本文關鍵詞：凍土地基鉆孔灌注樁熱學分析及承載特性試驗研究

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【摘要】：隨著國家西部大開發(fā)戰(zhàn)略逐步推進,凍土區(qū)工程建設活動方興未艾。由于凍土的特殊的熱學、物理力學性質(zhì),造成該區(qū)域建筑物易出現(xiàn)基礎融沉、道路翻漿等工程病害,所以對建筑物的基礎要求很高。鉆孔灌注樁因具備良好的承載特性被廣泛應用于凍土區(qū)的工程建設中,但是鉆孔灌注樁在施工過程中由于機械熱擾動、水泥水化熱及混凝土入模溫度對樁周凍土溫度場產(chǎn)生一定的影響,使樁周凍土在一定范圍內(nèi)溫度升高,甚至出現(xiàn)融化。同時,由于溫度場的改變也會影響基樁的承載性能。因此,本文以樁體混凝土水化熱樁周凍土溫度場的影響及回凍后凍土基樁承載力學特性為出發(fā)點。重點研究樁周凍土溫度場變化規(guī)律及鉆孔灌注樁承載特性。本文首先通過室內(nèi)模型試驗探究鉆孔灌注樁水化熱對樁周土溫度場的影響規(guī)律。在模型樁中內(nèi)置電熱棒加熱模擬混凝土水化熱,電熱棒功率為45W,用鋁管樁替代混凝土樁,模型樁的樁長60cm,外徑3cm,內(nèi)徑2.6cm。設定混凝土入模溫度為5℃,根據(jù)混凝土絕熱溫升理論和相關熱學知識計算出電熱棒需通電30分鐘。試驗分為三種工況進行研究,工況一:初始地溫為-3℃左右,電熱棒通電30分鐘;工況二:初始地溫-1℃左右,電熱棒通電30分鐘;工況三:初始地溫-1℃左右,電熱棒通電60分鐘。在土體中布置溫度傳感器,采集不同時間點的溫度,分析三種工況中模型樁水化熱對樁周凍土溫度場的影響規(guī)律。然后,樁周土回凍至一個穩(wěn)定溫度后,根據(jù)相應規(guī)范預估基樁極限承載力,分別對基樁進行靜載荷試驗,基于試驗數(shù)據(jù)得出荷載-沉降曲線、位移-時間曲線、樁側摩阻力和軸力沿樁長變化曲線。由試驗數(shù)據(jù)分析得出:(1)工況一中基樁在水化熱的作用下使樁周1cm范圍內(nèi)凍土融化,樁壁處土體最高溫度為2.4℃,回凍時間為150分鐘,基樁極限承載力為9.6kN;(2)工況二中基樁在水化熱的作用下使樁周3cm范圍內(nèi)凍土融化,樁壁處土體的最高溫度為6.4℃,回凍時間為190分鐘,基樁極限承載力為7.5kN;(3)工況三中基樁在水化熱的作用下使樁周5cm范圍內(nèi)凍土融化,樁壁處土體的最高溫度為9.2℃,回凍時間為330分鐘,基樁極限承載力為5.25kN。(4)初始地溫相同時,基樁的回凍時間隨水化熱增加而增加,基樁的極限承載力隨水化熱的增加而減小�；鶚端療嵯嗤瑫r,初始地溫越低,基樁的極限承載力反而增大。選取工況一借助ANSYS軟件探究基樁水化熱對樁周凍土溫度場影響規(guī)律。將數(shù)值模擬結果與模型試驗結果對比分析,二者規(guī)律基本一致。本文研究成果為凍土區(qū)樁基礎研究積累資料,同時可為工程設計、施工運營提供技術參考。
【關鍵詞】：凍土 鉆孔灌注樁 模型試驗 水化熱 承載力
【學位授予單位】：蘭州交通大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TU473.1
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 1.緒論10-16
• 1.1 課題背景及研究意義10-11
• 1.2 多年凍土地區(qū)樁基礎的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀11-14
• 1.2.1 凍土地區(qū)樁周土溫度場國內(nèi)外研究現(xiàn)狀11-12
• 1.2.2 凍土地區(qū)基樁承載特性國內(nèi)外研究現(xiàn)狀12-14
• 1.3 本文的主要研究內(nèi)容及技術路線14-16
• 1.3.1 混凝土水化熱及入模溫度對樁周土溫度場影響14
• 1.3.2 多年凍土區(qū)鉆孔灌注樁回凍后承載特性研究14-15
• 1.3.3 數(shù)值模擬分析15
• 1.3.4 本文技術路線15-16
• 2.凍土地區(qū)鉆孔灌注樁的基本理論16-34
• 2.1 凍土基本理論16-22
• 2.1.1 凍土的形成及分類16
• 2.1.2 凍土物理力學性質(zhì)16-22
• 2.2 凍土區(qū)鉆孔灌注樁熱學理論分析22-26
• 2.2.1 入模溫度22-23
• 2.2.2 水泥水化熱23-25
• 2.2.3 混凝土絕熱溫升25-26
• 2.3 基樁力學特性分析26-32
• 2.3.1 單樁荷載傳遞機理26-30
• 2.3.2 凍土區(qū)基樁承載機理30
• 2.3.3 單樁豎向承載力估算方法30-32
• 2.4 單樁豎向承載力32-33
• 2.4.1 單樁破壞模式32-33
• 2.4.2 單樁極限承載力的影響因素和判定方法33
• 2.5 本章小結33-34
• 3 室內(nèi)模型試驗34-49
• 3.1 試驗儀器設備34-37
• 3.1.1 低溫環(huán)境箱34
• 3.1.2 實驗模型箱34-35
• 3.1.3 加載設備儀器35-36
• 3.1.4 靜態(tài)應變測試儀36-37
• 3.1.5 測溫設備37
• 3.1.6 電壓轉換器37
• 3.2 模型樁的制作37-39
• 3.3 填土土工試驗39-42
• 3.3.1 篩分試驗39
• 3.3.2 擊實試驗39-41
• 3.3.3 液塑限試驗41-42
• 3.4 儀器的標定42-44
• 3.4.1 千斤頂?shù)臉硕?/span>42-43
• 3.4.2 溫度傳感器的標定43-44
• 3.4.3 機電百分表的標定44
• 3.5 試驗過程44-48
• 3.5.1 填土的配制45
• 3.5.2 模型填筑及元器件布設45-47
• 3.5.3 模擬混凝土水化熱試驗47
• 3.5.4 回凍后基樁承載試驗47-48
• 3.6 本章小結48-49
• 4 試驗結果分析49-64
• 4.1 工況一水化熱試驗結果分析49-53
• 4.2 工況二水化熱試驗結果分析53-58
• 4.3 工況三水化熱試驗結果分析58-63
• 4.4 本章小結63-64
• 5 基樁靜載荷試驗結果分析64-72
• 5.1 荷載—沉降曲線64-66
• 5.2 軸力計算及分布規(guī)律66-70
• 5.3 樁側凍結力計算及分布規(guī)律70-71
• 5.4 本章小結71-72
• 6 樁-土體系水化熱數(shù)值模擬72-83
• 6.1 引言72
• 6.2 溫度場控制微分方程72-74
• 6.3 建立模型74-76
• 6.3.1 基本假設74
• 6.3.2 相關參數(shù)選定74
• 6.3.3 計算模型建立74-76
• 6.4 數(shù)值模擬計算結果76-82
• 6.5 數(shù)值模擬結果與試驗結果對比分析82
• 6.6 本章小結82-83
• 7 結論與展望83-85
• 7.1 結論83-84
• 7.2 展望84-85
• 致謝85-86
• 參考文獻86-89
• 攻讀學位期間的研究成果89

【參考文獻】

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本文編號：602472