湛江组结构性粘土中桩基承载性状与作用机理研究

The structural clay is wildly distributed in the Zhanjiang District in China, and the engineering problems produced by it are serious. The engineering character differences are produced for different soil and the same kind of soil in different strata for the Zhanjiang Group structural clay because of its different sedimentary environments and different material compositions and different structural strengths. The pile foundation design calculation theory and design methods are not suitable to the Zhanjiang Group structural clay because of that the pile foundation bearing property and interaction mechanism are very complicated. In this project, the Zhanjiang Group structural clay will be researched by regional engineering geotechnical survey and experiment, and the physical and mechanical properties for Zhanjiang Group structural clay in different sedimentary environment, and analyzes its influence on regional pile foundation engineering. the bearing property and interaction mechanism for the pile foundation in the Zhanjiang Group structural clay will be researched by theory analysis and model experiment and numerical simulation,and the pile foundation loading transmitting rule and the pile side resistance and pile tip resistance changing rule along the strata for the pile foundation in the Zhanjiang Group structural clay.The influence of different soil parameters and different pile foundation geometry parameters to the pile foundation working property will be researched, and a kind of pile foundation design calculation theory and method considering the Zhanjiang Group structural clay particularity will be proposed. The fruit of this project can supply scientific foundation for the application of the domestic pile foundation engineering in the Zhanjiang Group structural clay, and promote the development of regional engineering geology and pile foundation engineering theory.

结构性粘土在我国湛江地区分布广泛，其产生的工程问题比较突出。由于湛江组结构性粘土沉积环境和物质组成不同，结构性强弱也不同，从而导致了不同土体和同一土体在不同地层工程性质存在较大差异。湛江组强结构性粘土中桩基承载性状与作用机理极为复杂，目前的桩基设计计算理论和方法不适用于湛江组强结构性粘土。本项目通过区域工程地质调查及试验，对不同区域的湛江组结构性粘土进行研究，总结不同沉积条件下湛江组结构性粘土的物理力学特性，并分析其对区域内桩基工程的影响。通过理论分析、模型试验和数值模拟等手段对湛江组结构性粘土中的桩基进行研究，揭示土体的结构性强弱对桩基承载性状影响的规律，研究不同土体参数和桩基的不同几何参数变化时对桩基作用机理的影响，提出一种考虑湛江组结构性粘土特性的桩基设计计算理论和方法。本项目成果可为国内桩基工程在湛江组结构性粘土中的应用提供科科学依据，促进区域工程地质学及桩基工程学理论的发展。

湛江组结构性黏土具有不良的物理特性与良好的力学特性，导致其产生的工程问题比较突出。湛江组结构性黏土中桩基承载性状与作用机理复杂，现有的桩基设计计算理论应用于湛江组结构性黏土桩基时因没有考虑土的结构性而存在适应性问题。. 本项目通过区域工程地质调查及宏观物理力学特性试验，研究了湛江市东海岛湛江组灰色黏土地层分布、湛江组结构性黏土的物理力学特性和变形特性，得到了湛江组灰色黏土地层分布剖面图、湛江组灰色黏土的物理力学特性指标及其在加（卸）载作用下表现出的压缩（回弹）规律。通过现场原位测试与模型试验，研究了湛江组结构性黏土中单桩竖向承载性状、单桩水平向承载性状，群桩竖向承载和变形性状，并运用大型非线性有限元软件对以上模型试验进行了数值模拟分析，揭示了土体的结构性强弱对桩基承载、变形性状影响的规律；研究了群桩效应，获得不同桩间距、不同桩长情况下群桩效应系数实测值；研究了单桩承载力时间效应，得到了不同休止时间段内不同桩径、桩长及桩端闭口、开口形式的单桩承载力与作用时间的关系；研究了开口桩土塞效应，得到土塞高度、土塞增长量与桩打入深度增量之比随打桩深度变化的规律，线性拟合出土塞增量与桩打入深度增量之比以及土塞高度与桩打入深度之比的经验公式。采用荷载传递法，研究了湛江组结构性黏土中单桩荷载沉降计算公式，提出一种新的考虑侧阻软化的传递函数，对传递函数中的各参数进行数学分析，得到其解析解；基于湛江组结构性黏土中单桩竖向抗压静载试验结果，通过数值分析软件拟合出单桩竖向极限承载力计算公式；基于湛江组结构性黏土直剪试验及无侧限抗压强度试验，在剪切位移法的基础上，提出了桩土接触面软化模型，并推导了湛江组结构性黏土中竖向荷载作用下单桩位移及轴力解析解；并将以上理论应用于湛江地区的工程实践中。. 本项目成果可为国内桩基工程在湛江组结构性黏土中的应用提供科学依据，促进区域工程地质学及桩基工程学理论的发展。