竖向荷载作用下复合桩加固液化土的振动台试验研究

摘要

砂土液化加固问题一直是世界各国岩土工程没有停止探究的课题。因为地震频繁发生所引起的土体液化，不仅仅发生在未加固土体，加固后的液化土也频频出现问题，造成了巨大的财产损失，因此对砂土液化加固的研究就显得尤为重要。碎石桩加固液化土可以消除液化，钢管桩加固液化土的目的为了提高地基承载力，已做过大量的研究。但钢管桩与碎石桩复合加固液化土方面，尤其施加竖向荷载时钢管桩与碎石桩复合加固地基的特性研究还很少，需要做大量、深入的工作。因此，进一步探讨竖向荷载作用下钢管桩与碎石桩复合加固对液化土体的效果和液化特性以及桩体沉降的研究具有一定的实际意义。
　　本文依托国家自然科学基金项目（项目号50578104）“桩体加固液化砂土作用机理的试验研究”和山西省黄土地区公路建设与养护技术交通行业重点实验室项目（合同编号KLTLR-Y13-3）“液化土层桩基础承载性状的试验研究”，主要针对竖向不同荷载作用下钢管桩与碎石桩复合加固模型进行振动台试验研究，观察未施加荷载、施加0.5kg、1kg、1.5kg、2kg以及2.5kg荷载时的复合桩加固地基的宏观现象，并记录试验数据，绘制超静孔隙水压力、土压力在不同埋深处以及桩体沉降量的时程曲线，综合分析超静孔隙水压力峰值、土压力峰值以及沉降差的变化趋势，得出如下结论:
　　(1)钢管桩与碎石桩复合加固地基在不同荷载作用下的宏观现象显示，振动结束后，模型箱土体表面聚集大量的水，说明碎石桩有明显的排水作用，随着水的排出孔隙水压力消散。不同埋深处的超静孑乙隙水压力变化趋势均先急速上升，达到峰值后缓慢下降，从下降的幅度不同分析，孔隙水压力消散从浅层开始，逐步向下扩散，随着深度的增加土体液化难度变大。
　　(2)不同荷载下复合桩加固土体的土压力沿埋深的曲线均呈开口向左抛物线型变化规律，中层土压力值大于浅、深层。说明桩体受振动荷载作用时中层受到的冲击力比浅、深层大。受力时桩体中部易发生损坏、折断。因此，提醒建筑物复合地基处理场地，应注意桩基中部的防护。
　　（3)桩体沉降量的时程曲线显示随着施加荷载的增加而变大，施加荷载从0.5kg到1kg，沉降量发生突变，随着荷载继续增加，沉降量迅速增加，此时，土体对桩体的约束已不明显。
　　(4)对比超静孔隙水压力与沉降变化曲线，超静孔隙水压力未达到峰值前，土体尚未液化，沉降曲线上升平缓，桩体承载能力还在显现;峰值后，土体局部出现液化，周围土体对桩体约束减小，沉降量迅速变大，桩体突然下沉，承载能力已不复存在。
　　综上所述，在振动荷载作用下钢管桩与碎石桩复合加固地基模型超静孔隙水压力变化可判断砂土液化程度;土压力沿埋深的变化可判断桩体易损部位;沉降量作为不同类别建筑物设计的重要指标，可用来控制容许承载力的取值范围。所以孔隙水压力、土压力、沉降量这三个指标的研究对实际工程中不同液化场地的判断、不同荷重建筑物地基承载能力控制都具有深远的指导意义。

目录

声明

摘要

符号说明

第一章 绪论

1．1 引言

1．2 砂土液化研究的现状及进展

1．2．1 砂土液化的概念和机理

1．2．2 判别砂土液化的方式

1．2．3 砂土液化的影响因素

1．2．4 液化砂土的危害

1．2．5 抗砂土液化措施

1．2．6 砂土液化研究的进展

1．3 桩体加固液化地基的研究

1．3．1 碎石桩加固液化土地基的研究

1．3．2 钢管桩加固液化地基的研究

1．4 振动台试验在砂土液化研究中的应用

1．5 选题意义和主要研究内容

1．5．1 选题意义

1．5．2 主要研究内容

第二章 试验设备

2．1 试验系统

2．2 振动台设备介绍

2．3 振动台模型试验的设计参数

2．3．1 模拟地震信号的确定

2．3．2 未加固地基模型的近似相似关系的确定

2．3．3 试验模型参数的确定

2．4 荷载施加的概述

2．5 试验所用传感器的设定

第三章 试验模型设计

3．1 模型箱

3．1．1 模型箱的制作

3．1．2 模型箱的类型和边界处理

3．2 试验土的制备及试验所需材料的选用

3．2．1 试验用土

3．2．2 碎石的选用及碎石桩的制作

3．2．3 钢管桩的制作

3．3 试验分组状况

3．4 模型制备

3．5 试验设备调试

第四章 试验数据整理与结果分析

4．1 未施加荷载复合桩加固液化土模型的试验现象与结果分析

4．1．1 试验现象

4．1．2 试验结果整理与分析

4．2 加荷0．5kg复合桩加固液化土模型的试验现象与结果分析

4．2．1 试验现象

4．2．2 试验结果整理与分析

4．3 加荷1kg复合桩加固液化土模型的试验现象与结果分析

4．3．1 试验现象

4．3．2 试验结果整理与分析

4．4 加荷1．5kg复合桩加固液化土模型的试验现象与结果分析

4．4．1 试验现象

4．4．2 试验结果整理与分析

4．5 加荷2kg复合桩加固液化土模型的试验现象与结果分析

4．5．1 试验现象

4．5．2 试验结果整理与分析

4．6 加荷2．5kg复合桩加固液化土模型的试验现象与结果分析

4．6．1 试验现象

4．6．2 试验结果整理与分析

第五章 模型试验资料结果综合分析

5．1 超静孔隙水压力的综合分析

5．2 土压力的综合分析

5．3 桩体沉降的综合分析

第六章 结论和展望

6．1 结论

6．2 展望

参考文献

致谢

攻读学位期间发表的学术论文