多年冻土地基桩土界面形成机理的理论与试验研究

The research of property of pile-soil interface and pile-soil interaction have always been the focus problems in pile foundation field.The features of pile-soil interface in permafrost are the researchers should confront.Meanwhile, it is meaningful to understand th degradation or failure of pile foundation to engineer.The phenomena of uplift and stability of pile foundation occur in permafrost due to the cycling of freezing-thawing.Excavation in engineering practice of pile experimental site has showed that an ice film(thick or thin)is stick to the surface of pile, coupled with particular property,such as rheological, resulting in the complexity of the bearing capacity of pile foundation in permafrost.Based on theoretical analysis, experimental research and numerical calculation method, this project is planned to study the formation mechanism of the pile-soil interface and the mechanical property of pile-soil interface under the conditions of different pile material, different heat disturb, different soil type and various water content. Besides, the effects of pile-interface-soil around the pile will also be discussed in the project. This project will provide the technical support to the theory, design, construction, operation and maintenance of pile engineering in permafrost ground, enrich the basic scientific research of pile engineering in permafrost ground, and draw meaningful solutions to pile foundation engineering in permafrost region.

桩土界面性质及桩土共同工作体系一直是桩基础理论研究的热点问题。由于冻土的特殊性，多年冻土地基桩土界面特性研究是桩基理论所需解决的关键问题，该问题的科学解决对于深入认识桩基础的工作状态、承载性能退化甚至失效具有重要意义。多年冻土区桩基工程在使用过程中，存在着桩基冻拔、承载稳定性等问题。试验场地现场开挖表明，桩体表面附着有或薄或厚的冰膜，该层冰膜形成了特殊的桩土界面，从而造成多年冻土区桩基础承载性能的复杂性。本项目拟通过理论研究、试验研究及数值模拟方法，试验研究不同桩体材料、不同热扰动、不同土质和含水（冰）量等条件下桩土界面形成机理、桩土界面力学特性。对桩体-界面-桩周土体系共同工作开展室内模型试验，研究桩的长期承载性质。该项目的研究将对多年冻土地基中桩基工程理论、设计、施工及运营维护提供科学依据和技术支撑，为多年冻土区桩基础研究积累资料。

针对多年冻土区桩土界面及桩土共同工作体系中的关键问题开展研究，采用室内试验、理论分析和数值模拟等方法，分析了桩土界面的物理力学特性，研究了桩体-界面-桩周土体系的共同工作机理，研究了多年冻土桩的长期承载性质。课题主要的研究工作和取得的相关成果包括：.（1）桩土界面-冰膜形成的机理研究。采用单向冻结试验仪及低温试验箱，对混凝土-土、铝-土、不锈钢-土进行了室内单向冻结试验。得到初始含水量、冻结温度差、冻结时间的增大均有助于冰膜厚度的增大，也可促使水分迁移量的增大。干密度对水分迁移具有一定的抑制作用。.（2）钻孔灌注桩桩周土水分迁移试验及承载特性研究。通过室内模型试验探究钻孔灌注桩水化热对桩周土温度场的影响规律，及回冻过程中的水分迁移特性，待桩周温度场处于平衡状态，研究桩基的承载特性。.（3）桩土界面-冰膜流变性质研究。研制了能够反映界面流变特性的流变剪切仪，通过接触面流变剪切仪，研究了应力作用时间、温度、法向应力、剪应力水平对冻土-结构接触面流变力学性质的影响。.（4）考虑成桩工艺的桩基长期承载特性研究。采用室内模型试验研究冻土中不同成桩方式对基桩长期承载特性的影响，试验模拟预留孔灌注桩、钻孔灌注桩、静压桩、插入桩四种成桩类型。.（5）考虑冰膜流变特性的桩基长期承载特性研究。在室内模型试验条件下，考虑不同的冰膜厚度对桩基长期承载特性影响的试验研究。选用不同冰膜厚度，研究分析在荷载作用下基桩桩身轴力、冻结摩阻力沿桩身分布规律，以及在长期荷载作用下桩顶位移随时间变化规律。.研究成果对于深入了解多年冻土地基中桩基工程理论、设计、施工及运营维护提供科学依据和技术支撑，为多年冻土区桩基础研究积累资料。