基于振动台试验对不同桩体加固液化土特性的研究

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1、太原理工大学硕士研究生学位论文基于振动台试验对不同桩体加固液化土特性的研究摘要纵观国内外自然灾害，地震是给人民的生命、财产带来巨大损失的主要灾害，也是我们面临要解决的主要问题。饱和砂土在地震荷载作用下发生液化，引起地面喷砂冒水、不均匀沉降、承载能力下降、地基失效，导致建筑物开裂、倾斜甚至倒塌破坏，加大了地震灾害损失。液化土加固一直是岩土工程界研究的热点与难点，随着近些年地震频繁发生，加固后土体也因液化发生失稳，因此研究不同液化土加固方法的机理刻不容缓。水泥土桩加固软土地基提高地基承载力、减小不均匀沉降理论已相对成熟，并且在实际工程中已得到广泛的应用，但在加固液化土方面的

2、研究很少；碎石桩是公认的加固液化土体最有效的方法，并在实际工程中广泛应用，但对不同干密度液化土加固机理的研究还较少。因此研究水泥土桩、碎石桩加固不同干密度液化土地基的加固效果，分析液化土各个参数的内在联系，完善水泥土桩、碎石桩加固液化土理论等对其在实际工程中的应用具有重要的意义。本文依托国家自然基金资助项目“桩体加固液化砂土作用机理的试验研究”（项目号：50578104）、山西省交通厅科技项目“黄土地区桩体加固砂土抗液化机理的研究”（合同编号：10-1-06）及黄土地区公路建设与养护技术交通行业重点实验室项目“液化土层桩基础承载性状的试验研究”（合同编号：KLTLR-Y

3、13-3），模拟地震荷载，通过振动台试验，展开对I太原理工大学硕士研究生学位论文未加固液化土模型、水泥土桩加固液化土模型、碎石桩加固液化土模型进行一系列研究，其中每种模型包含装箱土体干密度为1.5g/cm3、1.6g/cm3、1.7g/cm3的三组试验。观察每组试验模型的宏观现象，采集不同埋深处超静孔隙水压力、土压力及沉降量的试验数据，统计整理试验数据，绘制各参数不同埋深处的时程曲线，并对其参数的特征值—峰值、60s数据进行整理，绘制出对比曲线进行分析，归纳总结变化规律，得到如下结论：（1）未加固液化土模型和水泥土桩、碎石桩加固液化土模型超静孔隙水压力峰值均随埋深的增加

4、而增大；相同液化土加固模型超静孔隙水压力峰值随着干密度的增加而减小，相同干密度未加固液化土模型超静孔隙水压力峰值最大，水泥土桩加固液化土模型次之，碎石桩加固液化土模型最小。碎石桩为加固液化土模型提供排水通道，试验结束时超静孔隙水压力得到消散，土体强度增强。根据超静孔隙水压力峰值曲线拟合出超静孔隙水压力峰值与埋深的关系式：U=－aZ（式中：U-超静孔隙水压力峰值（kPa）；Z-土体埋深(cm)；a-比例系数），据关系式可以求出任意深度的超静孔隙水压力峰值。（2）三种液化土模型土压力峰值沿埋深变化曲线呈过坐标原点开口向左的二次抛物线，埋深24cm处土压力峰值最大，浅层次之，

5、深层最小。相同干密度不同埋深处土压力峰值碎石桩加固液化土模型最大，未加固液化土模型最小，水泥土桩加固液化土模型居中；相同液化土加固模型下土压力峰值随着干密度的增加而增大，未加固模型增加速度最快，水泥土桩加固模型次之，碎石桩加固模型最慢。试验进行到60s时，相同干密度碎石桩加固液化土模型土压力最大，水泥土桩加固模型最小，未加固模型居中。II太原理工大学硕士研究生学位论文根据土压力峰值变化曲线拟合出土压力峰值与埋深的关系式：P=－bZ2－cZ（式中：P-土压力峰值(kPa)；Z-土体埋深（cm）；b、c-系数），根据关系式可以计算出各埋深的土压力峰值。（3）各组试验模型中沉

6、降量峰值均随埋深的增加而减小，土体表面沉降量最大。相同干密度未加固液化土模型不同埋深处沉降量最大，水泥土桩加固液化土模型居中，碎石桩加固液化土模型最小；同一加固模型不同埋深沉降量随干密度的增加而减小。根据沉降量峰值对比曲线，拟合出沉降量与埋深的关系式：Z=mS－n（式中：Z-土体埋深（cm）；S-沉降量峰值（mm）；m、n-系数），根据关系式可以求出任何埋深处的沉降量峰值。对干密度小的液化土，桩体加固形式对沉降的影响较大；当干密度增大到一定程度时，未加固、水泥土桩加固、碎石桩加固液化土模型土体表面沉降量相差很小，说明桩体形式已对液化土沉降的影响不明显。综上所述，无论任何

7、桩体加固液化土其中部受到的水平地震力最大，这样可能导致桩中部折断，必须引起实际工程重视。碎石桩为液化模型土提供良好的排水通道，消散超静孔隙水压力，增强模型土密实度减小土体沉降。水泥土桩不能消散超静孔隙水压力，但对减小沉降、分担水平地震作用力有一定的效果，因此，实际工程可以考虑设计水泥土桩与碎石桩复合加固液化土，这会取得更好的加固效果。关键词：振动台试验，液化土，水泥土桩，碎石桩，干密度，超静孔隙水压力，土压力，沉降量III太原理工大学硕士研究生学位论文STUDYONTHECHARACTERISTICSOFLIQUEFIEDSANDREIN