碎石桩加固饱和砂土及粉土地基抗液化特性研究

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碎石桩又称为粗颗粒土桩,是指用振动、冲击或水冲等方式在软弱地基中成孔后,再将碎石桩或砂挤压入已成的孔中,形成大直径的碎石桩所构成的密实桩体。碎石桩与桩周土体共同作用,形成复合地基。70年代,碎石桩开始应用于可液化土层的加固,并逐渐发展成为一种应用广泛的抗震防液化加固手段。以往对碎石桩加固饱和砂土进行了广泛的研究并取得了丰硕的成果,但其加固饱和粉土地基理论研究却相对滞后,尤其是抗液化性能的理论研究远远落后于工程实践。因此,对粉土-碎石桩复合地基抗液化特性开展进一步的理论研究就显得非常重要。  本文采用三维有限差分程序FLAC3D对砂土、粉土碎石桩复合地基的超静孔压增长和消散、地表加速度及沉降进行了对比分析。主要研究成果如下:  (1)对天然饱和砂土地基在动荷载下的超静孔压发展特点及变形进行了分析研究,对比了Dr=23%和Dr=52%两种不同密实度饱和砂土地基的抗液化能力及沉降。结果证明了相对密度对土体抗液化能力和竖向变形有重要影响。  (2)对砂土单根碎石桩加固的饱和地基的超孔隙水压力的增长和消散规律进行了研究,研究结果表明碎石桩排水作用明显,具有明显的排水减压作用。碎石桩的超孔压比随着距离桩体距离的增大逐渐增大,排水减压作用逐渐减弱。碎石桩排水减压作用从上到下是不同的,成上窄下宽的圆台形,上部影响范围为2D(D是碎石桩桩径),下部影响范围为4D。  (3)对全部穿透液化砂土层的长桩、不穿透液化砂土层的短桩、长短桩组合的三种不同形式的碎石桩复合地基的孔压发展规律、动荷载作用期间的沉降及震后变形规律进行了对比分析研究。研究表明三种不同桩长的复合地基对桩间土的超孔压起到很好的抑制作用。长桩的震后沉降最小为37.1mm,长短桩的沉降为38.6mm,两者仅相差1.5mm,短桩沉降为47.1mm,但与未加固的天然砂土地基相比,震后沉降变形大大减小。  (4)对饱和粉土地基的超静孔压的发展规律与沉降进行了研究,并与饱和砂土地基进行了对比,发现粉土地基更不容易液化。主要是由于粉土的颗粒组成与砂土不同,由于砂土与粉土在颗粒结构和结构特征方面的差异,两者在施加动荷载后,超孔压比的发展会呈不同的发展趋势。  (5)研究了碎石桩加固后的饱和粉土地基的超孔隙水压力的增长和消散与变形规律并与砂土地基作了对比,结果发现碎石桩对粉土地基对孔压的发展有很好的抑制作用。与砂土地基相比,超孔隙水压力的消散速度比较慢,没有出现在砂土地基中迅速消散的现象;由于粉土中少量粘粒的存在,使得粉土具有一定的粘聚力和结构强度,限制了沉降量的增大,动荷载作用期间及震后沉降比砂土地基小。
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