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基于多因素的粉喷桩桩身的有限元分析

发布于:2019-12-26 18:57
有限元分析

       沿海诸省高速公路大部分为淤泥质土海岸,多为淤泥、淤泥质粘土、淤泥质粉质粘土及淤泥混砂层,属于饱和的正常压密软粘土,因此软基处理是沿海高速公路建设的主要岩土工程问题。软基处理质量的好坏,是高速公路建设成败的关键。由于粉喷搅拌桩复合地基能够有效地减少和控制沉降量和工后沉降量,并能适应快速加荷要求,缩短建设周期,与其它软基处理方法相比,具有不可替代的优越性,在高速公路软基处理中得到广泛的应用,下面先容对其桩身的有限元分析过程。
       水泥是形成粉喷桩桩体水泥土结构的主要材料,水泥熟料是联结土体团粒的关键化学成分,所以水泥各方面的特征是影响水泥土强度的重要因素。掺灰量是决定水泥土强度的非常重要的因素之一。在水泥土中的水泥含量小于一定值时,粉喷桩的桩体无法形成有效的承载结构,只有超过这一水泥含量时,桩体的承载结构从物理上才能有效形成,这一含量大约是800(水泥和土体的质量比)。随着掺灰量的增加,水泥土的强度也逐渐增加。开始时,强度的增长较快,当水泥的掺入量增大到一定值之后,强度随掺灰量增加的趋势减缓,如图所示,图中土体曲线为土体在同一含水量时所得。图中的数据点分别对应掺灰量从30kg到60kg同一深度的桩身无侧限抗压强度值。从图中可以看出,当掺灰量在30kg而时桩身的无侧限抗压强度值很小。当掺灰量超过40kg而后,粉喷桩的无侧限抗压强度值变化不大。根据简单拟合出的曲线可以看出,掺灰量在50kg时,桩身的无侧限抗压强度接近峰值。因水泥在软土中形成的是相对松散的结构,对水泥混凝土有意义的体积按定性在水泥土中并非关键因素。而水泥熟料中活性物质的含量是决定最后形成的水泥土强度的关键因素。从总体上来说,使用含有活性物质较多的水泥品种对粉喷桩的强度更有利。也就是说采用矿渣水泥取代普通的硅酸盐水泥是可行的。
       1)土的分层特性影响。用粉喷桩加固软土地基时,土体的分层特性对粉喷桩的加固效果有很大的影响。主要因为不同性质土体的含水量、与水泥反应的特性、生成最终产物的强度等都相差明显。一般来讲,粉喷桩在粉土中固结效果最好,对粘粒含量较低的粘土,效果也比较明显,因此在考虑粉喷桩加固软土地基的设计方法时,必须考虑土体分层特性的影响。   
       2)有机质含量的影响。土中有机质含量是决定水泥熟料水化结晶过程快J漫的重要因素。有机质含量较高的软土其相应水泥土的强度形成较为缓慢。有机质含量少的,其水泥土强度形成也较快。从长期的观点来看,结合在水泥土中的有机质最终会导致水泥土的强度丧失。   
       3)含水量的影响。土体含水量是影响水泥土强度的重要因素。水泥的水化需要一定的水分。这也是粉喷桩一般不应用在干燥土体中的原因。但含水量较大时,水泥熟料的水解受到自由水的侵袭。水化过程的氢氧化钙被稀释,甚至被渗透水流带走。减弱了碱性环境,使得水泥水化各种产物所占比例发生变化,粘结能力明显降低。含水量越高,这种影响的结果越明显。   
       4)盐溶液特性的影响。土中盐溶液的特性是决定水泥土强度大小的因素之一。各种不同的盐分能使水泥的水化过程发生改变。这一影响随着盐溶液的组成不同而有很大的差异。   
       5)孔隙比。土的孔隙比对水泥土强度的影响没有含水量的影响大,粉喷桩的施工过程中。土的原状结构被破坏,并与水泥粉原位搅拌。所以土的孔隙比不能直接反映水泥土的性质。但是孔隙比在一定程度上反映了土体的应力历史及矿物组成。因此能间接反映水泥土的结构紧密程度及水泥与软土的结合特性。   
       6)饱和度的影响。土的饱和度从相对的角度反映了土的含水量和孔隙比。也就综合反映了这两个因素对水泥土强度的影响。


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