刚性桩复合地基模型拟动力试验研究

【摘要】：近年来，随着全国城市化、西部大开发、中部崛起等战略的实施，高层建筑、高速公路、铁路等基础设施建设日益增多，基础工程也随之增多，由于我国地域辽阔，不同区域基础工程地下环境条件复杂迥异，天然地基往往不能满足工程要求，复合地基就是随着这种情况发展起来的，而刚性桩复合地基又是复合地基发展较为迅速的一种，因为刚性桩复合地基具有承载能力强，造价低等优点。但是关于刚性桩复合地基方面的研究对于实际工程来说还不是很充分，尤其是对抗震方面的研究很有限，由于我国近年来地震频发，人民群众对建筑物的抗震性能要求增高，而且地基由于其复杂性，研究其抗震性能具有一定难度，学者进行这方面研究的不多，所以亟需研究刚性桩复合地基的抗震性能。 本文根据相似理论，建立了几何相似比为1:10的刚性桩复合地基模型，采用拟动力的试验方法，自行研究并设计了一套试验系统，研究其在地震作用下的响应规律。试验中，通过在桩身粘贴电阻应变片、埋设土压力传感器、垫层埋设应变片、砂箱外壁连接位移传感器的方式分别测出桩身应变、土压力值、垫层变形值、砂箱位移。通过对试验现象的分析，可以看出，地震波峰值加速度增大，对刚性桩复合地基破坏影响增大；而当上部荷载增大，加速度峰值不变时，虽然也加大了对刚性桩复合地基的破坏力度，但是其影响较加速度的影响小。通过对砂箱位移的综合研究分析，可以得出：上部施加荷载不变时，当地震波加速度峰值增大时，则砂箱最大位移也随之增大；地震波加速度峰值不变时，当上部荷载增大时，砂箱最大位移变小，但减小幅度不大；当地震波峰值加速度增大，而且上部荷载也增大的时候，砂箱的最大位移也随之增大。通过对内力包络图的综合研究分析，可以得出：各桩的最大剪力值都在桩顶处产生；角桩的剪力值都大于边中桩和中心桩；角桩各点的弯矩都保持最大，边中桩次之，中心桩最小；上部荷载保持一定，当加速度增大时，剪力与弯矩值都随之增大，内力包络图曲线也发生改变。加速度保持不变，当上部荷载增大时，剪力与弯矩值都随之增大，但增大幅度比加速度改变时的增大幅度要大，同时其内力包络图曲线也发生改变；当加速度峰值与上部荷载都增大时，剪力与弯矩的最大值都增大，且增大幅度比较大。通过对压力时程曲线的综合研究分析，可以得出：在水平荷载作用下，桩承担了大部分荷载；当加速度峰值与上部荷载同时增大的情况下，砂箱中压力值的大小情况发生改变，砂箱中部侧向水平压力值变大，增大幅度较快，说明在加速度峰值与上部荷载同时增大的情况下，土体受到的水平压力迅速增大；在加速度峰值不改变的情况下，当上部荷载增大的情况时，压力最大值随之增大；在上部荷载不改变的情况下，当加速度峰值增大时，压力最大值随之增大，但增大幅度较上部荷载改变幅度小，并且其余测点压力值也随之增大，但增大幅度不一；通过研究发现，箱内部压力情况未发生明显改变，说明砂箱内部一直处于弹性状态。通过对垫层时程曲线的综合研究分析，可以得出：在弹性范围内，当上部荷载不变的情况下，地震波加速度增大，垫层变形也随之增大；当地震波加速度不变的时候，上部荷载增大，垫层变形随之减小；当上部荷载增大，地震波加速度也增大时，垫层变形随之增大，但是增大幅度较小。最后通过对上述的总结可以看出，刚性桩复合地基具有良好的抗震性能。