文摘

研究上的灰土挤密桩的影响和湿陷性黄土地基的影响water-heat-force特征在土壤压实、灰土挤密桩的现场试验进行了湿陷性黄土地基处理。本文监测土壤温度的过程中,水,土压力变化桩形成的过程。根据宏加工和灰土挤密桩处理湿陷性黄土地基的微观结构,water-heat-force的定性规律变化桩形成的过程。与此同时,介绍了土壤破坏的影响在压实的过程中扩张。毛孔扩张的模型在线性损伤条件下的塑性区。损伤条件下径向应力分布的公式。不同损伤因素对扩张过程的影响进行了分析。

1。介绍

作为一个实际的主题,地基处理的过程中不断发展和完善,越来越多的关注由工程师(1- - - - - -3]。湿陷性黄土在中国广泛分布,其独特的土壤结构特征和工程施工(工程性能带来一些困难4]。湿陷性黄土地基处理方法,现场施工压实桩已广泛应用在中国西北黄土地区由于其当地材料的优点,就地治疗,深层致密化和低成本5]。

现场施工压实桩基础上形成一个洞被使用管下沉,影响,或爆炸性扩张,填补洞与石灰土,并使用一个高动能夯紧缩和灰土夯实,强迫周围的土壤桩横向变形。桩周围的土壤孔隙比减少,和密实度的增加。当土壤压实一定干密度、压实系数,可以消除黄土湿陷。桩下沉和孔形成的过程中,形成的复合地基土置换、压实、扩张,和胶结可以提高地基承载力和变形特征。目前,许多学者做了大量的研究和讨论在灰土挤密桩的应用在湿陷性黄土地基的处理,和许多结果。法塔赫et al。6)使用的混合硅灰和石灰硅石熏稳定沙丘土壤对沙丘在伊拉克和研究他们的影响。石灰硅石烟可以改善土壤的内聚力和内摩擦角。法塔赫et al。7)进一步研究石膏含量对土壤的影响,和石膏可以提高土的压缩性。石灰可以改善土壤的性质(8),可以提高土的强度,对环境友好。这些研究成果石灰改善土提供积极的指导实际工程在很大程度上。邢et al。9灰土挤密桩)验证,方法可以消除黄土的湿陷的范围内桩深度和桩端下一定范围内通过各种方法的实验研究路基加固,这表明该方法更适合深厚湿陷性黄土的治疗。元等。10,11)进行了实验和数值研究土壤和桩之间的相互作用,观察周围的位移变化的土壤与透明土桩,并系统地探讨了桩相互作用机制。王(12)理论分析了现场施工桩在湿陷性黄土地基的效果。的帮助下,灰土挤密桩工程测试表明,湿陷性黄土地基是一种有效和经济的方法治疗。强化土壤添加剂是一种有效的方法。元等。13]研究了花岗岩的强化玻璃纤维和liquid-modified聚乙烯醇聚合物,进一步丰富了研究改善土壤的方法。曹(14)使用统一强度理论来研究灰土挤密桩的应力,获得的弹性解hole-forming灰土挤密桩的过程和孔壁的弹性极限负荷产生的时候,和获得之间的关系统一的内部压力的孔壁和塑料压缩半径。分钟et al。15]研究了土壤含水率的机制根据水转移机制,指出土壤含水率可以自由水与低势能转换成束缚水和水的高势能。现场施工处理技术还用于解决大面积崩溃的土壤。扎卡里亚的测试结果等。16)表明,石灰桩可以减少土壤石膏崩溃的可能性。刘等人。17]研究了热特性的生石灰(曹)能源桩表面上温暖的冻土解冻和指出,同样的生活石灰桩有不同的对不同类型的冻土融化的影响,桩的扩张效应可以提高生石灰桩周围土的密度来提高地面的强度。Malekpoor和Poorebrahim18)的功能特性进行了试验研究软土的石灰桩。王等人。19]研究了含水率的动态特性膨胀土和讨论了不同含水量的影响,围岩压力,振动频率等因素对土壤的动态特性。Okyay和二叠纪(20.]和Kasangaki Towhata [21]石灰处理后土壤的力学性能进行了探讨。郑et al。22)对复合地基进行了数值研究了CFG桩的承载力特性,研究在不同的负载条件下石灰桩。这些研究极大地发展了石灰桩的研究内容、工程实践和理论研究中发挥了积极作用。

目前,灰土挤密桩的研究主要集中在其湿陷性黄土地基的应用效果和轴承和变形机制。然而,它并不分析渗水,传热,传质,灰土挤密桩的变形的微观结构。此外,人们普遍认为,桩与桩之间的承载能力的提高是由于土壤的吸水和扩大桩在桩形成的过程中,竖向荷载作用下,颗粒材料的屏蔽效应是不考虑。总之,为了准确评价地基土灰土挤密桩的影响,桩间土的承载机理研究,本文将监测的变化water-heat-force灰土挤密桩的过程中形成和实施垂直承载力静载试验和平板载荷试验对自然网站,现场施工桩,桩侧土和桩间土分别。

2。材料和方法

通过监控土壤温度、水分、土壤的压力,和灰土挤密桩的横向膨胀位移的定性规律water-heat-force灰土挤密桩的变化。现场施工桩的静载荷试验,自然土壤,桩间土,其旁边桩的加固效果进行了评价现场施工桩在湿陷性黄土地基处理提供强有力的支持,灰土挤密桩的应用在湿陷性黄土的治疗。

测试是在Pengjiaping中央生态公园项目网站在兰州七里河公园高新技术开发区。根据调查数据,网站的地形是第三的前沿平台在黄河南岸。之间的地下水位埋深的19.2和22.4米从地面和土壤层从上到下:(1)黄土质淤泥:淡黄色或淡灰色的黄色,主要由淤泥粒子,包含白色钙质结核层厚度为21.0米- 28.3米。13 m-15米地面的地方,通常在困难和硬塑料状态,和下面的部分是软塑料或流塑性状态。(2)卵石层:根据典型河流引人注目的地层的特点,层变化明显的南北方向,北高南低,海拔1543.42米——1548.86米。

灰土挤密桩的长度是4米,桩的直径是40厘米,桩间距为1.0 m,桩孔排列根据等边三角形,现场施工桩的石灰剂量9% - -10%(重量比),40厘米厚10%现场施工的桩顶设置缓冲,桩身的压实度不小于93%(重型压实标准),以及现场施工垫层的压实度不小于97%(重型压实标准)。锤重量不得少于150公斤,和最大直径10 cm-16厘米直径小于桩。监控系统的布局:三个施工桩完成后,测试漏洞挖掘(使用洛阳铲)。在初始状态,仪器洞是用来监控含水量、不同土壤的密实度,折叠层。调查被安排根据测试系统的要求。三个施工桩完成后,测试孔挖掘(使用洛阳铲)。

现场施工压实桩通常被用来处理湿陷性黄土地下水位以上,治疗5 - 15米的深度。石灰土通常是1:1(体积比生石灰站点黄土)。桩直径400毫米,桩中心的距离是1200毫米,桩孔排列在一个等边三角形。现场施工桩的长度是8.0米,中间监测孔的深度为7.0米,直径是800毫米。传感器嵌入在2.0米和7.0米的监测孔,分别。现场试验现场和施工情况如图1。图1(一)的混合灰土,图吗1 (b)是形成的桩孔开挖,图1 (c)图像传感器的孔,图吗1 (d)传感器的布局图吗1 (e)是实际的测试模型的照片填满后,和图吗1 (f)是测试的计划模型。图2是测试的原理图模型。

传感器被埋在深度2.0米和7.0米,和传感器布局如图3。温度和湿度传感器编号TH1-1、TH1-2 TH1-3, TH1-4安排每10厘米从桩1到监控中心的黑洞。同时,土压力传感器SP1安排TH1-1和TH1-2之间,和土压力传感器SP2安排TH1-2和TH1-3之间。温度和湿度传感器放置在桩之间的连接线2和监测孔的圆中心。传感器间距是10厘米,和数字TH2-1 TH2-2, TH2-3和TH2-4分别。温度和湿度传感器排列在桩的确切位置3,编号TH3-1, TH3-2 TH3-3, TH3-4。

3所示。实验结果

图4(一)显示了水含量和温度之间的关系在2 m旁边的土桩。从图可以看出,温度显示上升趋势于4月21日至7月27日,当土壤含水量基本上保持不变。最主要的原因是,在桩形成的早期阶段,现场施工桩与周围的土壤,少量的水和土壤中的水分含量基本不变。随着天气变暖,土壤与大气温度的上升温度上升。从7月27日到9月13日,土壤中的水分呈现波动上升趋势,土壤温度先增加然后减少。主要原因是现场施工桩开始吸收水分并释放热量在此期间,导致土壤水分的减少,土壤温度的上升。石灰的化学反应方程如下所示:

然而,由于更多的降水在8月和9月在测试区域,与降水的入渗,吸水的现场施工桩工作在一起,土壤中的水含量波动,和冷却造成的降水比这更重要的石灰水吸收和热释放引起的,所以土壤温度显示一个下降的趋势。9月13日,由于人工注水,含水量急剧增加,现场施工桩进一步吸收水和释放热量,土壤温度有上升趋势,和lime-absorbed水所产生的热量使水在土壤蒸发,导致土壤含水量的减少。图4 (b)显示了水含量和温度之间的关系在7米的土桩的旁边。从4月26日至9月13日,现场施工桩与水,几乎没有互动和土壤含水量变化不大。结果表明,温度降低,然后增加。第一减少造成的温度是逐渐丧失pile-forming过程中产生的热量,和后来的增加土壤温度是由水引起的吸收和释放热量的现场施工桩。9月13日人工注水导致了土壤含水量的快速增长。现场施工桩多水吸收和释放热量,增加土壤温度。

图5显示了水和土压力之间的关系在2米和7米的土桩的旁边。从4月26日至9月13日,土壤水分含量变化不大,说明施工桩在这个位置对水几乎没有影响。人工注水9月13日导致大幅增加土壤含水量和土压力急剧降低由于土壤软化。这种现象反映在2米和7米的深度。注水后,土壤软化导致侧向土压力下降,而生石灰与水的化学反应会消耗一部分的水。随着反应的进展,含水量减少,和侧向土压力的振幅将会增加。

石灰的水化过程伴随着强大的吸水率和放热。1公斤生石灰水化时,它通常吸收0.8 -1.0公斤水,水化吸收0.321公斤,水蒸发了,1172 kJ热量被释放。这些热量可以增加基础土壤,使土壤的温度产生特定的蒸发脱水现象。生石灰的吸水率降低了地基土的含水量,生石灰的体积膨胀几乎是两倍的水分,从而产生一个巨大的挤压力量之间的松散地基土桩,提高桩间土的密实度,提高承载力。在石灰的过程中水化,Ca (OH)的溶解度₂在水中随温度的增加而减小。在这个时候,Ca(哦)₂由于过度饱和,形成晶体沉淀再结晶后,这使得它紧凑,强度高。由于带正电的钙离子之间的相互作用和带负电荷的粘土颗粒在Ca(哦)₂,形成胶体凝结。与现场施工的年龄的增加,土壤固化的增加,土的强度逐渐增加。Ca(哦)₂在桩接触空气形成CaCO₃。CaCO的结晶₃结合Ca (OH)的结晶₂(焦化),这使得删除stylus层与高强度桩形式,提高地基土的力学性能,并提高了地基的承载力。灰土挤密桩的基础上,由于现场施工桩的变形模量远远大于桩间土,堆上的载荷产生的应力集中,降低了土壤中的压力在一定深度以下的底部基础和消除大量的压缩变形的不利因素和可折叠变形的支承层。此外,现场施工桩的侧向约束影响桩之间的土壤可以限制土壤的横向运动,以及桩之间的土壤只产生垂直压实,使压力和解决在一个线性关系。

4所示。扩张过程的理论分析

在扩张过程中产生的径向压力的现场施工桩可以产生一个压实对土壤的影响,可分析柱孔扩张理论。的应力、应变和其他变量只有径向坐标的函数 。计算模型如图6。

弹性阶段满足静力平衡微分方程,如下面所示: 在哪里径向应力,是周向应力,r极坐标的径向坐标系统。

所示的几何方程如下: 在哪里径向位移,是周向位移,是径向应变,是周向应变。

这个问题最初是一个轴对称平面应变问题。为了简化计算,我们可以先按照平面应力计算问题,然后通过转换得到平面应变的解决方案和 。平面应力问题的物理方程满足胡克定律,如下面所示: 在哪里土的弹性模量和吗是土的泊松比。

当土壤在弹性阶段,上述三个方程可以用来完成的解决方案。根据压力的解决方案方法,变形协调方程表达的菌株可以从几何方程(3):

通过引入物理方程变形协调方程(5)表达的应变、变形协调方程表达的应力分量,如下面所示:

从平衡微分方程(2)和(6),方程的径向应力建立了二阶常微分方程:

在初始半径 ,孔壁的径向应力是扩张的压力 。半径趋向于无穷时,应力变化引起的附加应力趋于0,还有 。的内部应力弹性区

周向应力可以表示如下:

此时,土壤的径向位移的弹性区

古典Vesic的23]理论不考虑土的结构性变化引起的扰动过程中扩张。注水后,土壤接近饱和,被外部力量。外部影响的过程中扩张将导致土壤结构变化的干扰,减少土壤的强度。基于这个想法,土壤的失败属于强度理论的范畴。因此,它具有特定的现实意义考虑损伤对土壤的影响在塑性区。

当 ,干扰效应是0,土的强度不受影响。当 ,这意味着土壤明显干扰,土壤的强度损失是100%;然后,在孔壁最大扰动发生时,土的不排水强度可以修改 。干扰的程度将降低线性沿径向方向的。因为外面的土壤塑性区处于弹性状态,不屈服,认为网站不打扰,和土壤强度弹性区仍然是 。因此,土的强度在塑性区半径的返回一个不受干扰的状态, ,和力量是 。当扰动函数是一个线性模型,土壤不排水强度如下: 在哪里土壤的破坏系数,r_p塑性区半径的,r_u扩张后孔的半径。

在不排水条件下,特雷斯卡的准则修改为方程(11):

根据方程(12)和平衡微分方程(2),径向应力的控制方程的线性损伤模型塑性区获得:

控制方程是通过分离变量的方法来解决。孔壁的径向应力 ,和径向应力的表达(14)得到:

考虑到,在弹塑性界面,压力可以满足弹性和塑料解决方案,因此,获得最终扩张压力:

径向应力和周向应力的表达得到塑性变形区域如下:

为了探索扩张过程的特点,进行了一个数值例子。土的弹性模量是2000 kPa,和损失系数变化从0.0到1.0,当 ,古典的屈服准则退化特雷斯卡标准。在不排水条件下,泊松比是0.5,扩大孔的半径是0.2米,和土的不排水强度是20 kPa。在不同损伤系数,扩大土壤的径向应力分布如图7。在图7,因为破坏只发生在土壤的塑性区,结果在弹性区是一致的。当损伤系数 ,它相当于Vesic的解决方案的结果。没有实力损伤塑性区,和径向压力在孔壁是最大的;值是90.13 kPa。增加的损失系数 ,径向应力降低的极值;当 ,孔的径向应力墙81.17 kPa, 72.20 kPa, 63.24 kPa, 54.27 kPa,分别和45.31 kPa。径向应力的分布在塑性区图所示8。损失系数的增加会导致减少的径向应力振幅。考虑到破坏性的影响,最大变化的径向应力达到49.73%。如果忽视土壤破坏的影响,计算结果将会太大,和现场施工桩的挤土效应将被高估了,这是不利的项目。

5。结论

石灰的水化反应现场施工桩与水将释放大量的热量,和石灰的体积会显著扩大。因此,土壤水分含量的增加会导致土壤温度和土压力的增加。当土壤含水量急剧增加,旁边的土桩会软化,这将导致大幅减少地球的压力在短时间内。然后,由于水化反应的渐进发展的现场施工桩,桩扩张将导致土压力的增加。考虑施工扰动的破坏性影响土壤结构、土壤的强度的塑性区沿径向方向线性变化。线性损伤模型下的扩张计算结果低于古典Vesic的结果。不同的损伤系数会导致不同程度的径向应力的降低,最大变化范围是49.73%。

数据可用性

使用的数据来支持本研究的发现可以从相应的作者。

的利益冲突

作者宣称他们没有利益冲突有关的出版。

确认

这项研究得到了在兰州十大科技创新项目(没有。2020-2-11),兰州人才创新和创业项目(没有。2017 - rc - 85),甘肃高价值专利项目培养和转化知识产权局(没有。20 zscq034),甘肃基础研究创新团队项目(没有。20 jr10ra205)。