留言板

尊敬的读者、作者、审稿人, 关于本刊的投稿、审稿、编辑和出版的任何问题, 您可以本页添加留言。我们将尽快给您答复。谢谢您的支持!

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

土体湿化膨胀与桩基相互作用的试验与理论研究

王金淑 赵志明 吴光 冯涛 何刘

王金淑, 赵志明, 吴光, 冯涛, 何刘. 土体湿化膨胀与桩基相互作用的试验与理论研究[J]. 岩土工程技术, 2023, 37(6): 713-719. doi: 10.3969/j.issn.1007-2993.2023.06.014
引用本文: 王金淑, 赵志明, 吴光, 冯涛, 何刘. 土体湿化膨胀与桩基相互作用的试验与理论研究[J]. 岩土工程技术, 2023, 37(6): 713-719. doi: 10.3969/j.issn.1007-2993.2023.06.014
Wang Jinshu, Zhao Zhiming, Wu Guang, Feng Tao, He Liu. Experimental and Theoretical Research on Interaction Between Soil Wet Expansion and Pile Foundation[J]. GEOTECHNICAL ENGINEERING TECHNIQUE, 2023, 37(6): 713-719. doi: 10.3969/j.issn.1007-2993.2023.06.014
Citation: Wang Jinshu, Zhao Zhiming, Wu Guang, Feng Tao, He Liu. Experimental and Theoretical Research on Interaction Between Soil Wet Expansion and Pile Foundation[J]. GEOTECHNICAL ENGINEERING TECHNIQUE, 2023, 37(6): 713-719. doi: 10.3969/j.issn.1007-2993.2023.06.014

土体湿化膨胀与桩基相互作用的试验与理论研究

doi: 10.3969/j.issn.1007-2993.2023.06.014
基金项目: 国家自然科学基金项目(41602293)
详细信息
    作者简介:

    王金淑,女,1990年生,河南郑州人,博士,主要从事膨胀土基础理论和地质灾害稳定性与安全应急方面的研究。E-mail:jinshuwang@my.wjtu.edu.cn

    通讯作者:

    赵志明,男,1977年生,讲师,主要从事工程地质及岩土体稳定性评价方面的研究工作。E-mail:zmzhao@swjtu.edu.cn

  • 中图分类号: TU 443

Experimental and Theoretical Research on Interaction Between Soil Wet Expansion and Pile Foundation

  • 摘要: 为研究同一湿度场环境下土体湿化膨胀与桩基相互作用的机理,设计了室内物理模拟试验,对土体湿化膨胀与桩基相互作用进行了分析。通过人工降雨入渗的方式模拟变化的湿度场环境,实时监测模型箱中不同入土深度的桩基抬升量以及膨胀土地基的变形和应力数据,研究桩基入土深度与抬升情况的关系,基于非饱和土力学理论、桩–土相互作用剪切位移理论,提出考虑土体刚度和隆起量变化的侧摩阻力计算方法,并将桩侧摩阻力理论计算结果与模型试验结果进行对比分析。结果表明:在土体吸水膨胀过程中,桩体的向上抬升会引起桩底端部的卸载作用;地层隆起量随着深度的增加呈线性递减,随着桩尖入土深度的增加,桩顶隆起量呈对数趋势减小,增加桩长可以在一定程度上抑制桩基抬升;同时,基于剪切位移理论得出的桩侧摩阻力与基于非饱和膨胀土理论得出的桩的侧摩阻力及试验测试数据分布基本一致,表明本文所提出侧摩阻力计算公式是可靠的。

     

  • 图  1  桩–膨胀土模型试验照片

    图  2  膨胀土中桩基和水平应力传感器布置示意图

    图  3  降雨量、浸润线–时间关系曲线

    图  4  桩顶隆起量随时间及入土深度的关系图

    图  5  土体隆起量随深度的变化关系图

    图  6  桩端竖向应力随时间变化关系图

    图  7  水平应力随渗流时间、埋深的变化关系

    图  8  土水特征曲线和渗透系数曲线

    图  9  入渗7天后土体的基质吸力与饱和度随桩深变化图

    图  10  胀切力作用下桩微元体受力分析示意图

    图  11  模拟试验侧摩阻力试验值与计算值

    表  1  渗透160 h后桩侧摩阻力计算数据汇总表

    埋深/cm${K_0}{\sigma _{\rm{s}}}$/kPa$({u_{\rm{ar}}} - {u_{\rm{wr}}})$
    /kPa
    $S$$f$/kPa
    0078.850.744.23
    73.481.750.7315.77
    162.392.030.7015.92
    262.4104.920.6716.21
    466.5141.20.60−17.14
    下载: 导出CSV
  • [1] 张明义,邓安福. 桩–土滑动摩擦的试验研究[J]. 岩土力学,2002,23(2):246-249. doi: 10.3969/j.issn.1000-7598.2002.02.025
    [2] 范臻辉,肖宏彬,王永和. 膨胀土与结构物接触面的力学特性试验研究[J]. 中国铁道科学,2006,27(5):13-16. doi: 10.3321/j.issn:1001-4632.2006.05.003
    [3] 索洛昌. 膨胀土上建筑物的设计与施工[M]. 北京: 中国建筑工业出版社, 1982.
    [4] MOHAMEDZEIN Y E, MOHAMED M G, EL SHARIEF A M. Finite element analysis of short piles in expansive soils[J]. Computers and Geotechnics. 1999, 24(3): 231-243.
    [5] 范臻辉. 膨胀土地基胀缩特性及桩–土相互作用研究[D]. 长沙: 中南大学, 2007.
    [6] 王年香,顾荣伟,章为民,等. 膨胀土中单桩性状的模型试验研究[J]. 岩土工程学报,2008,30(1):56-60. doi: 10.3321/j.issn:1000-4548.2008.01.008
    [7] WEI D G, MARK F. R. Vertically loaded piles in non-homogeneous media[J]. International Journal for Numerical & Analytical Methods in Geomechanics, 1997, 21(8): 507-532.
    [8] 肖宏彬,苗 鹏. 膨胀土地基中大比例模型桩浸水试验研究[J]. 自然灾害学报,2007,16(6):122-127. doi: 10.3969/j.issn.1004-4574.2007.06.022
    [9] 张大峰,杨 军,李连友,等. 考虑膨胀土地基膨胀率和刚度沿深度变化的桩–土共同作用解析解[J]. 工程力学,2016,33(12):86-93. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2015.04.0279
    [10] JIANG J,HOU K,Ou X. Analysis of the bearing capacity of a single pile based on an analytical solution of pile-soil interaction in expansive soil[J]. Geotechnical and Geological Engineering,2020,38(2):1721-1732.
    [11] 胡金山. 膨胀土相似模型试验材料的研制与单桩模型浸水试验研究[D]. 兰州: 兰州交通大学, 2011.
    [12] VANAPALLI S K,TAYLAN Z N. Design of single piles using the mechanics of unsaturated soils[J]. International Journal of GEOMATE,2012,2(1):197-204.
    [13] LIU Y, VANAPALLI S. Design of retaining wall and single pile in expansive soils using unsaturated soil mechanics as a tool[C]// Pan-American Conference on Unsaturated Soils. Dallas: 2017.
    [14] WANG J S,WU G,ZHAO Z M,et al. Experimental study on factors influencing the expansive properties of disturbed swelling rock[J]. Soil Mechanics and Foundation Engineering,2020,57(1):264-271.
  • 加载中
图(11) / 表(1)
计量
  • 文章访问数:  207
  • HTML全文浏览量:  160
  • PDF下载量:  10
  • 被引次数: 0
出版历程
  • 收稿日期:  2022-12-09
  • 修回日期:  2023-02-22
  • 录用日期:  2023-07-14
  • 刊出日期:  2023-12-08

目录

    /

    返回文章
    返回