水泥土桩和CFG桩组合桩复合地基动力特性现场试验研究

摘要

复合地基在地基处理中广泛应用，而对复合地基尤其是组合桩复合地基的动力特性研究却远远滞后。本文设计了CFG长桩-水泥土短桩组合桩复合地基以及CFG芯桩-水泥土环桩组合桩复合地基，通过现场模型试验，研究在爆破地震动作用下CFG长桩-水泥土短桩组合桩复合地基、CFG芯桩-水泥土环桩组合桩复合地基动力特性和动力响应的规律及其影响因素，得到以下主要结论：
　　（1）在振源深度、爆炸能量相同条件下，当测点距振源的水平距离一定时，复合地基表面测点的振动峰值加速度小于天然地基表面的振动峰值加速度。地震波的振动峰值加速度在天然地基和复合地基中的衰减均符合指数衰减规律，且在复合地基中衰减快于天然地基。
　　（2）在振源深度、爆炸能量相同条件下，各测点的振动持续时间在0.30Sec~0.51Sec，天然地基的振动主频基本在7.5Hz~10Hz的范围内，天然地基的振动基频为8.2Hz，而复合地基的振动主频和基频与天然地基相差不大。CFG长桩-水泥土短桩组合桩复合地基中各测点的振动主频集中在7Hz~30Hz之间，水平方向的振动主频和竖直方向振动主频相差不大。CFG芯桩-水泥土环桩组合桩复合地基中各测点的振动主频集中在6Hz~44Hz之间，竖直方向的振动主频略大于水平方向的振动主频。
　　（3）在振源深度、爆炸能量相同条件下，CFG长桩-水泥土短桩组合桩复合地基中，水泥土桩和CFG桩水平振动的峰值加速度最大值均发生在距桩顶4m位置（短桩桩底），而竖向振动的峰值加速度的最大值均发生在桩顶。当振源深度、炸药量不变条件下，随着上部结构荷载的增加，各测点的振动峰值加速度随荷载的增加明显降低，上部荷载由0 kPa增大到180kPa，水泥土桩和 CFG桩组合桩复合地基的振动峰值加速度减小了4.82%~75.55%。
　　（4）在振源深度、爆炸能量相同条件下，CFG长桩-水泥土短桩组合桩复合地基中，水泥土桩的水平振动和竖直振动的峰值速度最大值均发生在距桩顶2m位置，而CFG桩的水平振动峰值速度最大值发生在距桩顶4m位置，竖直振动峰值速度最大值发生在桩顶位置。当振源深度、炸药量不变条件下，随着上部结构荷载的增加，各测点的振动峰值加速度随荷载的增加明显降低，上部荷载由0 kPa增大到180kPa，水泥土桩和CFG桩复合地基的振动峰值速度减小了8.97%~69.00%。
　　（5）在振源深度、爆炸能量相同条件下，CFG芯桩-水泥土环桩组合桩复合地基中；CFG芯桩-水泥土环桩的振动峰值加速度在距桩顶4m（芯桩底部）处有明显拐点，同一测点竖直方向的振动峰值加速度比水平方向的大。测点距振源的水平距离和上部结构荷载对振动峰值加速度的大小和沿桩身的分布影响显著。距爆破点距离相同时，随着上部荷载由0 kPa增大到135kPa，CFG芯桩-水泥土环桩振动峰值加速度减小了8.74%~58.97%，同一测点竖直方向的振动峰值加速度比水平方向振动峰值加速度大18.4%~23.7%。
　　（6）在振源深度、爆炸能量相同条件下，CFG芯桩-水泥土环桩组合桩复合地基中， CFG芯桩-水泥土环桩振动峰值速度从桩底至桩顶先增大后减小，水平方向振动峰值速度最大值位于距桩顶4m位置，竖直方向振动峰值速度最大值位于桩顶位置。当振源深度、炸药量不变条件下，随着上部结构荷载的增加，各测点的振动峰值加速度随荷载的增加明显降低，上部荷载由0 kPa增大到135kPa，CFG芯桩-水泥土环桩组合桩复合地基的振动峰值速度减小了5.69%~43.47%。
　　（7）在振源深度、爆炸能量相同条件下，四种复合地基桩顶振动峰值加速度大小依次为：CFG芯桩-水泥土环桩>水泥土桩>组合桩水泥土短桩>组合桩 CFG长桩>CFG桩。

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第1章 绪 论

1.1 研究意义

1.2 复合地基研究现状

1.3 组合桩复合地基研究现状

1.4 研究内容

第2章 水泥土桩和CFG桩组合桩复合地基模型试验

2.1 试验目的

2.2 试验场地概况

2.3 试验模型设计与施工

2.4 试验工况

2.5 本章小结

第3章 振源的模拟及信号分析

3.1 振源的选择

3.2 信号采集系统

3.3 传感器的选取

3.4 信号的选择和处理

3.5 试验场地布置

3.6 试验结果分析

3.7 本章小结

第4章 CFG长桩-水泥土短桩组合桩复合地基动力试验

4.1 CFG长桩-水泥土短桩组合桩复合地基动力试验模型

4.2 CFG长桩-水泥土短桩组合桩复合地基动力试验方法

4.3 CFG长桩-水泥土短桩组合桩复合地基动力试验结果分析

4.4 本章小结

第5章 CFG芯桩-水泥土环桩组合桩复合地基动力试验

5.1 CFG芯桩-水泥土环桩组合桩复合地基动力试验模型

5.2 CFG芯桩-水泥土环桩组合桩复合地基动力试验方法

5.3 CFG芯桩-水泥土环桩组合桩复合地基动力试验结果分析

5.4 本章小结

第6章 多种复合地基试验结果对比研究

6.1 多种复合地基现场试验

6.2 多种复合地基试验结果对比分析

6.3 本章小结

第7章 结论与展望

7.1 主要结论

7.2 工作展望

参考文献

致 谢