寒區(qū)地下水對單樁力學(xué)特性影響的模型試驗(yàn)研究.pdf

1、為進(jìn)一步促進(jìn)寒區(qū)自然資源的開發(fā)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展，諸多公路、鐵路等交通基礎(chǔ)建設(shè)得以開展。樁基優(yōu)異的力學(xué)性能，使其在多年凍土區(qū)受到廣泛應(yīng)用。凍土區(qū)樁基不僅面臨著凍脹和融沉危害；與此同時(shí)，多年凍土區(qū)地下水等不良地質(zhì)環(huán)境對樁基力學(xué)性能也產(chǎn)生著不容忽視的影響。隨著寒區(qū)凍土地溫升高、氣候環(huán)境改變以及人類活動的增加，凍土區(qū)地下水等不良地質(zhì)的規(guī)模逐漸增大；這對建于其上的橋梁樁基所造成的危害日益加劇。此外，結(jié)合凍土區(qū)地下水的存在特征及性質(zhì)，分析發(fā)現(xiàn)可通過樁土模

2、型內(nèi)部埋置熱源的方式近似模擬地下水的存在。因此，本文研究主要依托于室內(nèi)混凝土單樁-凍土模型試驗(yàn)，內(nèi)置地下水熱源并設(shè)置不同的試驗(yàn)工況，進(jìn)而開展寒區(qū)地下水對單樁力學(xué)特性影響的模型試驗(yàn)研究。
　　按照不同的研究目的，設(shè)定不同的試驗(yàn)加載測試方案。為研究地下水對樁-土體系荷載傳遞的影響，試驗(yàn)設(shè)定在低溫試驗(yàn)箱工作時(shí)（維持-1.5℃），通過改變熱源的開、關(guān)及有、無，并且利用分級加載的方式來進(jìn)行試驗(yàn)測試。結(jié)果表明：樁側(cè)熱源使在樁埋深較大處的摩阻力

3、降低；為維持樁-土體系穩(wěn)定，樁端阻力得到進(jìn)一步發(fā)揮，因此導(dǎo)致埋深較大處的樁身軸力從樁頂端到底端的損失最??；樁底熱源使樁端凍土融化，承載力降低，所以此時(shí)樁身軸力變小，樁側(cè)凍結(jié)應(yīng)力得以發(fā)揮；地下水的存在又會導(dǎo)致樁土間的相對位移及樁基下沉程度加劇。
　　在低溫試驗(yàn)箱工作時(shí)（維持-1.5℃），通過分級加載，研究地下水的存在對樁-土體系流變效應(yīng)及樁基極限承載力影響。結(jié)果表明：在各級加載下樁頂位移隨時(shí)間變化趨勢均可用對數(shù)函數(shù)進(jìn)行擬合；荷載級別

4、的增大使得樁頂位移穩(wěn)定時(shí)的差值變大；熱源使得樁頂位移穩(wěn)定所需時(shí)間增加。凍土的流變效應(yīng)會導(dǎo)致樁基極限承載力降低，而地下水的存在則進(jìn)一步加劇凍土流變效應(yīng)對樁基承載性能的影響。
　　另外，在低溫試驗(yàn)箱停止工作情況且無熱源時(shí)，樁基在荷載較小時(shí)短期內(nèi)可達(dá)到平衡；而有熱源時(shí)，凍土僅在初始階段維持樁基穩(wěn)定，隨著時(shí)間的推移，很快發(fā)生破壞。所以在多年凍土區(qū)實(shí)際工況中，一旦氣候變暖，并且樁基所處凍土區(qū)含地下水，這對樁基的穩(wěn)定性危害較大。同時(shí)，通過分析

5、樁土流變效應(yīng)對荷載傳遞的影響，結(jié)果表明：在熱源存在時(shí)，樁側(cè)凍結(jié)應(yīng)力隨時(shí)間遞減趨勢大于無熱源時(shí)其值的變化；熱源使得樁端凍土逐漸發(fā)生融化，并且由其所產(chǎn)生的融化效應(yīng)隨時(shí)間不斷發(fā)展；在無熱源時(shí)，在加載后期樁基沉降量由于流變效應(yīng)依舊會有所增加；所以地下水的存在，導(dǎo)致樁端阻力減弱且不足以對樁基提供足夠的承載力，使得樁基出現(xiàn)失穩(wěn)或破壞。
　　可見，寒區(qū)地下水的存在，不僅會使樁基承載性能降低，還能夠加速凍土流變效應(yīng)的發(fā)揮而導(dǎo)致樁基沉降加劇，從而給