岩溶桩基模型实验中相似材料选取及物理模型实验研究

作     者：周文佐 

作者单位：湖北工业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：刘永莉

授予年度：2020年

学科分类：081401[工学-岩土工程] 08[工学] 0814[工学-土木工程] 

主      题：岩溶桩基 相似理论 相似材料 模型实验 数值模拟 

摘      要：岩溶是桩基工程建设中常见的不良地质之一,在复杂的岩溶区域实施桩基础工程大大增加了桩基础的工程难度,施工桩基础时下伏存在溶洞也会影响工程建设的质量安全。因此,本文通过研究岩溶桩基模型,以期在工程实践中给出可供参考的依据。具体研究内容如下:首先,由相似理论得出模型与原型间各物理量的相似比,拟定几何相似比为30、密度相似比为1.5,再依据主要物理量相互之间的联系推知其他若干个物理量的相似系数。同时依据原型各参数换算出模型各参数的目标值,为下一步相似材料选取提供理论依据。其次,在前人研究的基础上采用了砂、石膏、水泥、硅藻土、红黏土、泥灰岩等材料。制定相似材料选取的实验方案,设计了45组配合比,进行了单轴抗压实验与直剪实验。以饱和单轴抗压强度与密度为控制指标、弹性模量和黏聚力及内摩角为参考指标,筛选出了三组最佳配合比用以模拟三种不同风化程度的泥灰岩。随后,收集某工程的勘探资料并整理,提取各岩层的基本物理量信息。制定模型实验方案,设计了实验的监测方案与加载方案,通过对实验结果分析,得到了岩溶基础在桩荷载作用下的变化特征。最后,将模型实验参数经过相似系数转换为原型参数,获得原型计算结果;运用Midas GTS有限元计算软件对模型实验所模拟的工况进行分析验证。经过相似系数换算,得出位移相似比与应变相似比均为1;提取桩基沉降数据和溶洞围岩应变数据,直观对比模型实验所得实验数据,并对模型实验效果进行验证,为下一步的实验改进提供参考。