【摘 要】
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劲性复合桩作为由预制桩和水泥土搅拌桩复合而成的一种新桩型,凭借造价低、承载力高和绿色环保等优点,在浙江、江苏、天津、上海等地区被广泛应用于实际工程。然而目前对其在竖向极限荷载作用下产生变形破坏时,各接触面上摩阻力的演化机理尚不明晰。本文以劲性复合桩为研究对象,首先,通过室内正交试验探究水泥掺入量、土样含水率、养护龄期对劲性复合桩外芯水泥土强度的影响规律,以及各因素的影响权重,便于后续试验中合理调节
【基金项目】
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国家自然基金项目(52168045)“劲芯复合桩接触面力学-变形机制及承载传递模式研究”;
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劲性复合桩作为由预制桩和水泥土搅拌桩复合而成的一种新桩型,凭借造价低、承载力高和绿色环保等优点,在浙江、江苏、天津、上海等地区被广泛应用于实际工程。然而目前对其在竖向极限荷载作用下产生变形破坏时,各接触面上摩阻力的演化机理尚不明晰。本文以劲性复合桩为研究对象,首先,通过室内正交试验探究水泥掺入量、土样含水率、养护龄期对劲性复合桩外芯水泥土强度的影响规律,以及各因素的影响权重,便于后续试验中合理调节配合比得到试验所需的不同强度水泥土;然后,通过模型试验和直剪试验分别对劲性复合桩内外芯接触面以及外芯与桩周土接触面进行了较为系统的分析研究;最后,基于劲性复合桩接触面变形规律建立接触面本构模型。主要研究成果有以下几个方面:(1)通过室内正交试验研究了劲性复合桩外芯水泥土强度特性,结果表明:水泥掺入量、养护龄期增加能有效提升水泥土强度,在相同工况下,土样含水率增大,对水泥土强度具有一定的弱化作用;在试验所选的因素水平下,各因素对水泥固化黏土强度影响的权重值由大到小依次为土样含水率、水泥掺入量、养护龄期,各因素对水泥固化砂土强度影响的权重值由大到小依次水泥掺入量、养护龄期、土样含水率。(2)通过室内模型试验研究了劲性复合桩内外芯接触面剪切特性,结果表明:劲性复合桩内外芯接触面剪切特性主要由外芯水泥土强度进行控制,当外芯为水泥固化黏土时,接触面抗剪强度约为水泥土强度的0.159倍,当外芯为水泥固化砂土时,接触面抗剪强度约为水泥土强度的0.149倍;在达到接触面剪应力峰值前,劲性复合桩内外芯接触面剪应力与相对位移响应和传统的桩土接触面类似,接触面剪切应力随着内芯与外芯间相对位移的增大而逐渐增加,直至达到最大值,发生脆性破坏。(3)通过室内直剪试验研究了劲性复合桩外芯与桩周土接触面剪切特性,结果表明:劲性复合桩外芯与桩周土接触面上存在过渡区,水泥土强度增加使得接触面粗糙度、摩擦系数增大,导致接触面峰值剪应力随水泥土强度增加而单调增大;接触面峰值剪应力、残余剪应力与法向应力均符合摩尔库伦定律。(4)综合分析室内模型试验与室内直剪试验结果,在水泥土强度相同时,劲性复合桩外芯与桩周土接触面的抗剪强度均小于内外芯接触面抗剪强度,可认为在竖向荷载传递过程中,劲性复合桩外芯与桩周土接触面会先于内外芯接触面发生破坏。(5)基于劲性复合桩接触面变形规律建立了接触面本构模型,结果表明:该本构模型能够很好的模拟劲性复合桩接触面在剪切作用下的剪应力—剪切位移关系曲线;在剪应力作用下劲性复合桩接触面的变形过程可划分为两个阶段,第一阶段处于剪切黏结状态,第二阶段处于剪切滑移状态。
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