多年冻土区桩侧冻结强度与负摩阻力试验研究

论文摘要

随着冻土地区基本建设的迅猛发展,桩基础因其热力学性能稳定等优点而得到广泛应用,但是由于冻土材性随温度急剧变化,桩基中的冻害现象仍然频繁出现,这些冻害出现的根本原因是桩周冻土的不均匀冻胀融沉使桩土间相互作用极其不稳定,为了更清楚地认识冻土中桩土间相互作用机理,经济、环保地防止冻害现象发生,本论文对冻土体中桩土间冻结强度以及冻土体融沉引起的桩侧负摩阻力进行了室内试验研究。本论文依托于220kV塔河-漠河输电线路新建工程,试验所用土试样均取自漠河工程场地。根据冻土体温度不稳定特点,结合冻结强度概念、冻土中桩侧负摩阻力产生的原因,参照其他的类似试验,灵活应用试验设备,自行设计与制作了冻结强度与负摩阻力试验装置。采用自行研制的试验装置进行了冻土中冻结强度试验与桩侧负摩阻力试验研究:⒈冻结强度室内试验本试验主要研究了土体含水率与冻结温度对冻结强度的影响,对漠河场地第②1与②层土共进行了54批次试验,由试验数据得到:冻结强度与残余冻结强度均随冻结温度降低而线性增大;冻结强度与残余冻结强度均随土体含水率的变化而变化,且存在界限含水率,低于界限含水率时,两者均随含水率的增大而增大,高于界限含水率时,则两者均随含水率的增大而降低。⒉冻土中桩侧负摩阻力试验本试验主要研究了土体含水率对土体融沉位移与桩侧负摩阻力的影响,采用封闭体系对漠河场地第②1层土进行了6个批次试验,由试验数据得到:在土体融化过程中,土体温度、位移与桩侧负摩阻力均分三个阶段发展,且时间上有滞后关系;土体融沉量随土体含水率增大而增大,而桩侧负摩阻力随土体含水率增大而减小。为了弥补试验中测点有限以及试验仪器对试验结果的干扰等缺点,运用ABAQUS有限元软件对冻土中桩侧负摩阻力试验中温度场以及土体融沉情况进行了数值计算,得到整个模型中每一时刻土体温度与融沉量,对比分析试验结果与数值结果,得出数值结果与试验结果相似的结论。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景及研究的目的和意义
• 1.2 冻土中桩基冻结强度的研究现状
• 1.3 冻土中桩基负摩阻力的研究现状
• 1.3.1 桩基负摩阻力研究现状
• 1.3.2 冻胀融沉研究现状
• 1.3.3 冻土中桩基负摩阻力研究现状
• 1.4 本论文主要研究内容
• 第2章 桩侧冻结强度试验研究
• 2.1 引言
• 2.2 试验方案
• 2.3 试验仪器及试验步骤介绍
• 2.3.1 试验仪器介绍
• 2.3.2 试验前准备
• 2.3.3 试验步骤
• 2.4 试验数据整理与分析
• 2.4.1 第②层粉质粘土试验数据整理与分析
• 2.4.2 第②1 层粉质粘土试验数据整理与分析
• 2.5 本章小结
• 第3章 冻土中桩侧负摩阻力室内试验研究
• 3.1 引言
• 3.2 试验方案
• 3.2.1 主要仪器介绍
• 3.2.2 应变片测冻融作用桩侧受力的理论分析
• 3.2.3 试验方案
• 3.3 试验步骤
• 3.4 桩侧负摩阻力试验数据处理与分析
• 3.5 本章小结
• 第4章 冻土融沉数值计算
• 4.1 引言
• 4.2 ABAQUS 有限元软件简介
• 4.3 温度场数值计算
• 4.3.1 伴有相变的土体导热基本方程
• 4.3.2 温度场计算的几何模型
• 4.3.3 计算参数及边界条件的确定
• 4.3.4 温度场数值计算结果及分析
• 4.3.5 数值计算结果与试验结果对比分析
• 4.4 冻土融沉数值计算
• 4.4.1 冻土融沉固结原理
• 4.4.2 冻土融沉数值计算模型
• 4.4.3 数值计算的实施
• 4.4.4 冻土体融沉结果分析
• 4.5 数值计算结果与试验结果的对比分析
• 4.6 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢