【摘 要】
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劈裂注浆过程中浆液在黄土中的扩散理论研究较少,浆液扩散不可控,导致目前实际工程设计及施工过程控制处于半理论、半经验的状态,往往依靠经验参数进行注浆,严重影响注浆后地基的承载力。此外,劈裂注浆桩承载理论处于起步阶段,其荷载传递机理及承载力特性尚不明确,极大限制了该项技术在黄土地区的应用范围。因此,本文在已有注浆理论的基础上通过推导浆液在黄土中的扩散理论,分析浆液扩散影响因素,同时设计现场使得浆液在黄
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劈裂注浆过程中浆液在黄土中的扩散理论研究较少,浆液扩散不可控,导致目前实际工程设计及施工过程控制处于半理论、半经验的状态,往往依靠经验参数进行注浆,严重影响注浆后地基的承载力。此外,劈裂注浆桩承载理论处于起步阶段,其荷载传递机理及承载力特性尚不明确,极大限制了该项技术在黄土地区的应用范围。因此,本文在已有注浆理论的基础上通过推导浆液在黄土中的扩散理论,分析浆液扩散影响因素,同时设计现场使得浆液在黄土固结中形成由固定数量的浆脉与竖向桩芯的组成的可控劈裂注浆桩,并采用理论分析、现场试验以及有限元模拟方法对可控劈裂注浆桩单桩的荷载传递机理、承载力等承载力特性进行研究,不仅推动了注浆加固效果的定量分析,而且为可控劈裂注浆复合地基的研究提供了理论基础,本文主要研究内容及相关结论如下:（1）为解决浆液在黄土中扩散不可控的问题,推导了劈裂注浆最大扩散距离公式,得出浆液扩散半径由注浆压力差、裂缝参数、注浆速度、浆液性质等因素共同决定,并分析了实现浆脉定向可控的具体措施,以此参数设计现场劈裂注浆试验,开挖结果表明浆脉尺寸、数量等与设计值允许范围（偏差在±40%）以内,基本实现了浆脉可控性,浆液在土体扩散与平面窄缝扩散模型相似;浆液压力较低时在黄土中主要以挤压为主,压力较高时以劈裂为主;注浆孔周围结实体近似呈圆形且强度较高,可等效成圆形桩芯,由桩芯相连的浆脉可看成是桩的“枝”,二者形成具有较高强度的可控劈裂注浆桩。（2）基于“薄板”浆脉假设建立了可控劈裂注浆桩单桩计算模型,推导并分析了单桩荷载传递机理,单桩主要由桩芯侧阻力与浆脉侧阻力承载,在无浆脉部分的荷载传递与一般直线型桩的相同,而当荷载传递至浆脉部分时,浆脉阻力会承担部分荷载,使得可控劈裂注浆桩的荷载传递过程更加曲折。（3）设计了未浸水与浸水两种工况下可控劈裂注浆桩单桩的竖向抗压承载力试验,结果表明单桩Q-s曲线有较为明显的线性与非线性阶段;桩间土的沉降经历了一个从较慢→快→缓慢的过程,桩间土表面沉降量比相同浸水条件下天然地基沉降量小52%,在浸水作用下劈裂注浆桩极限承载力比天然状态有所降低,沉降量略有增加,说明可控劈裂注浆消除了黄土部分湿陷性,减小了湿陷性对于可控劈裂注浆桩承载力及沉降的影响。（4）采用ABAQUS有限元建立了可控劈裂注浆桩单桩承载模型,对单桩桩身轴力、桩侧阻力、浆脉应力等承载特性和承载力影响因素进行分析。得出:有限元模拟得出的桩顶荷载-沉降曲线与现场载荷试验所得结果接近;桩身轴力主要集中于桩芯上部1/3处,桩身轴力在浆脉深度处有较大的衰减,由浆脉承担了部分荷载,反映了浆脉的承载作用;浆脉受力主要集中于上部,而且在荷载越大时上部浆脉承载比例有所增加,在实际工程应用中,需要合理的设计浆脉的间距;可控劈裂注浆桩单桩承载力随着桩长、桩径、浆脉长度、桩体弹性模量的增加而增大,随着浆脉间距的增大而减小,浆脉长度越大和浆脉间距越小的单桩,在承载过程之中不仅分担了传递至浆脉深度处的荷载,而且使桩侧摩阻力发挥更加充分,减小了单桩沉降。
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