地下水对冻土模型单桩承载特性的温度及渗流效应研究

发布时间：2017-04-26 20:13

  本文关键词：地下水对冻土模型单桩承载特性的温度及渗流效应研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着我国经济的不断发展,人们不断对冻土地区加以开发促进经济发展。桩基相对于其他基础承载力较高,对桩周土温度场影响较小,抗冻能力较强并且符合冻土地区的保护原则,减少对冻土地区环境的破坏。但是由于冻土发生严重退化,桩基的承载力也受到影响,尤其是地下水的温度以及渗流作用严重降低了桩基础承载力。本文则是基于吸热型冻土研究地下水温度以及渗流效应对混凝土模型桩承载特性的影响,把埋置在桩土模型内带孔的水管与外接设备连接后模拟冻土地区地下水的存在以及其温度与渗流效应对桩基的影响。本文主要对以下内容进行展开叙述:(1)根据本文研究内容将冻土地区的地下水分成桩底水与地表水两种具体的工况进行试验,用相关仪器采集数据并进行校正处理后分别分析桩底水地表水只有温度效应、桩底水地表水有温度及渗流效应对桩基力学特性的影响,然后再与无地下水模拟设备的工况进行对比分析,得出地下水的有无以及地下水的温度及渗流作用对桩基承载特性影响的对比分析,得到如下结论:同一荷载作用下,地下水有温度及渗流效应工况地下水附近处的桩侧冻结应力进一步降低,而距离地下水较远处冻结应力则得到一定发挥,因此地表水有温度及渗流效应较只有温度效应桩端阻力大,桩底水有温度及渗流效应较只有温度效应桩端阻力小。地下水有温度及渗流效应较只有温度效应时更大范围内靠近地下水处的土层温度偏高,同一埋深处的桩土相对位移更大。(2)混凝土模型桩在同一加载方式作用下,研究了不同工况下桩土体系的流变以及桩土流变对模型桩力学特性的影响。得出如下结论:在同一荷载作用下,同一埋深处桩侧冻结应力随时间推移而减小,在地下水有温度及渗流效应与只有温度效应相比较,靠近地下水处的桩侧冻结应力随时间变化较大,桩顶位移、桩土相对位移随时间推移变化量较大同时所用的时间也较长,同一土层温度稳定后温度较高,所需的时间也较长。可见地下水的温度及渗流效应对桩土流变及模型桩力学特性产生较大影响。(3)研究了同一加载模式下,各工况桩基极限承载力的变化,同时与不同加载方式形成对比。得出如下结论:同一加载方式下,地下水有温度及渗流效应、地下水只有温度效应与无地下水相比桩基极限承载力高;不同加载方式下,加载时间越长桩基极限承载力越低。地下水的温度及渗流作用不仅进一步降低了桩基极限承载力而且还加剧了冻土流变的特性,对桩基础上的建筑物及构筑物安全严重威胁,对冻土地区的铁路安全运营提出的严峻挑战。因此本文在前人的基础上基于吸热型冻土研究了地下水温度及渗流效应对混凝土模型桩承载特性的影响,为今后冻土地区的地下水研究提供了一定的参考价值。
【关键词】：混凝土模型桩 吸热型冻土 温度及渗流效应 流变 承载特性
【学位授予单位】：兰州交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TU473.1;TU445
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-11
• 1 绪论11-19
• 1.1 本文的研究背景11-13
• 1.2 本文的研究对象13-14
• 1.3 国内外研究现状及发展趋势14-16
• 1.3.1 国内外研究现状14-16
• 1.3.2 发展趋势16
• 1.4 本文主要的研究内容和研究意义16-18
• 1.4.1 本文主要的研究内容16-17
• 1.4.2 本文的主要研究意义17-18
• 1.5 本文试验研究所用的技术路线18-19
• 2 室内混凝土单桩模型的制作与试验19-38
• 2.1 混凝土单桩模型制作依据19-20
• 2.1.1 模型试验中的相似性分析19-20
• 2.2 混凝土模型的制作过程20-25
• 2.2.1 单桩模型20-23
• 2.2.2 桩土模型制备23-25
• 2.3 桩土模型中地下水模型的制备25-30
• 2.3.1 地下水模拟设备设定依据25-27
• 2.3.2 模拟地下水设备构造原理27-28
• 2.3.3 地下水模拟设备构造28-30
• 2.4 本文室内模型试验所用设备装置介绍30-32
• 2.5 本文室内模型试验所用加载方案32-38
• 2.5.1 试验参数的确定33-34
• 2.5.2 试验工况划分34-36
• 2.5.3 试验加载方案确定36-38
• 3 冻土单桩荷载传递理论与试验分析38-68
• 3.1 冻土单桩荷载传递理论38-42
• 3.1.1 研究桩基承载力主要方法38-40
• 3.1.2 单桩力学特性理论分析40-42
• 3.2 混凝土模型桩室内试验42-43
• 3.3 试验数据处理与分析43-66
• 3.3.1 桩身应变43-48
• 3.3.2 桩侧冻结应力以及桩端阻力48-54
• 3.3.3 桩土相对位移54-58
• 3.3.4 桩侧冻结应力与桩土相对位移的关系58-62
• 3.3.5 桩周土温度分布62-66
• 3.4 小结66-68
• 4 桩土流变效应试验及其对单桩荷载传递影响分析68-87
• 4.1 流变理论简述68-71
• 4.1.1 流变表现形式68-70
• 4.1.2 冻土流变的影响因素70-71
• 4.2 桩土流变试验分析71-85
• 4.2.1 桩身应变流变分析71-73
• 4.2.2 桩侧冻结应力流变分析73-77
• 4.2.3 桩顶位移流变分析77-79
• 4.2.4 桩土相对位移流变分析79-80
• 4.2.5 桩端阻力及桩端沉降流变分析80-83
• 4.2.6 桩周土温度与时间关系83-85
• 4.3 小结85-87
• 5 冻土单桩极限承载力试验分析87-95
• 5.1 单桩破坏形式以及极限承载力介绍87-89
• 5.1.1 单桩破坏形式简介87-88
• 5.1.2 单桩极限承载力的确定方法88-89
• 5.2 冻土单桩极限承载力室内试验结果分析89-94
• 5.2.1 同一种加载方式单桩极限承载力结果分析90-92
• 5.2.2 不同加载方式单桩极限承载力结果分析92-94
• 5.3 小结94-95
• 结论与展望95-98
• 致谢98-99
• 参考文献99-102
• 攻读学位期间的研究成果102

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