本文關(guān)鍵詞：凍土地基鉆孔灌注樁熱學(xué)分析及承載特性試驗(yàn)研究

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【摘要】：隨著國家西部大開發(fā)戰(zhàn)略逐步推進(jìn),凍土區(qū)工程建設(shè)活動(dòng)方興未艾。由于凍土的特殊的熱學(xué)、物理力學(xué)性質(zhì),造成該區(qū)域建筑物易出現(xiàn)基礎(chǔ)融沉、道路翻漿等工程病害,所以對建筑物的基礎(chǔ)要求很高。鉆孔灌注樁因具備良好的承載特性被廣泛應(yīng)用于凍土區(qū)的工程建設(shè)中,但是鉆孔灌注樁在施工過程中由于機(jī)械熱擾動(dòng)、水泥水化熱及混凝土入模溫度對樁周凍土溫度場產(chǎn)生一定的影響,使樁周凍土在一定范圍內(nèi)溫度升高,甚至出現(xiàn)融化。同時(shí),由于溫度場的改變也會(huì)影響基樁的承載性能。因此,本文以樁體混凝土水化熱樁周凍土溫度場的影響及回凍后凍土基樁承載力學(xué)特性為出發(fā)點(diǎn)。重點(diǎn)研究樁周凍土溫度場變化規(guī)律及鉆孔灌注樁承載特性。本文首先通過室內(nèi)模型試驗(yàn)探究鉆孔灌注樁水化熱對樁周土溫度場的影響規(guī)律。在模型樁中內(nèi)置電熱棒加熱模擬混凝土水化熱,電熱棒功率為45W,用鋁管樁替代混凝土樁,模型樁的樁長60cm,外徑3cm,內(nèi)徑2.6cm。設(shè)定混凝土入模溫度為5℃,根據(jù)混凝土絕熱溫升理論和相關(guān)熱學(xué)知識計(jì)算出電熱棒需通電30分鐘。試驗(yàn)分為三種工況進(jìn)行研究,工況一:初始地溫為-3℃左右,電熱棒通電30分鐘;工況二:初始地溫-1℃左右,電熱棒通電30分鐘;工況三:初始地溫-1℃左右,電熱棒通電60分鐘。在土體中布置溫度傳感器,采集不同時(shí)間點(diǎn)的溫度,分析三種工況中模型樁水化熱對樁周凍土溫度場的影響規(guī)律。然后,樁周土回凍至一個(gè)穩(wěn)定溫度后,根據(jù)相應(yīng)規(guī)范預(yù)估基樁極限承載力,分別對基樁進(jìn)行靜載荷試驗(yàn),基于試驗(yàn)數(shù)據(jù)得出荷載-沉降曲線、位移-時(shí)間曲線、樁側(cè)摩阻力和軸力沿樁長變化曲線。由試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析得出:(1)工況一中基樁在水化熱的作用下使樁周1cm范圍內(nèi)凍土融化,樁壁處土體最高溫度為2.4℃,回凍時(shí)間為150分鐘,基樁極限承載力為9.6kN;(2)工況二中基樁在水化熱的作用下使樁周3cm范圍內(nèi)凍土融化,樁壁處土體的最高溫度為6.4℃,回凍時(shí)間為190分鐘,基樁極限承載力為7.5kN;(3)工況三中基樁在水化熱的作用下使樁周5cm范圍內(nèi)凍土融化,樁壁處土體的最高溫度為9.2℃,回凍時(shí)間為330分鐘,基樁極限承載力為5.25kN。(4)初始地溫相同時(shí),基樁的回凍時(shí)間隨水化熱增加而增加,基樁的極限承載力隨水化熱的增加而減小�；鶚端療嵯嗤瑫r(shí),初始地溫越低,基樁的極限承載力反而增大。選取工況一借助ANSYS軟件探究基樁水化熱對樁周凍土溫度場影響規(guī)律。將數(shù)值模擬結(jié)果與模型試驗(yàn)結(jié)果對比分析,二者規(guī)律基本一致。本文研究成果為凍土區(qū)樁基礎(chǔ)研究積累資料,同時(shí)可為工程設(shè)計(jì)、施工運(yùn)營提供技術(shù)參考。
【關(guān)鍵詞】：凍土 鉆孔灌注樁 模型試驗(yàn) 水化熱 承載力
【學(xué)位授予單位】：蘭州交通大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TU473.1
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 1.緒論10-16
• 1.1 課題背景及研究意義10-11
• 1.2 多年凍土地區(qū)樁基礎(chǔ)的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀11-14
• 1.2.1 凍土地區(qū)樁周土溫度場國內(nèi)外研究現(xiàn)狀11-12
• 1.2.2 凍土地區(qū)基樁承載特性國內(nèi)外研究現(xiàn)狀12-14
• 1.3 本文的主要研究內(nèi)容及技術(shù)路線14-16
• 1.3.1 混凝土水化熱及入模溫度對樁周土溫度場影響14
• 1.3.2 多年凍土區(qū)鉆孔灌注樁回凍后承載特性研究14-15
• 1.3.3 數(shù)值模擬分析15
• 1.3.4 本文技術(shù)路線15-16
• 2.凍土地區(qū)鉆孔灌注樁的基本理論16-34
• 2.1 凍土基本理論16-22
• 2.1.1 凍土的形成及分類16
• 2.1.2 凍土物理力學(xué)性質(zhì)16-22
• 2.2 凍土區(qū)鉆孔灌注樁熱學(xué)理論分析22-26
• 2.2.1 入模溫度22-23
• 2.2.2 水泥水化熱23-25
• 2.2.3 混凝土絕熱溫升25-26
• 2.3 基樁力學(xué)特性分析26-32
• 2.3.1 單樁荷載傳遞機(jī)理26-30
• 2.3.2 凍土區(qū)基樁承載機(jī)理30
• 2.3.3 單樁豎向承載力估算方法30-32
• 2.4 單樁豎向承載力32-33
• 2.4.1 單樁破壞模式32-33
• 2.4.2 單樁極限承載力的影響因素和判定方法33
• 2.5 本章小結(jié)33-34
• 3 室內(nèi)模型試驗(yàn)34-49
• 3.1 試驗(yàn)儀器設(shè)備34-37
• 3.1.1 低溫環(huán)境箱34
• 3.1.2 實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ拖?/span>34-35
• 3.1.3 加載設(shè)備儀器35-36
• 3.1.4 靜態(tài)應(yīng)變測試儀36-37
• 3.1.5 測溫設(shè)備37
• 3.1.6 電壓轉(zhuǎn)換器37
• 3.2 模型樁的制作37-39
• 3.3 填土土工試驗(yàn)39-42
• 3.3.1 篩分試驗(yàn)39
• 3.3.2 擊實(shí)試驗(yàn)39-41
• 3.3.3 液塑限試驗(yàn)41-42
• 3.4 儀器的標(biāo)定42-44
• 3.4.1 千斤頂?shù)臉?biāo)定42-43
• 3.4.2 溫度傳感器的標(biāo)定43-44
• 3.4.3 機(jī)電百分表的標(biāo)定44
• 3.5 試驗(yàn)過程44-48
• 3.5.1 填土的配制45
• 3.5.2 模型填筑及元器件布設(shè)45-47
• 3.5.3 模擬混凝土水化熱試驗(yàn)47
• 3.5.4 回凍后基樁承載試驗(yàn)47-48
• 3.6 本章小結(jié)48-49
• 4 試驗(yàn)結(jié)果分析49-64
• 4.1 工況一水化熱試驗(yàn)結(jié)果分析49-53
• 4.2 工況二水化熱試驗(yàn)結(jié)果分析53-58
• 4.3 工況三水化熱試驗(yàn)結(jié)果分析58-63
• 4.4 本章小結(jié)63-64
• 5 基樁靜載荷試驗(yàn)結(jié)果分析64-72
• 5.1 荷載—沉降曲線64-66
• 5.2 軸力計(jì)算及分布規(guī)律66-70
• 5.3 樁側(cè)凍結(jié)力計(jì)算及分布規(guī)律70-71
• 5.4 本章小結(jié)71-72
• 6 樁-土體系水化熱數(shù)值模擬72-83
• 6.1 引言72
• 6.2 溫度場控制微分方程72-74
• 6.3 建立模型74-76
• 6.3.1 基本假設(shè)74
• 6.3.2 相關(guān)參數(shù)選定74
• 6.3.3 計(jì)算模型建立74-76
• 6.4 數(shù)值模擬計(jì)算結(jié)果76-82
• 6.5 數(shù)值模擬結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果對比分析82
• 6.6 本章小結(jié)82-83
• 7 結(jié)論與展望83-85
• 7.1 結(jié)論83-84
• 7.2 展望84-85
• 致謝85-86
• 參考文獻(xiàn)86-89
• 攻讀學(xué)位期間的研究成果89

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：602472