膨胀土胀缩规律及桩-土共同作用研究

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1、分类号TU473TU473TU473TU473密级膨胀土胀缩规律及桩-土共同作用研究研究生姓名：苗鹏指导教师姓名、职称：肖宏彬教授学科专业：岩土工程研究方向：桩基工程湖南工业大学二○○八年五月十日万方数据分类号TU473TU473TU473TU473密级膨胀土胀缩规律及桩-土共同作用研究ResearchonSwelling-shrinkageLawofExpansiveSoilandPile-soilInteraction研究生姓名：苗鹏指导教师姓名、职称：肖宏彬教授学科专业：岩土工程研究方向：桩基工程论文答辩日期2008.5.10答辩委员会主

2、席张可能湖南工业大学二○○八年五月十日万方数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：苗鹏日期：2008年555月101010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

3、论文的全部或部分内容，可以采用复印、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：苗鹏导师签名：肖宏彬日期：2008年555月101010日万方数据摘摘摘摘要要要要结合国家自然科学基金资助课题(No.50378097)和湖南省教育厅重点课题(No.07A017)，通过室内试验、模型试验和理论分析相结合的方法，本文对国内典型膨胀土地质－广西南宁膨胀土的胀缩变形规律及膨胀土地基中单桩的荷载传递、沉降、应力分析和桩-土共同作用等方面进行了一定研究，主要取得了以下结论和成果：(1)针对南宁中等膨胀土，进行了侧限无

4、荷、有荷膨胀试验、收缩试验及干湿循环试验的一系列试验，分别建立了膨胀土膨胀应变与初始含水率、干密度和竖向荷载之间的关系式，试验结果表明：在其他条件相同情况下，膨胀应变与初始含水率呈反比线性关系，与干密度呈正比线性关系，与竖向压力呈半对数反比关系；建立了南宁膨胀土膨胀应变三元回归方程模型；研究了南宁膨胀土的时程性，结合回归分析对得到的膨胀及收缩时程曲线进行拟合，发现可以用一指数函数描述膨胀土膨胀和收缩随时间变化的关系。(2)通过改进的膨胀力测定试验开展了不同初始含水量、干密度和垂直压力条件下的膨胀力试验，研究南宁膨胀土的膨胀力与初始含水量、干密度

5、及垂直压力的相关关系；理论推导了关于初始含水率和干密度的膨胀力解析表达式；又以功能原理为出发点，从能量的角度对膨胀土的膨胀潜能进行了探索性研究。(3)通过改进的室内直剪仪，对南宁膨胀土与混凝土块接触面进行了大量的直剪摩擦试验。研究了不同含水率、不同干密度对接触面的力学性质的影响。研究表明：接触面的极限剪应力与垂直压力、土样含水率和土的干密度分别近似呈线性关系，并随垂直压力增大而增大，含水率增大而减小，土的干密度增大而增大；接触面上的残余剪应力也随垂直压力增大而增大，含水率增大而减小，但随干密度的变化很小。(4)通过模型桩静载实验，研究分析了不同

6、荷载下的膨胀土地基中桩的荷载传递特点、桩侧摩阻力和桩端阻力及其分布等。试验表明：膨胀土中桩的静载试验所得到的P-S曲线存在明显的拐点；桩身轴力随桩顶荷载的增加在桩身中部以上迅速递减，且桩身轴力增加与桩顶荷载增加几乎呈线性关系；荷载传递是以侧摩阻力为主，桩侧阻和桩端阻均随桩顶荷载增加呈近似线性关系，且桩侧阻和桩端阻在荷载分担比方面存在一个极值。III万方数据(5)通过一组模型试验，对膨胀土中桩基浸、失水规律进行了试验研究。桩的最终位移量在正、负侧摩阻力的基础上加上桩顶荷载建立平衡方程来控制。随着膨胀土失水收缩的进行，桩身负摩阻力的大小及作用深度逐

7、渐增加，中性点的位置下移。一定时间后中性点逐渐地收敛并稳定于某一固定深度；通过对埋设在膨胀土地基中的一试桩的长时间浸水膨胀和失水收缩试验观测，先后获得了模拟自然界降雨和日照条件下的一系列桩-土共同作用规律。试验结果显示，浸水膨胀阶段：当桩顶无荷载时，桩身全长受拉，轴力沿着桩身分布在应力数值轴上呈“波峰”形态；基桩的最大轴力位于桩的中下部，轴力峰值经历着由小到大的过程；中性点在浸水过程中，其位置有下移的现象；桩侧阻与端阻荷载分担比随时间呈现出先减小后增大后渐趋稳定的三阶段特征。失水收缩阶段：桩身轴力分布复杂，桩身中下部轴力值在干缩过程中有减小的规

8、律；桩身的不同部位的桩侧摩阻力发挥机制不完全相同；地基失水收缩过程中，桩侧阻与端阻荷载分担比随时间呈现出减小特征。研究结果对膨胀土地基中的桩基设计和施