夯实水泥土桩复合地基的试验研究及其数值模拟

【摘要】：夯实水泥土桩复合地基是近年来发展起来的一种地基处理方法。它主要用于地下水位比较低的地区,在我国北方地区尤其是北京、河北等地广泛应用。目前,现场工程技术人员对夯实水泥土桩复合地基的设计计算大都凭经验而定,设计理论和规范亟待完善。实际上,夯实水泥土桩属柔性桩,虽然它的工程特性与其它种类水泥土桩相似,但由于其制桩工艺特殊,所以其承载和变形特性有其独特的特点。对夯实水泥土桩复合地基承载变形特性和本构模型的深入研究,将为今后评价和预测复合地基承载力和沉降等提供理论依据。 论文运用现代土质土力学、岩体力学、工程地质学理论和方法,按学科交叉思想,通过现场载荷试验和室内水泥土块强度、微观结构等试验,系统研究了击实水泥土的强度特性和夯实水泥土桩复合地基承载变形特性,结合水泥土的微观结构特征与宏观力学行为,从微观结构角度探讨了夯实水泥土桩复合地基变形破坏的机理,进而建立其本构模型,模拟计算夯实水泥土桩的工程特性,获得以下主要成果。 (1)试验场地地基土主要由粉土和粉质粘土组成,它属于太行山前冲洪积沉积物。夯实水泥土桩制桩前后桩周土的微观结构研究和主要物理力学指标对比显示各指标离散性较大,没有明显的规律性,说明制桩过程对桩周土的工程特性影响不大。这是本次研究获得的新认识之一。 (2)水泥土微观结构的研究有助于揭示夯实水泥土桩复合地基的变形破坏机理。击实水泥土的微结构特征表现为水泥粉粒水化水解后形成水化物晶体,使散粒体状土体发生团粒化,土颗粒增大。随龄期的增长,水泥水化物结晶体在土粒之间形成网格状结构,将相邻土粒彼此胶结,增强了土颗粒之间的联结力,从而导致水泥土的强度明显高于天然地基土强度。 (3)击实水泥土块强度主要与其干密度、拌和土类、水泥掺入比及养护龄期等因素有关。随水泥掺入比的增大,养护龄期的增长,水泥土块的强度呈线性增加。在单轴压缩条件下,水泥土块表现为压致拉裂破坏,现场压桩也显示桩身上端(小于3~4 桩径范围内)的竖向劈裂破坏。不论是单桩、单桩复合地基还是四桩复合地基都显示复合地基受压后桩身首先屈服,进而复合地基变形破坏的特点。因而,夯实水泥土桩复合地基承载力应以桩身屈服破坏来控制。这是本次研究获得的新认识之二。 (4)现场载荷载试验结果表明,夯实水泥土桩复合地基在受竖向荷载作用