【摘 要】
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软土地基具有高含水率、高压缩性及低渗透性等特征,预制管桩在软土地区沉桩时会造成挤土效应,进而产生超静孔隙水压力。由于软土地基中超静孔压的消散过程缓慢,降低了地基的固结速率且影响桩基承载力的发挥及沉桩的施工进度,造成了较大经济损失。如何加速超静孔压的消散是不可忽视的问题,课题组提出的透水管桩技术很好地解决了这一难题。此外,由于沉桩产生的扰动效应往往会降低超静孔压的消散速率,开展考虑扰动效应的透水管桩
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软土地基具有高含水率、高压缩性及低渗透性等特征,预制管桩在软土地区沉桩时会造成挤土效应,进而产生超静孔隙水压力。由于软土地基中超静孔压的消散过程缓慢,降低了地基的固结速率且影响桩基承载力的发挥及沉桩的施工进度,造成了较大经济损失。如何加速超静孔压的消散是不可忽视的问题,课题组提出的透水管桩技术很好地解决了这一难题。此外,由于沉桩产生的扰动效应往往会降低超静孔压的消散速率,开展考虑扰动效应的透水管桩地基固结问题研究则十分有必要。鉴于此,本文基于现有的透水管桩地基土固结特性研究方法,综合运用模型试验、理论分析以及数值模拟的方法对考虑扰动效应时的透水管桩单桩地基土的固结问题开展了研究。主要研究工作和成果如下:(1)开展了透水管桩单桩沉桩模型试验研究。探究了透水管桩的沉桩扰动对桩周土固结产生影响,并分析沉桩结束后土体超静孔压随时间、空间的变化规律以及沉桩过程中桩周地表土体的位移变化情况。结果表明:超静孔压随土体径向距离增大而减小,随深度的增大而增大;相同条件下,透水管桩的受到的扰动效应较普通管桩小;扰动范围具有随沉桩深度逐渐增大的特征;透水管桩在减小桩周土体超静孔压峰值方面较普通管桩的效果更为明显;近桩侧地表土体的空间合位移最大,随径向距离的增大而减小;随着径向距离的增大,竖向变形逐渐由向下沉降变为向上隆起。由此揭示了扰动效应对透水管桩桩周土固结的影响机理,为透水管桩的施工技术规范制定奠定了科学基础。(2)开展了考虑扰动效应及桩土界面参数影响时透水管桩桩周土体固结理论分析。分别探究径向距离、土体深度、扰动渗透系数比、扰动半径比及桩土界面参数等对桩周土体超静孔压消散的影响,并结合模型试验的结果进行对比分析。结果表明:不考虑扰动效应的影响时,会过高地估计土体中超静孔压的消散速率,从而导致过高地估计桩的承载力;超静孔压的消散速率随着土体渗透系数及反映开孔程度的桩土界面参数的增大而增大。这为研究扰动效应下透水管桩的工作特性提供了合理有效的理论分析方法。(3)开展了考虑扰动效应与径向渗透系数变化时透水管桩周土固结效果数值模拟研究。对不同开孔参数下透水管桩桩周土超静孔压消散的影响进行了分析,包括桩身开孔率、开孔方式及单层开孔数。结果表明:桩侧超静孔压的消散速率随开孔率的增大而提高;其它开孔参数保持不变时,桩侧超静孔压的消散速率随单层开孔数减小而提高;在相同的开孔方式下,扰动效应对不同开孔率和单层开孔数下超静孔压消散速率的影响显著;对于不同径向渗透系数变化模式,整个影响区内径向渗透系数呈非线性变化时的超静孔压消散速率最快;对于模式1~4(扰动区渗透系数不变、扰动区渗透系数线性变化、扰动区渗透系数非线性变化、整个影响区渗透系数线性变化),桩侧平均超静孔压消散速率随扰动半径及扰动区渗透系数增大逐渐减小;扰动半径及扰动区渗透系数的变化时,对于模式5(整个影响区渗透系数非线性变化)条件下超静孔压消散速率的影响并不明显,为透水管桩的推广应用提供了科学依据。
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