【摘 要】
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随着国家海洋强国战略的贯彻实施以及南海资源的开发需要,我国正稳步推进在南海区域的岛礁建设工作。桩基作为常用的基础形式,在岛礁建设工程中正得到广泛的应用。近年来,南海地区时常发生南方涛动与厄尔尼诺现象,导致该地区的温度变化较大,考虑到温度变化会影响桩体及其周围土体的应力场和位移场,使桩基承载特性发生变化。本文以南海地区珊瑚砂吹填造岛工程为背景,采用课题组自主研制的温控桩-土接触面三轴试验仪,分别开展
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随着国家海洋强国战略的贯彻实施以及南海资源的开发需要,我国正稳步推进在南海区域的岛礁建设工作。桩基作为常用的基础形式,在岛礁建设工程中正得到广泛的应用。近年来,南海地区时常发生南方涛动与厄尔尼诺现象,导致该地区的温度变化较大,考虑到温度变化会影响桩体及其周围土体的应力场和位移场,使桩基承载特性发生变化。本文以南海地区珊瑚砂吹填造岛工程为背景,采用课题组自主研制的温控桩-土接触面三轴试验仪,分别开展了室内珊瑚砂常规三轴试验、单向温度作用和循环温度作用下的桩-珊瑚砂界面三轴试验。分析讨论了珊瑚砂地基桩-土界面温度响应力学特性规律,并根据试验结果建立了桩体位移-界面温度关系式和剪切应力-剪切位移关系式,以此为吹填造岛地区的桩基工程设计提供技术支撑。具体研究内容和结论如下:（1）开展了试验珊瑚砂的系列土工试验和常规三轴试验,分析了温度等级（10℃、25℃、40℃）、围压等级（50k Pa、100k Pa、200k Pa）、盐度等级（0、34‰）对试样剪切强度和剪切时体积变化的影响规律。发现珊瑚砂的土粒比重、内摩擦角和黏聚力均高于常见陆地砂,试验温度等级对其剪切强度影响较小;围压等级越高,其剪切强度越大,且在盐水环境下的剪切强度低于淡水环境中的值;珊瑚砂试样都表现出了剪胀现象,围压的升高和盐水环境对试样的剪胀变形具有一定的抑制作用。（2）通过单向温度作用（25→10℃、25→25℃、25→40℃）下的桩-珊瑚砂界面三轴试验,研究了温度等级、围压等级、界面粗糙度（光滑桩-土界面、粗糙桩-土界面）、盐度等级对桩体位移、界面剪切强度和试样排水体积的影响。发现升温时桩体上移,试样排水,降温时桩体下移,试样进水,温度趋于稳定时,界面状态也趋于稳定;温度变化量相同时,升温导致的桩体累积上移量小于降温导致的累积下移量,而升温引起的累积排水体积大于降温引起的累积进水体积;降温时,粗糙桩-土界面桩体位移变化更加显著;试验温度等级对桩和珊瑚砂的表面特征影响较小,相应的界面剪切强度受试验温度的影响不明显;但围压等级的升高和界面粗糙度的增大,都会强化界面的抗剪能力。（3）通过循环温度作用（25℃→40℃→25℃→10℃→25℃）下的桩-珊瑚砂界面三轴试验,进一步的研究了温度循环次数（1、3、6次）、围压等级、界面粗糙度和盐度等级对桩-珊瑚砂界面温度响应力学特性的影响规律。发现循环温度作用后,桩体产生了无法恢复的累积下移量,试样产生了累积排水体积;温度循环次数越多,单次循环所引起的桩体位移量越小,与此同时排水体积却越大;光滑桩-土界面的桩体向下累计位移小于粗糙桩-土界面,越高围压等级下试样的最终累积排水体积越大。界面剪切应力-位移关系曲线均表现出应变软化现象,光滑桩-土界面的剪切应力在达到峰值强度之前,其弹性阶段更为显著。光滑桩-土界面的剪切强度随温度循环次数的增多而增强,粗糙桩-土界面的剪切强度受温度循环次数的影响却较小。（4）根据循环温度作用下粗糙桩-珊瑚砂界面的桩体位移-界面温度关系曲线特征,利用非线性弹性理论和邓肯-张双曲线模型建立了桩体位移-界面温度关系式。同时结合了温度循环次数对桩体位移的影响,其参数少、物理意义明确且易于确定,对试验结果的拟合性较好;运用De Gennaro等人建立的界面弹塑性模型,阐述了试验桩-珊瑚砂界面剪切应力与剪切位移之间的应变软化关系,最终完善了桩-珊瑚砂界面温度响应模型。
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