深长钉形双向水泥土搅拌桩桩身质量与单桩承载特性研究

摘要

钉形双向水泥土搅拌桩作为一种新的地基处理的技术，其承载特性不同于常规水泥土搅拌桩，关于其单桩荷载传递规律及承载特性已有初步研究成果。本文在前人基础上主要针对深长（桩长25m，扩大头高度10m）钉形双向水泥土搅拌桩的桩身质量和单桩承载特性进行了比较系统的研究。 论文通过水泥土配比试验验证现场水泥用量的合理性，同时研究了掺砂对水泥土强度的影响规律；通过现场水泥土芯样的无侧限抗压强度以及单桩静载试验研究了深长单桩的桩身质量和承载特性；采用荷载传递法分析了深长钉形双向水泥土搅拌桩的单桩荷载传递规律；应用有限元软件ABAQUS研究了深长单桩的荷载传递规律与承载特性。本文主要内容及结论如下： （1）通过室内常规及掺砂配比试验研究了现场水泥土无侧限抗压强度与各指标间的相互关系。研究发现掺砂可以进一步提高水泥土的强度，但并非在所有配比下都能达到强度提高的效果，需要通过室内试验确定最优配合比。通过对水泥土试块在不同龄期下的电阻率测试发现，90天龄期时常规水泥土试样无侧限抗压强度与其电阻率指标呈正相关关系，而掺砂水泥土试样的无侧限抗压强度与其电阻率指标间呈负相关关系。 （2）通过现场水泥土芯样的无侧限抗压强度试验研究了双向水泥土搅拌桩的桩身水泥土质量，结果表明采用双向搅拌施工工艺更有利于保证深长水泥土搅拌桩的桩身质量。通过电阻率测试探讨了水泥土芯样无侧限抗压强度与其电阻率指标间关系和现场水泥土搅拌的均匀性。现场Z1区和Z2区一共完成5根单桩静载荷试验，单桩p-s曲线均为陡降型，桩身轴力沿深度递减在扩大头处轴力有突变。 （3）采用荷载传递法分析了深长钉形双向水泥土搅拌桩的单桩荷载传递规律，桩侧与桩端处荷载传递函数均采用理想弹塑性模型；分析了深长钉形双向水泥土搅拌桩桩周土完全弹性和部分塑性两个状态下的桩身荷载传递规律；所得结果与现场试验结果基本保持一致，验证了分析结果的合理性。 （4）应用有限元软件ABAQUS对深长钉形双向水泥土搅拌桩单桩荷载传递规律与承载特性进行了数值模拟；在此基础上通过改变桩长、桩径、扩大头高度、桩土模量比以及桩土摩擦系数等参数，分析了各参数对深长单桩荷载传递规律以及承载特性的影响规律。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章 绪论

1.1 课题背景及研究意义

1.2 水泥土搅拌桩承载特性研究现状

1.2.1 水泥十搅拌桩桩身荷载传递规律试验研究现状

1.2.2 水泥土搅拌桩桩身荷载传递规律理论研究现状

1.2.3 水泥土搅拌桩桩身荷载传递规律数值模拟研究现状

1.3 超长水泥土搅拌桩的研究现状

1.4 钉形双向水泥土搅拌桩研究现状

1.5 本文的研究内容

第二章 水泥土(常规与掺砂)配比试验

2.1 概述

2.2 水泥土常规配比试验研究

2.2.1 常规配比试验方案

2.2.2 常规配比试验结果

2.2.3 常规配比试验水泥土无侧限抗压强度与各参数间关系

2.3 水泥土(掺砂)配比试验研究

2.3.1 掺砂配比试验方案

2.3.2 掺砂配比试验结果

2.3.3 掺砂配比试验水泥土无侧限抗压强度与各参数间关系

2.3.4 掺砂配比试验最优方案选择

2.4 水泥土常规配比试验与掺砂配比试验对比研究

2.5 本章小结

第三章 桩身质量分析与单桩静载荷试验

3.1 概述

3.2 深长钉形双向水泥土搅拌桩桩身质量研究

3.2.1 桩身芯样无侧限抗压强度试验结果分析

3.2.2 桩身芯样竖向及水平向电阻率分析

3.3 深长钉形双向水泥土搅拌桩现场试验研究

3.3.1 深长钉形双向水泥土搅拌桩现场静载荷试验

3.3.2 现场静载荷试验结果分析

3.3.3 现场桩身应力测试

3.4 本章小结

第四章 单桩荷载传递规律理论分析

4.1 概述

4.2 荷载传递法推导钉形双向水泥土搅拌桩单桩解析解

4.2.1 基本假定

4.2.2 荷载传递基本本构关系

4.2.3 荷载传递规律的解析解

4.2.4 方法验证

4.3 本章小结

第五章 单桩分析的有限元模型

5.1 概述

5.2 有限元分析基本原理

5.2.1 ABAQUS基本介绍

5.2.2 线弹性模型

5.2.3 Mohr-Coulomb 弹塑性模型

5.2.4 桩士接触面模型

5.3 模型验证

5.4.本章小结

第六章 单桩桩身荷载传递规律数值模拟

6.1 概述

6.2 单桩荷载传递规律分析

6.3 变参数对单桩荷载传递规律及承载力影响

6.3.1 扩大头高度(h1)变化

6.3.2 扩大头直径(D)变化

6.3.3 桩长(L)变化

6.3.4 硬壳层模量(E1)变化

6.3.5 桩土模量比变化

6.3.6 桩土摩擦系数变化

6.3.7 桩身模量变化

6.4 本章小结

第七章 结论与展望

7.1 全文主要结论

7.2 存在的问题及展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表论文