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基于三维数值模拟对岩溶区桩基注浆效果的研究

徐梓舒 刘叔灼 陈俊生 饶城 刘星宇

徐梓舒, 刘叔灼, 陈俊生, 饶城, 刘星宇. 基于三维数值模拟对岩溶区桩基注浆效果的研究[J]. 岩土工程技术, 2024, 38(1): 30-36. doi: 10.3969/j.issn.1007-2993.2024.01.005
引用本文: 徐梓舒, 刘叔灼, 陈俊生, 饶城, 刘星宇. 基于三维数值模拟对岩溶区桩基注浆效果的研究[J]. 岩土工程技术, 2024, 38(1): 30-36. doi: 10.3969/j.issn.1007-2993.2024.01.005
Xu Zishu, Liu Shuzhuo, Chen Junsheng, Rao Cheng, Liu Xingyu. Effect of Pile Foundation Grouting in Karst Area Based on 3D Numerical Simulation[J]. GEOTECHNICAL ENGINEERING TECHNIQUE, 2024, 38(1): 30-36. doi: 10.3969/j.issn.1007-2993.2024.01.005
Citation: Xu Zishu, Liu Shuzhuo, Chen Junsheng, Rao Cheng, Liu Xingyu. Effect of Pile Foundation Grouting in Karst Area Based on 3D Numerical Simulation[J]. GEOTECHNICAL ENGINEERING TECHNIQUE, 2024, 38(1): 30-36. doi: 10.3969/j.issn.1007-2993.2024.01.005

基于三维数值模拟对岩溶区桩基注浆效果的研究

doi: 10.3969/j.issn.1007-2993.2024.01.005
基金项目: 广东省自然科学基金面上项目(2020A1515010713)
详细信息
    作者简介:

    徐梓舒,男,1997年生,壮族,广西来宾人,在读硕士研究生,主要从事岩土工程技术研究。E-mail:478568252@qq.com

    通讯作者:

    陈俊生,男,1979年生,汉族,广东广州人,博士,副教授。主要从事岩土工程技术研究。E-mail:jschen@scut.edu.cn

  • 中图分类号: TU475

Effect of Pile Foundation Grouting in Karst Area Based on 3D Numerical Simulation

  • 摘要: 为了研究改良膨胀性注浆材料的注浆效果,通过室内试验采集浆液结石体物理力学参数,应用有限元软件Midas GTS NX在CATIA所构筑的三维溶洞模型的基础上,结合修正莫尔–库仑模型及弹性本构关系,分析了桩基础下土层的应力与变形在空洞及改良前后不同浆液填充状态下的变化规律,以此为标准对注浆效果进行对比分析。研究表明:对桩基础下溶洞进行注浆充填加固可有效保障桩基础及桩基础下溶洞的稳定性,避免工程事故的发生,相比于普通水泥浆液,改良膨胀性注浆材料的整体强度明显改善,变形与应力均有所减小,结构更均匀,更密实。同时也表明,通过数值模拟分析确定溶洞的注浆效果具有一定的可行性和指导意义,可为工程的设计与施工提供参考。

     

  • 图  1  抗压试验仪器

    图  2  试样养护照片

    图  3  浆液结石体试验结果

    图  4  试块对比图

    图  5  车辆段工程鸟瞰图

    图  6  溶洞与桩基础模型

    图  7  地层几何模型剖面示意图

    图  8  溶洞模型有限元网格

    图  9  整体模型有限元网格

    图  10  未注浆溶洞土层位移图

    图  11  最先出现破坏的溶洞和桩体位置

    图  12  桩的侧向应力

    图  13  普通水泥浆液溶洞土层位移图

    图  14  普通水泥浆液溶洞土体应力剖面图

    图  15  改良注浆材料溶洞土层位移图

    图  16  改良注浆材料溶洞土体应力剖面图

    表  1  注浆材料质量配比

    注浆材料水泥硅灰铝粉膏
    普通水泥浆液11
    改良注浆材料10.020.0010.55
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    表  2  桩材料参数

    混凝土等级弹性模量E
    /(kN·m−2
    泊松比重度
    /(kN·m−3
    C35315000000.224
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    表  3  桩界面材料参数

    最终剪力
    Q/(kN·m−2)
    剪切刚度模量
    Kt/(kN·m−3)
    法向刚度模量
    KN/(kN·m−3)
    701200001200000
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    表  4  桩端参数表

    桩端承载力/kN桩端弹簧刚度/(kN·mm−1
    980020
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    表  5  地层及浆液材料参数表

    地层及
    材料
    层厚
    /m
    弹性模量
    /(kN·m−2
    泊松比重度
    /(kN·m−3
    黏聚力
    /kPa
    内摩擦
    角/(°)
    人工填土1.026000.3918510
    淤泥2.018000.441555
    粉质黏土7.5180000.3119.2209
    细砂2.5250000.2818.6130
    微风化石灰岩37.51200000.226.8450036
    普通水泥浆液280000000.216.8
    改良浆液300000000.214.4
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出版历程
  • 收稿日期:  2022-12-12
  • 录用日期:  2023-10-31
  • 网络出版日期:  2024-02-05
  • 刊出日期:  2024-02-05

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