波致粉质土海床液化条件下桩基受力规律的实验研究

摘要

近年来，在各种近海建筑物的建设中，桩基础被越来越广泛地应用。桩基础对地质条件和荷载情况的适应能力强，具有结构简单，沉降值小，承载力大，稳定性好等优点，在港口码头，跨海大桥，尤其是海上采油平台的建设中得到了普遍的应用。然而，在发生风暴潮等极端恶劣天气时，时常会出现建筑物的倾斜和垮塌事故，带来巨大的经济损失和人员伤亡。严重制约了沿海地区经济的发展。基于实际工程的需要，开展了本文的研究工作。
　　 本文从在波浪循环荷载作用下粉质土底床容易液化破坏的角度出发，利用取自黄河三角洲某港池内粉质土制作试验底床，进行室内波浪水槽试验。在底床未扰动和扰动破坏两种工况下，描述了在波浪作用下粉质土底床的运动特性和底床内土体工程性质的变化。初步探索了在波浪作用下液化土动压力的计算方法，并将理论计算值与实际测量值进行了比较分析。研究了在底床发生液化前后底床各层位总压力对波浪响应相位差规律。
　　 在底床未扰动的情况下，在波浪作用下底床表面较轻的颗粒进入上覆水体，底床表面将出现砂纹。随着波浪波高的加大，上覆水体变得越来越浑浊，底床表面的砂纹深度越来越深。底床扰动破坏后，在一定的波高波浪作用下床面土体将发生液化。随着波浪作用时间的推移，液化土体滑动面不断扩展，最终达到某一位置后处于相对稳定状态，继续增大波高后，滑动面还将继续扩展，但垂向扩展不明显，横向则明显崩解扩展，并重复上述过程。随着土颗粒不断地震荡滑动，液化土土体的密度增大，含水量减小，强度增加。同时在运动过程中孔隙水排出通道变得通畅，孔隙水夹带着细粒渗流上升，粘粒逐渐进入上覆水体，造成土体的粗化，最终在底床表面形成1.5～2cm后的高浓度粘粒层。
　　 本文中，采用小振幅波波浪动压力计算理论，引入二层流体模型计算波浪作用下液化土动压力。在进行理论计算值和实际测量值的比较时，发现总体上实际测量值要大于理论计算值。在底床表面处二者的相对误差较小，在底床下20cm处稍大。并且随着波浪波高的增大二者的相对误差会变小。但在底床下10cm这个层位上，理论计算值和实际测量值相对误差很大。
　　 论文在底床扰动和未扰动两种情况下，讨论了底床各层位土压力对波浪响应相位差。在未扰动时，上层土体和下层土体之间存在明显相位差。随着波高的增大，上层具有相同相位的土层厚度增加，且上层与下层之间的相位差减小。相位差出现的可能原因，是由于土体的不均一性。这种不均一性主要表现为土体的饱和性和土体渗透性的不均匀。我们还可以得出这样的结论，在土体完全饱和且土体各个部分的渗透性基本相同的情况下，在波浪的作用下土体的各个层位不会出现相位差，将会保持同步运动。
　　 在底床扰动破坏后，土床发生液化。此时水槽内出现，悬砂层、液化土层、不动土层三个性质截然不同的层位。实验结果表明，悬砂层和液化土层之间无明显的相位差，而液化土层和不动土层之间有明显相位差。在液化土层内部，相位差随液化的发生而消失。同时还发现，随波浪波高加大，液化土层与不动土层之间的相位差大体呈现逐渐减小的趋势。