膨脹土地基中樁的荷載傳遞特性研究.pdf

1、許多工程實例和研究都表明，在膨脹土地區(qū)內進行工程建設時，采用樁基礎能有效地減輕由于膨脹土的脹縮變化對上部結構的變形影響。膨脹土地基由于含水量的變化對樁身會產生上拔或負摩阻力，從而引起樁的抬升、樁與承臺脫空甚至有可能將樁拉斷，造成結構整體性破壞。據統(tǒng)計，全國每年因膨脹土造成了大量的市政、民用工程和交通運輸設施的破壞，其直接經濟損失高達數10億元。因此，對膨脹土進行系統(tǒng)的研究很有必要也很緊迫?；趪鴥韧怅P于膨脹土地基中樁的研究現(xiàn)狀，在綜合分

2、析的基礎上，結合國家自然科學基金課題的研究，本文開展了膨脹土中樁的荷載傳遞特性的研究工作。通過室內試驗、模型試驗、理論分析和數值模擬相結合的方法進行了研究，主要取得如下幾個方面的結論和創(chuàng)新性研究成果：
　　1)基于一維固結的室內試驗，研究了膨脹土變形隨時間變化的規(guī)律，得到了以下結果：
　?、倥蛎浲恋挠泻删€脹率與無荷線脹率與時間的關系曲線是不同的：前者的發(fā)展過程近似分為2個階段，在半對數坐標下符合雙曲線關系；而后者的發(fā)展過程近

3、似分為3個階段，在同樣的坐標下更適合用對數函數進行描述。
　?、谂蛎浲恋木€縮率在雙對數坐標下和時間幾乎呈線性關系。
　　進一步用相應的函數對各變形曲線進行了擬合，精度很好。在此基礎上，從物理學角度對膨脹土的變形機理作了深入地分析，為研究膨脹土中樁-土共同作用隨時間的變化奠定了基礎。
　　2)通過改進的室內直剪儀對南寧膨脹土與混凝土接觸面進行了多組直剪摩擦試驗，探討了法向垂直壓力、含水率、干密度等因素對接觸面力學性質的影

4、響。研究表明：影響極限剪應力變化的最主要的因素是干密度，而影響殘余剪應力變化的最主要的因素是含水率?；谠囼灁祿拖嚓P文獻，分析了各因素的敏感性，有助于提高對膨脹土與結構物相互作用機理的認識和理解，也為處理膨脹土問題和繼續(xù)研究膨脹土中樁-土共同作用提供了依據。
　　3)通過樁基模型試驗，從 P-s曲線、樁身軸力、樁側摩阻力、樁端阻力以及樁側、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，同時對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)通過膨脹土中樁基浸水的模型試驗研究，從變形和受力兩方面探討了浸水過程中樁-土共同作用的機理。重點研究了樁身軸力、側摩阻力及中性點的變化規(guī)律，并提出設計樁長可以通過求解正、負摩阻力的平衡方程來得到，同時獲得了樁周土變形的時程特性，為進一步對樁-膨脹土共同作用進行數值模擬分析提供了試驗及理論依據。
　　5)基于樁-土相互作用的機理，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。理論分析結果和實測結果比較吻合。
　　6)在以上研究的基礎上，編制了相應的分析程序，對膨脹土地基中樁的荷載傳遞規(guī)律進行了數值分析，得到了如下結論和結果：
　?、匐S樁長的增加，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