膨脹土地基脹縮特性及樁-土相互作用研究.pdf

1、在鐵路、公路、水利、建筑等土木工程建設(shè)中，有時(shí)會(huì)遇到膨脹土的問(wèn)題，而膨脹土遇水膨脹、失水收縮的反復(fù)作用有可能會(huì)給修建于其上方的構(gòu)筑物造成嚴(yán)重破壞。為了將膨脹土因遇水膨脹而引起構(gòu)筑物抬升量減至最小，構(gòu)筑物的基礎(chǔ)常常采用樁基礎(chǔ)形式。由于膨脹土本身的復(fù)雜性，使得樁.膨脹土相互作用機(jī)理與一般樁-土相互作用機(jī)理有著較大的差別。當(dāng)設(shè)計(jì)或施工不當(dāng)時(shí)，樁會(huì)受到膨脹土膨脹而帶來(lái)的上拔力，造成樁連同樁上構(gòu)筑物一起抬升，甚至產(chǎn)生樁被拉斷等破壞現(xiàn)象，嚴(yán)重影響構(gòu)

2、筑物的安全。因此，深入開(kāi)展膨脹土地基中樁-土相互作用的研究具有重要的理論價(jià)值和工程實(shí)際意義。本文在綜合分析國(guó)內(nèi)外有關(guān)膨脹土中樁的研究現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，采用室內(nèi)試驗(yàn)、模擬試驗(yàn)、理論研究和數(shù)值分析相結(jié)合的研究方法，取得了如下主要研究成果和結(jié)論： (1)通過(guò)對(duì)湖南潭邵高速公路和廣西南寧地區(qū)膨脹土進(jìn)行的大量室內(nèi)膨脹與收縮試驗(yàn)，系統(tǒng)地研究了膨脹土的脹縮特性，建立了膨脹力、膨脹率的回歸方程，為預(yù)測(cè)和估算膨脹土地基的差異隆起或沉降提供了依據(jù)。

3、 (2)基于對(duì)膨脹土脹縮特性的研究，提出了一個(gè)計(jì)算均質(zhì)膨脹土地基和層狀膨脹土地基膨脹隆起的新方法。該方法不僅能計(jì)算地基中各深度的膨脹隆起終值，還可以預(yù)測(cè)隆起隨時(shí)間的變化。通過(guò)與試驗(yàn)結(jié)果的對(duì)比，證明具有良好的可靠性和實(shí)用性。 (3)在膨脹土基樁荷載傳遞研究中考慮了膨脹土膨脹與收縮作用，提出了考慮樁頂荷載和膨脹土的膨脹或收縮共同作用下基樁荷載傳遞的解析計(jì)算方法。由于引入了土體膨脹與收縮的時(shí)間效應(yīng)，因此該方法可以預(yù)測(cè)出樁身軸力、變

4、形和樁側(cè)摩阻力隨時(shí)間的變化規(guī)律。通過(guò)與三個(gè)實(shí)例的對(duì)比分析，該方法是可靠的，且具有方法簡(jiǎn)單、實(shí)用性強(qiáng)、計(jì)算精度高等優(yōu)點(diǎn)。 (4)通過(guò)對(duì)膨脹土與混凝土塊接觸面大量直剪摩擦試驗(yàn)資料的分析，提出了一種樁-膨脹土接觸面力學(xué)分析的本構(gòu)模型，它是對(duì)現(xiàn)有模型的一個(gè)補(bǔ)充。該模型涉及的5個(gè)參數(shù)可通過(guò)直剪摩擦試驗(yàn)獲得。 (5)對(duì)膨脹土地基中樁-土相互作用進(jìn)行了室內(nèi)模擬試驗(yàn)，系統(tǒng)地研究了膨脹土地基中基樁的豎向靜載特性和膨脹土浸水膨脹對(duì)基樁的影響

5、，為進(jìn)一步對(duì)樁-膨脹土相互作用進(jìn)行數(shù)值模擬分析提供了試驗(yàn)及理論依據(jù)。 (6)基于流-固耦合力學(xué)理論，將膨脹土吸水膨脹或失水收縮過(guò)程視為一個(gè)動(dòng)態(tài)耦合作用過(guò)程，建立了滲流-變形耦合模型，并引入相關(guān)的非飽和膨脹土理論，采用FORTRAN語(yǔ)言編制了開(kāi)放功能良好的非飽和膨脹土流-固耦合有限元程序。 (7)在上述非飽和膨脹土流-固耦合有限元程序中增加了樁-土分析模塊，對(duì)膨脹土地基中樁-土相互作用進(jìn)行流-固耦合分析。分析中選用了古德曼