塔河流域砂土与桩相互作用模型试验研究1

1、L O G O塔河流域砂土与桩相互作用模型试验研究塔河流域砂土与桩相互作用模型试验研究 团队成员：刘雨涵 李秦伟 雷杰 邓林娟指导老师：李宏伟一、项目简介一、项目简介 阿拉尔市地处天山南麓，塔克拉玛干沙漠北缘，阿克苏河与和田河，叶尔羌河三河交汇之处的塔里木河上游，其地质环境多为砂土，随着阿拉尔市城市建设的快速发展，桩基工程得到了大量的应用，持力层埋藏很深，桩周土质很差，只能依靠桩周摩擦力来承载，在竖向和水平荷载作用下，除要考虑本身强度及变形能否满足上部荷载的要求外，稳定性问题显得更为重要。本项目针对上述问题，拟开展水平荷载作用下的单桩承载能力的模型试验，通过观测单桩在水平荷载作用下的桩顶水平位

2、移、桩顶转角、桩身弯矩及桩周土体变形，利用非线性有限元技术分析桩-土相互作用，建立适合塔河流域砂土与桩特性的相互作用模型，揭示水平荷载作用下的桩土相互作用规律，为阿拉尔城市建设的桩基工程提供理论基础与技术支撑。二、申请理由二、申请理由v 塔里木河谷底宽缓，宽约塔里木河谷底宽缓，宽约4002000m，河流叉沟多，河流叉沟多，地表以下由黄灰色砂土及灰、灰黑色岩土等构成，厚度大地表以下由黄灰色砂土及灰、灰黑色岩土等构成，厚度大于于142.60m，除浑园状土丘外，未见基岩直接裸露。地，除浑园状土丘外，未见基岩直接裸露。地层岩性以粉土、粉质粘土和粉砂为主。表层主要分布耕土层岩性以粉土、粉质粘土和粉砂为主

3、。表层主要分布耕土层、粉土层和粉质粘土层，其下主要分布巨厚粉砂层，属层、粉土层和粉质粘土层，其下主要分布巨厚粉砂层，属无限深透水地基。随着阿拉尔市城市建设的大力发展，高无限深透水地基。随着阿拉尔市城市建设的大力发展，高层建筑结构的层出不穷，桥梁桩基的广泛应用，而阿拉尔层建筑结构的层出不穷，桥梁桩基的广泛应用，而阿拉尔市地处塔里木河上游，其工程地质条件复杂。市地处塔里木河上游，其工程地质条件复杂。v 桩基作为一种广泛应用的基础形式，长期以来受到了国内桩基作为一种广泛应用的基础形式，长期以来受到了国内外专家学者的广泛关注。研究人员对其材料、构造、形式外专家学者的广泛关注。研究人员对其材料、构造、形

4、式、承载机理、承载特性以及创新设计等方面做了深入研究、承载机理、承载特性以及创新设计等方面做了深入研究。Randolph通过桩通过桩-土相互作用模型分析了工程经验与土相互作用模型分析了工程经验与科学理论相结合对于桩基设计的重要意义；科学理论相结合对于桩基设计的重要意义；Jardine等提等提出了出了ICP桩基承载能力计算方法并通过室内模型试验进行桩基承载能力计算方法并通过室内模型试验进行了验证；杨仲轩等人通过利用沉桩试验桩周砂了验证；杨仲轩等人通过利用沉桩试验桩周砂土的变形情况，分析了砂土压缩对于桩基承载力的土的变形情况，分析了砂土压缩对于桩基承载力的预测性能；王立忠等人通过原位试验方法研究了

5、大预测性能；王立忠等人通过原位试验方法研究了大直径钻孔灌注桩负摩阻力的变化规律。由于塔河流直径钻孔灌注桩负摩阻力的变化规律。由于塔河流域砂土的工程特性研究很少，而桩与土相互作用的域砂土的工程特性研究很少，而桩与土相互作用的研究更少，因此，桩土相互作用机理的研究成为桩研究更少，因此，桩土相互作用机理的研究成为桩基工程研究的热点问题。基工程研究的热点问题。本项目建立桩与土相互作用的室内模型，通过观测本项目建立桩与土相互作用的室内模型，通过观测单桩在水平荷载作用下的单桩桩顶的水平位移、桩单桩在水平荷载作用下的单桩桩顶的水平位移、桩顶转角、桩身弯矩及桩周土体变形，利用非线性有顶转角、桩身弯矩及桩周土体

6、变形，利用非线性有限元技术分析桩与土的变形性状，揭示桩土相互作限元技术分析桩与土的变形性状，揭示桩土相互作用的机理，为阿拉尔市城市建设的桩基工程提供理用的机理，为阿拉尔市城市建设的桩基工程提供理论基础和技术支撑。论基础和技术支撑。本团队中所有成员均为土木工程专业学生，具备完成本本团队中所有成员均为土木工程专业学生，具备完成本课题所需的基本专业知识，对桩基工程和土力学方面的课题所需的基本专业知识，对桩基工程和土力学方面的技术和相关科学实验具有浓烈的兴趣，具备较强的动手技术和相关科学实验具有浓烈的兴趣，具备较强的动手能力和求知欲望。能力和求知欲望。通过本项目的实施，一是可以提高我们团队的学术思想通

7、过本项目的实施，一是可以提高我们团队的学术思想，激发团队的创新思维，另外可以学以致用，提高小组，激发团队的创新思维，另外可以学以致用，提高小组成员的动手和创新能力。小组成员一定会尽最大的努力成员的动手和创新能力。小组成员一定会尽最大的努力去探索、发现，并最终完成本项目的研究。去探索、发现，并最终完成本项目的研究。三、项目方案三、项目方案项目研究内容项目研究内容1项目目标项目目标2技术路线技术路线3实验方法实验方法4 图图1 桩土相互作用模型试验桩土相互作用模型试验 桩土相互作用模型试验如图桩土相互作用模型试验如图1 1所示，建立所示，建立1.6m1.6m1.2m1.2m1m1m的模型槽，采用直

8、径为的模型槽，采用直径为50mm50mm（80mm80mm）、桩长为）、桩长为1.2m1.2m的模型桩，桩底距模型槽底部为的模型桩，桩底距模型槽底部为20cm20cm。试验开始时，采用液压千斤顶在桩顶施加水平方向和竖向荷。试验开始时，采用液压千斤顶在桩顶施加水平方向和竖向荷载，利用贴在桩不同深度处（距桩底载，利用贴在桩不同深度处（距桩底20mm20mm、40mm40mm、60mm60mm）的应变片来观测桩的变形、桩周土中压力盒量）的应变片来观测桩的变形、桩周土中压力盒量测桩变形引起的土压力变化，开展桩土相互作用室内模型试验。测桩变形引起的土压力变化，开展桩土相互作用室内模型试验。 1 1、项目

9、研究内容、项目研究内容 建立桩土相互作用模型试验建立桩土相互作用模型试验三、项目方案三、项目方案三、项目方案v 非线性有限元模拟桩与土的相互作用过程v通过桩土相互作用的室内模型试验，砂土的室内土工试验，利用非线性有限元技术模拟桩与土的相互作用过程，揭示桩土相互作用机理，建立桩土相互作用模型。三、项目方案三、项目方案v2. 项目目标v通过砂土的土工试验、桩土相互作用的模型试验，利用非线性有限元技术模拟桩与土相互作用的过程，旨在揭示塔河流域特殊砂土与桩相互作用的机理，为进一步研究桩的承载能力特性提供理论基础。 3、技术路线、技术路线三、项目方案三、项目方案三、实验方案三、实验方案v 砂土室内土工试

10、验砂土室内土工试验v 分别在阿拉尔市三个不同区域不同深度取土，根据土工试验规范，进行颗分试验、含水量、容重、渗透性等土工试验，初步得出砂土的基本力学性能指标，为以后的桩土模型试验提供基础。三、实验方案:v 桩桩-土模型试验土模型试验v模型桩事先固定在模型槽中，应变片布置在桩水平受荷同一平面内；根据砂土室内土工试验的结果，配制土样，装入模型槽，固结两到三个月，使其沉降达到稳定后进行桩-土模型试验。试验进行时，利用液压千斤顶施加水平荷载，同时数据采集仪记录加载过程中桩身变形及其桩周土的变形过程。 三、实验方案：三、实验方案：v 试验方法试验方法v水平荷载：采用液压千斤顶施加；v桩顶水平位移：利用百

11、分表量测；v桩顶转角：通过桩顶水平位移计算得出；v桩身应变：采用应变片量测；v土工试验：在牛新平老师指导下完成。四、项目特色与创新四、项目特色与创新v 本项目依据塔河流域特殊砂土性状，新兴城市阿拉尔市城市建设过程中的桩基工程为研究对象，拟开展桩-土相互作用模型试验，揭示水平荷载作用下的桩-土相互作用规律。本项目的特色和创新之处是将具有地域特色的砂土与桩基工程联系起来，研究水平荷载作用下的桩-土相互作用机制，国内外在这方面的研究很少，本项目研究成果可以为阿拉尔市城市建设中的桩基工程提供理论基础。五、项目预期成果五、项目预期成果v1、建立桩土相互作用模型试验，提出水平荷载作用下的桩土相互作用机制。v2、公开发表相关论文1篇。v3、提交详细、完整的研究性技术报告。六、项目进度安排六、项目进度安排v 2016年5月-2016年8月 查阅相关文献、资料收集整理，前期试验准备；v 2016年9月-2016年10月 砂土的颗粒分析、含水量、击实、渗透性、直剪等土工试验；v 2016年11月-2016年12月 整理砂土室内土工试验数据，为桩土相互作用模型试验提供试验基础。v 2017年1月-2017年3月 配制土样，装入模型槽，静置，使其沉降稳定后进行模型试验。v 2017年4月-2017年12月 进行桩土项目作用模型试验，并采集试验过程中的相关数据。在相关期刊上发表论文1篇