黄河三角洲咸水区水泥土深层搅拌桩劣化规律与耐久性研究

论文摘要

黄河三角洲是年轻陆地,广泛分布着以低液限粉土、含砂的亚粘土、粉砂土为主的沉积土,工程性质差,有些地区甚至是欠固结土,为减小高填方路基等上部建筑物过大的不均匀沉降,往往采用水泥土深层搅拌桩对地基进行加固,但黄河三角洲地区存在大面积地下咸水,地下水和土的矿化度都很高。前期研究已表明,咸水拌和水泥土的耐久性很差,由此会引起搅拌桩复合地基承载性能发生衰变,最终导致路基等上部建筑发生过大沉降（如桥头跳车现象）或失稳破坏,这将导致复合地基实际短寿命与道路等上部结构设计长寿命不协调的现象,不仅带来国有资产的浪费,而且产生很坏的社会影响。本文在对黄河三角洲典型区域地下水质和土力学性质进行调查和分析基础上,利用试验、理论和数值分析等综合手段,对水泥土力学性能的衰变特性及其对复合地基整体承载性的影响等进行了系统研究：1、以滨德高速公路k15+155.5-k15+205.5段作为试验段,对黄河三角洲咸水区土和水的特性进行了调查与分析；2、基于室内试验,研究了黄河三角洲咸水区水泥土力学特性随时间的变化规律,并与正常水泥土进行了比较分析；研究了不同掺加剂（粉煤灰、矿渣微粉等）对水泥土的改性效果进行研究；同时利用X射线衍射仪和扫描电镜SEM等微观手段研究了含盐水泥土力学特性的衰变机理及掺加剂的材料改性机理；3、对黄河三角洲咸水区水泥土桩复合地基沉降和承载性状进行了数值分析,并与正常水泥土复合地基进行对比分析,同时在滨德高速公路试验段对地基沉降、桩土应力比等进行了现场观测,以研究咸水环境下水泥土材料劣化对复合地基承载性能的影响；4、从结构和材料双重角度提出了黄河三角洲咸水区水泥土桩耐久性设计方案,并借助于数值分析手段对各方案进行了论证,最终形成了一套经济可行的黄河三角洲咸水区深层搅拌水泥土桩耐久性对策与可行的设计方案本文通过室内试验、现场测试、理论分析和数值计算等综合研究手段,借助岩土力学、工程与材料科学、化学和数理科学等多学科的交叉,围绕黄河三角洲地下咸水环境下水泥土桩的劣化机理及耐久性设计进行深入研究,在基础性研究基础上提出水泥土桩耐久性设计策略和一套具体措施,为黄河三角洲咸水区复合地基的耐久性设计提供理论支撑和技术指导,具有重要的经济和社会意义。本文受到国家自然科学基金项目（51078222；50708056）和山东大学自主创新基金杰出青年培养项目（2010JQ001）的资助。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 概述
• 1.2 国内外研究进展与分析
• 1.2.1 环境效应对水泥土影响的机理与规律研究
• 1.2.2 深层搅拌桩复合地基承载特性研究
• 1.2.3 深层搅拌桩复合地基沉降变形研究
• 1.3 研究内容
• 1.3.1 黄河三角洲地下咸水拌和水泥土的力学特性及其衰变规律研究
• 1.3.2 地下咸水环境下深层搅拌桩复合地基劣化机理与工作性状研究
• 1.3.3 黄河三角洲咸水区搅拌桩耐久性设计策略与方案优化
• 1.4 研究目标
• 1.5 创新点
• 1.6 技术路线
• 第二章 黄河三角洲地下咸水区土水特性调查与分析
• 2.1 黄河三角洲地下水的演化
• 2.1.1 古黄河三角洲
• 2.1.2 近代和现代黄河三角洲
• 2.2 试验段土的化学特征分析
• 2.2.1 取土样位置
• 2.2.2 土样的易溶盐含量试验
• 2.2.3 土样的定名及含盐量分析
• 2.2.4 土的颗粒分析试验
• 2.2.5 含水率和界限含水率试验
• 2.2.6 土的直接剪切试验
• 2.2.7 土样的压缩试验
• 2.3 地下咸水理化分析
• 2.4 小结
• 第三章 黄河三角洲含盐水泥土力学特性时变规律及材料改性试验研究
• 3.1 水泥土固化原理
• 3.2 水泥土室内试验
• 3.2.1 试验目的
• 3.2.2 试验内容
• 3.2.3 试验方案
• 3.2.4 试验准备
• 3.2.5 测试结果及分析
• 3.2.6 水泥土微观结构扫描电镜分析
• 3.2.7 水泥土组分X射线衍射分析
• 3.2.8 小结
• 第四章 黄河三角洲咸水区水泥土桩复合地基沉降和承载性状研究及现场观测
• 4.1 咸水区水泥土桩复合地基沉降和承载性状现场观测
• 4.1.1 观测指标
• 4.1.2 观测设备与埋设
• 4.1.3 观测结果与分析
• 4.2 复合地基沉降和承载特性数值模拟与分析
• 4.2.1 数值模拟方案
• 4.2.2 地基固结沉降的流固耦合计算原理
• 4.2.3 计算模型与材料参数
• 4.2.4 实际路基填筑进程数值模拟结果与分析
• 4.2.5 匀速路基填筑进程数值模拟结果与分析
• 4.3 小结
• 第五章 黄河三角洲咸水区水泥土桩耐久性设计方案与论证
• 5.1 耐久性设计方案
• 5.2 方案论证与分析
• 5.2.1 垫层对复合地基的影响
• 5.2.2 土工格网对复合地基的影响
• 5.2.3 桩体材料对复合地基的影响
• 5.2.4 桩的布置形式对复合地基的影响
• 5.3 耐久性设计方案技术经济分析与应用前景
• 5.4 小结
• 第六章 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 进一步研究的建议
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间发表的论文及成果
• 学位论文评阅及答辩情况表