采动区桩基负摩阻力特性透明土模型试验研究

摘要

随着煤炭资源需求量的增加，“三下”采煤，尤其是建筑物下采煤将成为棘手的问题。由于桩基具有良好的适应性，已经成为最重要的基础形式之一。在受到地下开采的影响，由采动而引发的桩侧负摩阻力严重影响桩基承载能力，对其上部建筑物稳定性有较大危害性。目前关于桩侧负摩阻力的研究主要是针对传统天然地基土条件下的研究，对由地表土体引发的桩基负摩阻力研究还很少，针对地表土体沉陷引发的桩基负摩阻力特性的研究对于矿区开采的可持续发展和城镇建设均具有重要价值。 本文综合理论分析、室内模型试验和数值分析多种研究手段和方法，对采动地表沉陷土体中桩基负摩阻力特性主要开展了以下研究： (1) 基于采动区地表土体沉陷规律和地表沉陷预计—概率积分法地表沉陷预计原理，研制一套采动地表沉陷土体中桩基透明土模型试验系统(专利申请号：201610067954.3)，并采用该系统对摩擦桩和端承桩两种不同桩型的进行了对比试验。 (2)采用PIV(Particle image velocimetry)粒子测速和图像处理技术，对比分析发现实测地表沉降和概率积分法计算结果吻合较好，证明该试验系统的可靠性；对地表沉陷过程中的桩周土体位移矢量场、等位移值线图和桩-土相对位移进行分析。在地表沉陷过程中，桩端土体首先沉降，且随着桩-土相对位移的增加，桩侧负摩阻力首先产生于桩端并沿桩身向上发展，其中性点的位置也是由桩端向上发展；当地表沉陷加剧，桩身急剧下沉，则桩基失稳破坏；两种桩型在沉陷过程中对比分析，在采动地表沉陷区，不推荐使用端承类桩基。 (3) 为研究地表土体沉陷量、桩顶荷载大小、桩长和桩径等因素对在地表沉陷过程中桩基力学性能的影响,基于模型试验研究，建立数值分析模型，开展了上述因素对采动区桩基负摩阻力特性影响的研究。 (4) 在分析地表沉陷规律和地表沉陷土体中桩周土体位移场变化基础上，提出采动地表沉陷区桩基加固措施，以有效减小采动区桩基负摩阻力对桩基承载能力的影响，增加其上建筑的安全性。

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