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地震是当今世界上面临的最大自然灾害之一。近些年来,全球范围内地震频繁发生,地震作用下饱和砂土容易产生液化问题,从而加剧建筑物的破坏,造成严重的人员伤亡和财产损失,如何消减饱和砂土液化问题减少损失是多年来岩土工程领域研究的重要课题。水泥土桩和碎石桩在实际工程中用来提高地基承载力、解决地基不均匀沉降和消除土体液化方面得到了广泛的应用,其中碎石桩被认为是加固液化土地基的有效方式,钢管桩在提高地基承载力和消除地基不均匀沉降方面广泛应用,但钢管桩与水泥土桩或碎石桩复合加固液化土消除其液化现象在实际工程中应用相对较少,这就有待于我们进一步研究。因此,系统研究钢管桩参与下的复合桩加固液化土地基作用机理及加固效果,全面的分析各个参数之间的内在联系具有极大的意义。
“桩体加固液化砂土作用机理的试验研究”的基础上,展开对未加固地基、水泥土桩加固地基、碎石桩加固地基、钢管桩加固地基、钢管桩与水泥土桩复合加固地基和钢管桩与碎石桩复合加固地基的振动台模型试验,得到了不同加固形式下地基液化土宏观现象和不同埋深处超静孔隙水压力、土压力和桩身弯矩时程曲线,并对各个参数的峰值和30s及结束时的数值进行了统计分析,通过对比各组试验数据,归纳出变化规律,结论如下:
(1)桩体加固液化土模型超静孔隙水压力随埋深而增大。碎石桩可以消散孔隙水,随着孔隙水压力减小土体强度增强,抑制液化土的液化,而刚性桩没有这种作用。钢管桩加固液化土模型整体降低超静孔隙水压力,刚度越刚,这种效果越明显,并且能减少地基土沉降。
(2)几种桩体加固液化土模型土压力都呈现中层最大,上层次之,下层最小。碎石桩的排水作用使得地基土在中后期的土压力有所回升,提高土体的强度。刚性桩加固液化土模型在试验中、后期土压力保持在一定的数值,水泥土桩、钢管桩这些刚性桩体抵抗水平力的作用明显,刚度越大,其抑制水平力的能力就越强。
(3)桩体加固液化土模型土桩身弯矩整体有中层最大,上层次之,下层最小的规律。同一埋深处,前期桩身弯矩峰值由大到小依次为:钢管桩加固、钢管桩与水泥土桩复合加固、钢管桩与碎石桩复合加固。试验进行到中后期其大小顺序发生了改变,由大到小依次为:钢管桩与碎石桩复合加固、钢管桩加固、钢管桩与水泥土桩复合加固。
综上所述,钢管桩没有消散超静孔隙水压力的作用,但能整体上降低水平作用力,碎石桩在地震过程中能消散孔隙水压力从而提高土体强度,因此设计钢管桩与碎石桩二元复合加固液化土既增加水平抗力又通过排水提高土体强度,共同满足抗液化和提高竖向和水平向承载能力的要求。