【摘 要】
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大直径水泥土复合钢管桩是一种由大直径钢管桩与浅层加固土联合工作的新型复合桩基础,主要应用在近海软土地基中,目前在海上风电领域有着广阔的发展前景。在复杂海洋环境条件下,风荷载、波浪及潮汐作用会给桩基础施加巨大的水平荷载,这对在软土地基上建设单桩基础带来极大的挑战性。然而,目前针对这一新型桩基础水平承载特性的研究相对较少。因此本文以大直径水泥土复合钢管桩为研究对象,采用室内试验、数值模拟和理论分析相结
【基金项目】
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国家自然科学基金面上项目(编号:52078128,近海风机单桩冲刷流态土防护机理及其水平承载特性研究)
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大直径水泥土复合钢管桩是一种由大直径钢管桩与浅层加固土联合工作的新型复合桩基础,主要应用在近海软土地基中,目前在海上风电领域有着广阔的发展前景。在复杂海洋环境条件下,风荷载、波浪及潮汐作用会给桩基础施加巨大的水平荷载,这对在软土地基上建设单桩基础带来极大的挑战性。然而,目前针对这一新型桩基础水平承载特性的研究相对较少。因此本文以大直径水泥土复合钢管桩为研究对象,采用室内试验、数值模拟和理论分析相结合的方法,对该复合桩基础的水平承载特性进行研究,主要研究内容及结论如下:(1)通过水泥土三轴剪切实验和无侧限抗压强度试验对水泥土力学性能及相关影响因素进行了探究。结果表明水泥土存在两种破坏模式,且强度受到水泥掺量和养护龄期的影响。基于连云港海相黏土,提出考虑水泥掺量、龄期等因素的水泥土无侧限抗压强度预测公式。通过室内大型直剪试验对桩-土接触界面特性进行了探究,结果表明界面黏聚力主要受到水泥土与钢板之间的胶结作用影响,且水泥土强度越大,胶结作用越大。(2)通过室内模型试验对软黏土中大直径水泥土复合钢管桩的水平承载特性进行了研究。对比分析了加固前后钢管桩水平承载特性的变化,探究了不同加固范围及加固方式(机器搅拌和预制模型)对复合钢管桩水平承载特性的影响。结果表明,采用水泥土加固后,钢管桩水平承载力得到显著提高;采用机器搅拌加固浅层地基可靠有效,且具有良好的加固效果;当加固宽度相同时,加固深度对单桩水平极限承载力的影响较小,当加固深度相同时,加固宽度对单桩水平极限承载力的影响较大。(3)基于室内模型试验,采用数值模拟的手段对比分析了水泥土加固范围、水泥土强度等因素对单桩水平承载力的影响。研究发现加固宽度对钢管桩水平承载性能影响较大,且与单桩承载力近似呈线性关系;存在最佳加固深度与水泥土强度,当超过该范围后单桩水平承载性能提升不再明显。(4)基于温克尔地基梁理论建立修正p-y曲线计算模型,对公式中的关键参数初始刚度k与极限土抗力pu进行合理修正,推导出适用于水泥土复合钢管桩的p-y曲线计算公式,并通过实际案例验证了计算方法的有效性。
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