[01369696]人工制备湿陷性黄土微观结构的三维随机模拟与试验研究

1、课题来源与背景 本项目由国家自然科学基金委员会于2014年8月立项,是国家自然科学基金项目,项目名称：人工制备湿陷性黄土微观结构的三维随机模拟与试验研究,项目编号：41402252。 2、研究目的与意义 近年来,湿陷性黄土地区基础设施建设大规模展开,建设场地由低阶地向高阶地发展,由于对黄土特殊的工程性质认识不够深入全面,造成大量的工程失效和工程事故,同时,不少工程又因过于保守,夸大了黄土湿陷性的影响,造成工程建设投资浪费,存在理论与实际之间的矛盾。因此,需结合黄土工程与黄土力学,对黄土湿陷性、深基础负摩阻力等本质问题进行深入研究,揭示黄土工程问题发生的内在机理,为科学合理的工程设计和建设提供理论依据。 3、主要论点与论据 天然黄土由于具有较强结构性,在取样过程中不可避免的应力释放,运输及制样过程的扰动,黄土已非“原状“。同时,天然黄土在其湿陷性、干密度、抗剪强度等方面由于地理和空间位置的不同,试验结果离散性较大,很难直接进行对比分析。在黄土与基础结构相互作用的模型试验中,往往采用重塑黄土填筑模型,破坏了天然黄土的结构性。 （1）通过考虑黄土最为重要的湿陷性质,根据风成黄土随机堆积的主要形成过程和沉积特点,基于蒙特卡罗原理,以干密度和湿陷系数为控制指标,采用空中自由下落法,通过大量的配比试验,成功制备了人工湿陷性黄土。 （2）通过对人工制备湿陷性黄土与天然湿陷性黄土的物理性质指标、力学性质指标、微观结构等的对比分析,验证人工制备湿陷性黄土与天然黄土的相似性,并从压实度、黏土矿物含量、初始含水率、浸水压力等影响因素方面研究黄土的湿陷性。 （3）结合湿陷性黄土地区常采用的群桩基础和具有发展前景的地下连续墙基础,采用人工制备湿陷性黄土填筑模型,进行地下连续墙和桩基浸水试验研究,分析湿陷性黄土地基深基础的荷载传递机理与规律、负摩阻力分布特征,验证人工制备湿陷性黄土应用于土与构筑物相互作用模型试验中的合理性。 （4）根据对现场桩基浸水试验、模型试验结果分析,得出湿陷性黄土地基浸水后,桩基础和地下连续墙基础负摩阻力的分布都符合抛物线形式,采用抛物线拟合分析,提出下拉荷载计算方法-抛物线法,所计算的下拉荷载结果更接近实际结果。 4、创见与创新 （1）采用一种新的湿陷性黄土研究途径,研制了湿陷性黄土模型试验相似材料,给出了不同湿陷等级人工湿陷性黄土最佳配合比和控制标准,试验结果具有可控性和重复性。 （2）针对湿陷性黄土地区常采用的桩基础和具有广阔应用前景的地下连续墙基础,通过地下连续墙基础和群桩基础室内浸水模型试验研究,分析湿陷性黄土地基中深基础的荷载传递机理与负摩阻力分布特征,提出并改进深基础竖向承载力计算方法。 （3）针对现有规范关于负摩阻力的推荐值,对工程中的多数情况过分夸大了负摩阻力的不利作用,提出了湿陷性黄土场地浸水条件下下拉荷载计算方法,即抛物线法。并通过现场实测数据验证,得出抛物线法所计算的下拉荷载与实测结果误差在10%以内,所计算的下拉荷载更接近实测结果,更为合理和可靠。 5、社会经济效益,存在的问题 本项目成果可应用于我国湿陷性黄土地区桩基础、地下连续墙基础的设计和施工中,为湿陷性黄土模型试验的开展提供技术支撑,负摩阻力计算方法能够为相关规范的修订和湿陷性黄土地区桩基工程的设计提供参考。 6、历年获奖情况 无获奖