桩基与膨胀土浸水作用的模型试验研究

摘要

膨胀土是一种以蒙脱石、伊利石、高岭石为主的粘土矿物，它具有强烈的亲水性质、超固结性、裂隙性，在遇水时容易导致膨胀而失水时造成收缩的反复变形性表现出与正常粘性土的工程性质区别，给在膨胀土地区中建设的公路、铁路、桥梁、隧道施工带来严重的影响，这种作用还伴随着反复性与长期潜在的危害性。　　尖山营大桥位于贵州省贵定县昌明镇，新建贵阳至广州高速铁路从此通过。有现场的监测数据显示，该大桥的桥墩出现了雨季异常抬升，旱季异常下降的现象，桥墩(台)位移严重地影响了该大桥的高铁梁轨结构的安全性。有研究表明该地区膨胀土的胀缩导致尖山营大桥桥墩出现了异常抬升沉降。针对这一实际工况，本论文以该大桥的膨胀土与桩基为研究对象，基于相似原理开展室内模型试验对该大桥的桩-土作用机理进行研究，为该地区的桩基设计与施工提供参考依据。本论文主要有如下的内容：　　(1)对模型试验所需的膨胀土相似材料进行了研究与选材，确立了以膨润土(成分主要是蒙脱石)、砂、高岭土作为相似膨胀材料模拟尖山营大桥膨胀土。　　(2)基于室内试验，以自由膨胀率与液限、塑限作为相似指标，研制了具有尖山营大桥膨胀土相似膨胀特性的材料配比，该配比以蒙脱石∶砂∶高岭土等于7∶6∶1。　　(3)分析了模型桩身抬升沉降的时呈变化曲线，桩身经历2次不连续急剧抬升过程后平缓上升至最大值。对最长桩急剧抬升的时间占到该桩最大抬升量时间的一半，而对其余各桩急剧抬升时间仅占其最大抬升量时间的1/5～1/3。　　(4)在桩顶荷载相同的情况下，桩的最大抬升量随桩长增加而减小，它们之间呈现非线性的对数形式。　　(5)基于土体中的水平应力，通过计算得到了4#模型桩侧摩阻力与桩身轴应力沿桩身变化的分布曲线，对竖向荷载下桩-土体系的荷载传递机理进行了分析。　　(6)浸水初期土层上部膨胀，下部由于水流并未下渗而不膨胀或出现微膨胀，总体上膨胀土层膨胀隆起量随土层深度增大而呈线性减小。

目录

声明

第一章 绪论

1.1课题的研究背景与意义

1.2国内外研究现状

1.2.1 膨胀土相似膨胀材料研究现状

1.2.2膨胀土-桩基作用过程研究现状

1.2.3膨胀土-桩基模型试验研究现状

1.3研究内容及方法

1.3.1研究内容

1.3.2研究方法

1.3.3技术路线图

第二章 模型试验相似材料的选择及特性

2.1模型试验的相似理论

2.2模型试验的原型

2.3桩基与膨胀土相似材料的选取

2.3.1膨胀土相似材料的选取原则

2.3.2膨胀土相似材料的选定

2.2.3桩基相似材料的选取

2.4膨胀土相似材料的配比方案

2.4.1液限、塑限的测定

2.4.2自由膨胀率试验

2.5分级浸水无荷膨胀试验

（1）试验目的

（2）试验方案

（3）试验仪器

（4）试验步骤

（5）参数定义

（6）试验结果

2.5本章小结

第三章 模型试验设计与相关参数确定

3.1试验装置及设计

3.1.1模型箱设计

3.1.2膨胀土体配置

3.1.3模型桩设计

3.1.4桩顶抬升监测系统

3.1.5桩土应力监测系统

3.1.6浸湿灌水方案

3.2模型试验步骤

3.3试验注意事项

3.4本章小结

第四章 土层膨胀变形沿深度变化分析

4.1试验分析概述

4.2各层膨胀土的膨胀变量

4.3 本章小结

第五章 膨胀土—桩基浸水模型试验成果分析

5.1膨胀土桩土体系的荷载传递规律

5.1.1膨胀基本假定

5.1.2桩顶荷载与土体膨胀共同作用的解析方法

5.2桩身抬升规律分析

5.3水平土压力变化分析

5.4桩侧摩阻力与轴应力分析

（1）桩侧摩阻力

（2）桩身轴力

5.5桩端阻力分析

5.6本章小结

结论与展望

致 谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及科研项目