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考虑切向流变的多年冻土区桩基沉降变形研究

杨永鹏  
【摘要】:随着青藏高原多年冻土区人为活动及工程建设的剧增,桩基作为建筑工程极为重要的基础形式将发挥着不可替代的作用。桩基的稳定直接影响到其上工程建筑物的安全及正常运行,因此对桩基稳定性的研究是至关重要的。青藏高原多年冻土区特殊的自然地理特征及冻土工程地质条件使得桩基的长期强度成为温度、含冰量、荷载、时间的函数,全球气温升高、人为活动以及水热环境的改变,将影响桩基的长期强度,桩基在长期荷载作用下桩周多年冻土将发生流变,引起桩基的缓慢沉降,给该地区桩基的稳定带来安全隐患。 本文通过对既有变形桩基周围地基多年冻土进行现场勘察、现场及室内试验,并对桩基变形进行现场长期监测,对青藏高原多年冻土区桩基变形特点及规律进行了研究。同时借鉴已有的桩基研究成果及数学模型,结合青藏高原多年冻土区桩基的边界条件,利用有限差分软件FLAC3D研究青藏高原多年冻土区桩基的沉降变形机理,提出了针对桩基沉降变形的工程整治措施。本文的主要研究内容如下: (1)通过对青藏高原多年冻土区既有典型桩基进行现场变形监测,分析研究了该桩基的沉降变形特点,即该桩基在观测期内整体呈下沉趋势,变形呈“寒季缓慢沉降,暖季加速下沉”趋势,具有间歇性、季节性及周期性的特点。 (2)通过工程地质钻探、现场及室内试验、桩周地温场监测等方式研究监测桩基的变形原因。即该试验桩基所处地段多年冻土厚度较小,多年冻土热稳定性较差。该试验桩基桩周高温高含冰量多年冻土升温退化,桩周多年冻土在长期荷载作用下易发生切向流变,引起桩基下沉。 (3)借鉴已有的桩基变形模型及桩土耦合系统数学模型,应用有限差分软件FLAC3D对青藏高原多年冻土区桩基在长期荷载作用下蠕变下沉进行数值模拟,数值计算结果与试验桩基的实际监测数据进行对比,结果吻合,进一步证实了桩周多年冻土蠕变是导致桩基沉降变形的主要原因。 (4)针对青藏高原多年冻土区桩基在长期荷载作用下由于桩周多年冻土蠕变产生的变形问题,本文提出应用热棒、片石保温等工程措施降低桩周多年冻土地温,以减少桩基在长期荷载作用下的蠕变量,用来减缓或阻止多年冻土区桩基由于桩周多年冻土蠕变而产生的沉降变形。 (5)提出了青藏高原多年冻土区桩基在设计时应考虑全球气温升高以及水热侵蚀条件下多年冻土环境的变化,以及多年冻土升温条件下桩周多年冻土在荷载作用下的流变作用,并对桩周多年冻土的蠕变速度以及蠕变量进行控制,以减小桩基在长期荷载作用下的沉降变形量及沉降变形速率。


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