水泥固化作用对风积沙地基抗拔基础承载性能影响试验

摘要

风积沙具有结构松散、黏聚力低、稳定性差的特点,在干旱大风环境下,其抗风蚀稳定性差,影响输电线路杆塔基础的稳定性。近年来发展起来的固沙技术可有效改良风积沙的物理力学性质,提高地基承载性能。为研究水泥固化技术对杆塔抗拔基础承载性能及破坏模式的影响,以新疆南部塔克拉玛干沙漠风积沙为研究对象,分别制备出含水率ω为3%、5%的风积沙和水泥含量为4%、6%、8%的水泥固化风积沙填料,通过开展两种地基填料的模型基础上拔试验,获得水泥固化前后模型基础的上拔荷载位移曲线、抗拔极限承载力及破坏模式,并基于数值分析方法解释了地基填料破坏模式的形成机制。结果表明:水泥固化作用可有效提高风积沙地基的刚度,使基础与地基之间的变形更加协调。水泥含量对基础抗拔承载力Tu的影响与其含水率ω有关,ω越大,Tu的提高程度越明显;ω=5%时,Tu随水泥含量增加呈单调递增趋势;ω=3%时,Tu随水泥含量增加呈先提高后降低的变化趋势;水泥含量为6%时,Tu最大,可认为是该含水率条件下水泥含量的最佳配比。水泥固化前后,风积沙地基的破坏模式由张拉剪切组合破坏模式演变为张拉破坏模式。理论分析表明,锚板两侧的地基首先发生屈服,随着上拔荷载增加,屈服范围逐渐向上扩展,地基上部与基础交界面同步发生屈服,并逐渐向下扩展,最终上下塑性区在一定深度处交汇并连通,地基发生破坏。水泥固化前后风积沙填料的直剪试验与SEM测试结果表明:基础抗拔承载力Tu与填料黏聚力c之间满足线性关系,水泥与风积沙颗粒之间形成的胶凝物质改变了风积沙的微观结构,从而影响其变形及承载能力。