膨胀土地基中桩的荷载传递特性研究

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1、膨胀土地基中桩的荷载传递特性研究学科专业：岩土工程学位类型：科学学位研究生姓名：张春顺指导教师姓名、职称：肖宏彬教授湖南工业大学二00六年十二月万方数据分类号TU473.1密级学校代码11535学号M04030011膨胀土地基中桩的荷载传递特性研ResearchonLoadTransferCharacterofPileinExpansiveSoilFoundation研究生姓名：张春顺指导教师姓名、职称：肖宏彬教授学科专业：岩土工程研究方向：桩-土共同作用理论及应用湖南工业大学二00六年十二月万方数

2、据湖南工业大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。作者签名：日期：年月日湖南工业大学论文版权使用授权书本人了解湖南工业大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留学位论文，允许学位论文被查阅和借阅；学校可以公布学位论文的全部或部分内容，可以采

3、用复印、缩印或其他手段保存学位论文；学校可根据国家或湖南省有关部门规定送交学位论文。作者签名：日期：年月日导师签名：日期：年月日万方数据摘要摘要许多工程实例和研究都表明，在膨胀土地区内进行工程建设时，采用桩基础能有效地减轻由于膨胀土的胀缩变化对上部结构的变形影响。膨胀土地基由于含水量的变化对桩身会产生上拔或负摩阻力，从而引起桩的抬升、桩与承台脱空甚至有可能将桩拉断，造成结构整体性破坏。据统计，全国每年因膨胀土造成了大量的市政、民用工程和交通运输设施的破坏，其直接经济损失高达数10亿元。因此，对膨胀土

4、进行系统的研究很有必要也很紧迫。基于国内外关于膨胀土地基中桩的研究现状，在综合分析的基础上，结合国家自然科学基金课题的研究，本文开展了膨胀土中桩的荷载传递特性的研究工作。通过室内试验、模型试验、理论分析和数值模拟相结合的方法进行了研究，主要取得如下几个方面的结论和创新性研究成果：1)基于一维固结的室内试验，研究了膨胀土变形随时间变化的规律，得到了以下结果：①膨胀土的有荷线胀率与无荷线胀率与时间的关系曲线是不同的：前者的发展过程近似分为2个阶段，在半对数坐标下符合双曲线关系；而后者的发展过程近似分为3

5、个阶段，在同样的坐标下更适合用对数函数进行描述。②膨胀土的线缩率在双对数坐标下和时间几乎呈线性关系。进一步用相应的函数对各变形曲线进行了拟合，精度很好。在此基础上，从物理学角度对膨胀土的变形机理作了深入地分析，为研究膨胀土中桩-土共同作用随时间的变化奠定了基础。2)通过改进的室内直剪仪对南宁膨胀土与混凝土接触面进行了多组直剪摩擦试验，探讨了法向垂直压力、含水率、干密度等因素对接触面力学性质的影响。研究表明：影响极限剪应力变化的最主要的因素是干密度，而影响残余剪应力变化的最主要的因素是含水率。基于试验

6、数据和相关文献，分析了各因素的敏感性，有助于提高对膨胀土与结构物相互作用机理的认识和理解，也为处理膨胀土问题和继续研究膨胀土中桩-土共同作用提供了依据。3)通过桩基模型试验，从P-s曲线、桩身轴力、桩侧摩阻力、桩端阻力以及桩侧、桩端阻力的荷载分配等方面研究和分析了膨胀土地基中桩的荷载传递特点，同时对比了膨胀土和一般粘性土中桩的荷载传递的异同，有助于更好地理解膨胀土中桩的荷载传递规律。4)通过膨胀土中桩基浸水的模型试验研究，从变形和受力两方面探讨了浸I万方数据湖南工业大学硕士学位论文：膨胀土地基中桩的

7、荷载传递特性研究水过程中桩-土共同作用的机理。重点研究了桩身轴力、侧摩阻力及中性点的变化规律，并提出设计桩长可以通过求解正、负摩阻力的平衡方程来得到，同时获得了桩周土变形的时程特性，为进一步对桩-膨胀土共同作用进行数值模拟分析提供了试验及理论依据。5)基于桩-土相互作用的机理，首次利用剪切位移法分别建立了桩顶荷载和膨胀土膨胀及收缩作用下的单桩荷载传递的弹性微分方程，并采用叠加原理推求了膨胀土地基膨胀或收缩作用下的单桩荷载传递的解析解。理论分析结果和实测结果比较吻合。6)在以上研究的基础上，编制了相应

8、的分析程序，对膨胀土地基中桩的荷载传递规律进行了数值分析，得到了如下结论和结果：①随桩长的增加，桩身的抬升位移减小，而拉力增加。②埋入膨胀影响深度以下较深的小直径桩(d<0.043L)能有效地降低膨胀土中桩顶位移。③桩身位移和轴力随膨胀土土表膨胀量的增加而增大。④桩顶荷载的增加会改变桩身位移及轴力的方向和大小；阻止桩向上运动所需的桩顶荷载约为未受荷载的桩中最大拉力的2.5倍。⑤桩身位移及轴力均随浸水时间的延长而增大，但增幅越来越小，直至膨胀土膨胀趋于稳定时，桩身位移及