發(fā)布時間：2021-10-07 23:14

　　為揭示堆載作用下軟土固結(jié)沉降過程中樁土相互作用機理,首先,基于非達西流動定律推導(dǎo)土體非達西一維固結(jié)非線性方程,考慮土體固結(jié)過程中孔隙比和滲透系數(shù)等參數(shù)變化導(dǎo)致土體的非線性特性,通過有限差分法獲得超孔隙水壓力的數(shù)值解答,建立樁側(cè)土體固結(jié)沉降計算模型;其次,基于樁土荷載傳遞模型,考慮土體有效應(yīng)力增加對樁土界面強度的影響,提出固結(jié)土體中樁基長期承載時間效應(yīng)計算理論;第三,采用Python語言編制迭代求解計算程序,獲得樁身下拉荷載、樁側(cè)負摩阻力以及中性面隨時間變化的分布規(guī)律;最后,對比本文計算結(jié)果與現(xiàn)有試驗,并進一步研究排水條件對摩擦樁與端承樁下拉荷載分布及中性面位置變化的影響。研究結(jié)果表明:與非達西流動相比,按照達西流動定律計算結(jié)果高估了土體的有效應(yīng)力和樁土界面強度;排水條件對樁基礎(chǔ)中性面位置有很大影響,雙面排水時摩擦樁中性面位置隨結(jié)時間向上移動,端承樁則穩(wěn)定在樁尖附近,單面排水時中性面位置隨固結(jié)均向下移動;本文計算結(jié)果與離心機模型試驗結(jié)果總體變化規(guī)律相似,誤差可以接受,提出的樁身下拉荷載及中性面位置計算方法可以高效、準確地預(yù)測樁周土體在堆載作用下非達西流動固結(jié)過程中樁基長期承載響應(yīng)。 

【文章來源】：中南大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版). 2020,51(08)北大核心EICSCD

【文章頁數(shù)】：11 頁

【部分圖文】：

不同時刻差分沉降示意圖

圖3所示為超孔隙水壓力和有效應(yīng)力計算結(jié)果對比。由圖3(a)可見：采用非達西流動定律計算的土層超孔隙水壓力消散速度比達西流動計算的超孔壓消散速度慢，由于是雙向排水條件，在上下2個分界面開始水流逐漸排出，消散區(qū)域慢慢向土層中間擴散，總體而言中間消散速度最慢，呈拋物線形式分布。KIM等[35]的計算結(jié)果中超孔壓最大值位于地面以下7.6 m處，本文理論解位于地面以下6.3 m，形成該現(xiàn)象的原因是考慮土體自重的影響后，超孔隙水壓力朝向端部消散的速率要比朝地表方向的更快。固結(jié)1,2和5 a后，超孔隙水壓力最大值分別為45,44和37 k Pa,KIM等[35]按照達西流動計算的結(jié)果可以看出固結(jié)1,2和5 a后，超孔隙水壓力最大值分別為39,26和6 k Pa。由圖3(b)可見：由于土層邊界水流較快，超孔隙水壓力消散最快，因此在0～2 m段有效應(yīng)力沿深度逐漸減小，在2 m到土層下邊界之間有效應(yīng)力沿深度逐漸增大。經(jīng)過對KIM等[35]的計算結(jié)果進行對比，發(fā)現(xiàn)雖然土層初始有效應(yīng)力取固定值即平均有效應(yīng)力，但分析的有效應(yīng)力圖中結(jié)果是用實際初始有效應(yīng)力減去超孔隙水壓力，因此，可以與本文計算結(jié)果按照達西流動和非達西流動的方式進行對比。本文計算結(jié)果總體而言比達西流動計算結(jié)果小，這會導(dǎo)致土體的固結(jié)過程如果按照達西流動定律計算，根據(jù)有效應(yīng)力原理分析的土體有效應(yīng)力、樁土界面強度均會被高估。

為研究堆載作用下軟土在不同排水條件的沉降對樁基礎(chǔ)下拉荷載分布的影響，將18 m長混凝土樁穿過軟黏土層，樁徑為1.5 m，樁身彈性模量為31.5 GPa，樁端分別支撐在軟黏土和砂土之上，對應(yīng)考慮為摩擦樁和端承樁，地表大面積堆載為150 k Pa，砂土和黏土的物理力學(xué)參數(shù)與前述取值相同。如圖7所示為不同排水條件下端承樁在固結(jié)過程中樁身下拉荷載分布隨時間變化曲線。由圖7可見：對于端承樁而言，固結(jié)時間越久，樁身下拉荷載越大；經(jīng)歷相同時間土體固結(jié)后，土體排水條件為雙面排水時樁身下拉荷載最大值為單面排水的1.4～6.8倍，最大下拉荷載比值隨著固結(jié)時間發(fā)展逐漸減小。這主要是因為樁身受到負摩阻力作用，端承樁的下拉荷載最大值一般位于深層位置，而單面排水條件下深層土體的變形很小，雙面排水則相反，這導(dǎo)致了雙面排水時樁土相對位移更大，在相同的側(cè)向剛度作用下，雙面排水樁的下拉荷載遠大于單面排水樁的下拉荷載。

【參考文獻】：
期刊論文
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本文編號：3422968