【摘 要】
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我国西南地区已建和待建一批大型水利工程,水库每年的周期性蓄水与放水会在库区地层中产生水位涨落影响区,导致场地内的土体应力和变形状态发生变化,进而对库区周边的建筑地基产生不利影响。本文依托金沙江白鹤滩水电站北门移民新近回填土地基工程,采用单元体试验、模型试验和数值模拟相结合的方法,对水位涨落条件下新近回填土地基中桩基承载特性进行研究,分析水位涨落环境对于桩周土体的软化和沉降规律的影响,以期为大型库区
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我国西南地区已建和待建一批大型水利工程,水库每年的周期性蓄水与放水会在库区地层中产生水位涨落影响区,导致场地内的土体应力和变形状态发生变化,进而对库区周边的建筑地基产生不利影响。本文依托金沙江白鹤滩水电站北门移民新近回填土地基工程,采用单元体试验、模型试验和数值模拟相结合的方法,对水位涨落条件下新近回填土地基中桩基承载特性进行研究,分析水位涨落环境对于桩周土体的软化和沉降规律的影响,以期为大型库区环境下桩基工程的设计和施工提供参考。本文的主要工作和成果包括以下几个方面:(1)开展了桩-土接触界面直剪试验研究,分析了界面粗糙程度、土体含水率和干湿循环次数对界面剪切特性的影响。结果表明,界面剪切强度随着界面粗糙程度的增加而增大,随着土体含水率的增加而降低;干湿循环次数对界面剪切性能有轻微的弱化作用,以首次干湿循环最为明显;经三次干湿循环后,界面剪切强度基本稳定。(2)开展了6种工况的水位涨落条件下单桩和群桩模型试验,揭示了水位涨落对桩基承载特性的影响规律。结果表明:水位涨落影响桩身轴力分布,使轴力沿桩深方向先增大后减小;桩身轴力随时间逐渐发展,水位下降阶段的轴力值最大;水位涨落使桩身的上半部分受到负摩阻力作用,负摩阻力沿桩深方向先增大后减小;桩侧摩阻力随时间逐渐发展,在水位下降阶段变化最大。桩顶沉降远小于土体沉降,且桩顶沉降随着桩顶荷载等级的增加而增大;水位上升阶段的桩顶和土体的位移量分别占各自最终沉降量的绝大部分;土体沿桩身深度方向的沉降表现出累积趋势和分层沉降的特点,最深层的土体沉降量最小,最表面的土体沉降量最大;孔隙水压力的变化规律和水位涨落规律一致。(3)应用ABAQUS软件进行了水位涨落条件下桩基承载特性的数值模拟研究,与模型试验结果进行对比,验证了数值模型的合理性和可靠性。结果表明:桩身轴力和负摩阻力均随着时间逐渐发展;轴力和桩侧摩阻力的变化规律受桩顶荷载等级的影响,桩顶荷载等级增大时,轴力的变化幅度增大,桩侧负摩阻力减小,中性点上移,同时桩-土相对位移也增大;对于深部土体,距桩身的距离越近沉降越显著;对于浅层土体,距桩身的距离越远沉降越显著。(4)开展了水位涨落次数和桩周土的弹性模量对桩基承载特性的数值模拟研究,结果表明,桩身轴力和桩侧摩阻力随着水位涨落次数的增多而逐渐发展;水位涨落次数影响桩周土体和桩顶沉降的发展,首次水位涨落引起的土体和桩顶位移占了最终沉降位移的绝大部分;水位涨落使桩顶出现残余沉降,并随着水位涨落次数的增加,残余沉降增加。当桩周土的弹性模量减小时,桩侧负摩阻力逐渐增大,中性点位置出现轻微的上移现象。
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