；水平附加應(yīng)力隨上部荷載的增大而增大。對于毛烏素地區(qū)附加應(yīng)

6、力影響范圍內(nèi)由單一風(fēng)積砂構(gòu)成地基發(fā)生整體破壞時，構(gòu)成地基風(fēng)積砂的抗剪強度是影響地基極限承載力的主要因素。 本文利用3D-σ有限元計算軟件對所設(shè)計十種風(fēng)積砂地基進行數(shù)值模擬，得出各試驗工況豎向、水平附加應(yīng)力分色圖，地基豎向位移分色圖。研究表明地基豎向、水平附加應(yīng)力最大值與地基極限承載力呈良好的線性關(guān)系。風(fēng)積砂含水量、干密度不影響地基豎向附加應(yīng)力的擴散深度，且豎向附加應(yīng)力的擴散深度不隨上部荷載的增大而增大。 水平附加應(yīng)力影響

7、范圍較淺，基礎(chǔ)下風(fēng)積砂側(cè)向變形主要發(fā)生于淺層，基礎(chǔ)邊緣下風(fēng)積砂容易發(fā)生剪切滑動而首先出現(xiàn)塑性變形區(qū)。通過對風(fēng)積砂地基附加應(yīng)力實測結(jié)果與數(shù)值計算結(jié)果對比分析，中心附加應(yīng)力實測值、計算值與上部荷載有良好的線性關(guān)系，中心附加應(yīng)力實測值是計算值的2.2～3.6倍。 研究表明風(fēng)積砂地基變形模量不是常數(shù)，不同密實度情況其變形模量會有很大差異，密實度越大變形模量越大，靜載荷試驗中風(fēng)積砂變形模量隨風(fēng)積砂密實度、含水量的變化而改變。 靜載