入渗增湿作用下非饱和黄土中单桩的承载特性研究

作     者：胡少磊 

作者单位：郑州大学 

学位级别：硕士

导师姓名：张四化;刘云龙

授予年度：2021年

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

主      题：非饱和黄土 土水特征曲线 桩基承载性状 模型试验 改进荷载传递曲线 

摘      要：黄土是在干旱、半干旱气候条件下形成的一种特殊土,其土质均匀、孔隙发育、富含可溶盐,遇水易发生大面积湿陷。自然现象（如降雨降雪）和人类活动（如地下管道渗漏）均可能引起非饱和黄土含水率的变化。黄土遇水湿陷的特殊工程性质严重影响黄土地区建、构筑物的安全性和稳定性。全世界每年花费在湿陷性黄土地区基础设施修复和改造的费用巨大。桩基作为一种传统的深基础形式被广泛应用在黄土地区。然而,现阶段针对湿陷性黄土地区桩基的设计仍主要基于饱和土力学理论,未能够充分考虑吸力变化和黄土湿陷对桩基承载特性的影响。随着水入渗到桩周土体中,土体含水率增加,吸力减小,桩周土发生湿陷变形。吸力减小导致桩土界面剪切强度降低,桩周土沉降导致产生桩土相对位移,两者共同作用,导致非饱和黄土中桩的承载特性发生变化。针对上述问题,本文采用室内模型试验和理论分析相结合的方法,进行了以下研究:（1）从微观角度探讨了黄土的湿陷机理,运用改进回归分析法定量分析黄土湿陷性系数与其物性指标的相关性,得到计算湿陷性系数的预测模型,为预测某地区湿陷性系数提供一种简便方法。（2）通过室内土工试验,得到黄土样的颗粒级配曲线、液塑限、最佳含水率、最大干密度、比重和湿陷性系数等物性参数;通过SD-SWCC压力板仪试验,得出一条土水特征曲线,利用F-X模型对该土水特征曲线进行了较好的拟合;进行了不同含水率下的桩土界面剪切试验,结合Hamid和Miller提出的模型,得到了桩土界面抗剪强度中的相关参数;基于相似原理,进行非饱和黄土中单桩的入渗试验,明确了增湿过程中桩周土含水量和吸力随时间的变化规律,以及桩身沉降特性随吸力变化规律,分析了增湿作用对非饱和黄土中单桩的承载特性影响（包括桩身轴力、桩身侧摩阻力、桩端阻力和桩顶沉降）。（3）基于非饱和土力学原理,对传统荷载传递法进行改进,主要考虑基质吸力变化对桩-土相对位移和桩-土界面抗剪强度的影响。通过开发可靠的程序,输入包括入渗时的基质吸力变化曲线、桩土界面以及模型桩的一些基本参数来预测入渗后非饱和黄土中桩的承载性状变化情况。并将理论计算结果与室内模型试验结果进行对比分析,验证了改进荷载传递曲线法的可行性。