振动沉桩过程及化学电渗法-现浇X形桩加固软基透明土模型试验研究

X-section pile composite foundation is one of useful mehtods to control and solve the technical problem of soft ground post-construction settlement. One new transparent soil, which has higher transparency and closer engineering properties with natural soils, was manufactured. Transparent model test method was optimizated designed. Transparent soil model tests on vibratroy driven with electroosmosis and electroosmosis chemical construction process were carried out. The evolution process of displacement field, electroosmosis field and stress field in construction process were analyzed and discussed. Based on conservation principle, electrochemical seepage consolidation theory equation considering vibration disturbances, fluid - solid coupling, and chemical reaction was built, shaped hole expansion theoretical models and vibratory driven pile resistance calculated formulas were also built. Field test and large-scale model test on bearing mechanism of electroosmotic chemical jiont with X-section pile were taken out. The pile - soil load sharing ratio, negative skin friction and neutral position changed with chemical electroosmosis time and soil consolidation time were analyzed and discussed. The bearing capacity calculation methods on X-section pile composite foundation considering constrution effect was developed. The theory can be improved and innovation theories on vibratroy driven with electroosmosis and electroosmosis chemical reinforce mechanism, and pile composite foundtion bearing capacity calucation theorey. It also has important practical values and economic benefits for high-speed railway embankment on soft ground design and construction.

现浇X形桩复合地基技术是有效控制软土地基工后沉降技术难题的方法之一。自主制配一种透明度更高、土样工程性质与天然土体更接近的人工合成透明土材料，优化透明土模型试验技术方法；开展现浇X形桩电渗辅助振动沉桩以及化学电渗法施工过程的透明土模型试验，分析土体内部位移场、电渗场以及应力场的演变过程；基于守恒原理，推导考虑振动扰动、流固耦合及化学反应作用的化学电渗固结理论方程，建立异形孔扩张理论模型及现浇X形桩振动沉桩阻力理论计算公式；开展化学电渗法-现浇X形桩加固软基承载特性的现场试验和大比尺模型试验，分析桩-土荷载分担比、桩侧负摩阻力及中性点位置与化学电渗时间、软土固结时间的动态关系；建立考虑施工效应的现浇X形桩及其复合地基的承载力理论计算方法。研究成果将丰富并创新电渗辅助振动沉桩及化学电渗法加固机理与桩基复合地基承载力计算理论，对指导软弱土地基处理工程设计、施工具有重要的应用价值和社会经济效益。

现浇X形桩复合地基技术在高速公路、铁路以及市政道路等软基加固工程中获得成功应用，并取得了显著的社会经济效益。作为一种挤土型异形桩，振动沉桩施工过程中挤土效应及其影响范围等影响施工安全、桩基承载性能的问题，以及桩周土体加固以达到桩-土协调共同作用形成桩基复合地基问题，都是工程技术人员最关心的科学问题，也是工程设计与计算最核心的技术难题。围绕这些科学问题和技术难题，本项目开展了振动沉桩施工过程、化学电渗法及异形桩（现浇X形桩、扩底楔形桩）加固桩周软基研究，综合运用技术研发、模型试验、现场试验、数值模拟和理论分析等手段，对软基加固及异形桩-土相互作用机理进行系统分析。依托本项目资助，获得了如下几点研究成果：.（1）提出了两种制配透明土材料的新型孔隙液体，研发了基于该新型孔隙液体的人工合成透明土材料，并率先测定了其动力特性；为本项目后续基于透明土材料和图像处理技术的振动沉桩、化学电渗法加固软基等可视化模型试验提供技术支持。.（2）基于透明土试验技术，揭示了异形桩振动沉桩过程土体内部位移场、化学电渗法加固软基过程中土体内部渗透场，以及竖向或水平向荷载下异形桩-土相互作用机理。.（3）基于非轴对称孔形扩张弹塑性解答，建立了异形孔扩张理论模型，为异形桩承载机理研究提供支撑；建立了异形桩（现浇X形桩、扩底楔形桩）及其复合地基承载力理论计算方法。.依托本项目研究，发表标注本项目基金号（51478165）的学术论文30篇，其中SCI收录13篇、EI收录11篇；授权发明专利8项（其中中国发明专利5项，美国、俄罗斯及澳大利亚等国家发明专利3项）；培养顺利毕业博士3名、硕士3名；部分研究成果已应用到《现浇X形桩复合地基技术规程》（JGJ/T402-2017）中。研究成果将丰富并创新振动沉桩及化学电渗法加固机理与桩基复合地基承载力计算理论，对指导软弱土地基处理工程设计、施工具有重要的应用价值和社会经济效益。