本系统为冻土路基桩基础模型试验装置,旨在模拟多年冻土条件下桩基础在均匀荷载作用下的不均匀沉降现象。通过室内实验,有效模拟并研究含冰层多年冻土桩基础的稳定性和沉降特性。
背景技术
在我国,多年冻土主要分布在青藏高原地区及东北大、小兴安岭地区。在多年冻土地区修建公路、铁路等基础设施时必须要面对冻土退化所引起的路基不均匀沉降。而桩基础是目前常用的多年冻土路基加固措施,其可以显著增强多年冻土地基的承载能力。当路基路面结构填筑在多年冻土地基之上后,可以认为在地基上施加了均布荷载,在此情况下,多年冻土桩基础复合地基的不均匀变形会传递至路基路面结构中,导致路基的不均匀沉降与路面纵向裂缝等病害的发生。为了保证多年冻土地区公路、铁路的安全稳定运营,必须有针对性的对桩基础地基的不均匀沉降进行研究。其中,室内模型试验是测试桩基础物理力学性质的常用方法,目前已经有大量的相关试验研究,其主要是基于缩尺试验设计,将桩基础填筑在室内模型试验箱中,并在地基中埋设应力、温度、水文及孔隙水压力传感器,同时在桩顶使用作动器及反力装置对其施加动、静力荷载,获得地基的应力-位移发展规律。将整个装置放入控温室中可以模拟寒区桩基础的力学特性。
但是,目前的试验方法虽然可以进行多年冻土路基桩基础模型试验,但是很难对冻土地基最重要的工程特性-不均匀沉降进行分析。同时,多年冻土地区地层往往工程地质复杂,现场勘察结果表明地基下方往往存在冰层,其对地基的不均匀沉降有极大的影响,有必要在试验设计中对冻土的不同层位进行设计,才能有效的模拟冻土地基不均匀沉降的发生。最后,由于多年冻土地区的桩基础布置形式往往是以正三角形布设,在路基的均布荷载作用下以轴对称的思想,其桩单元体为一个六边形地基,所以如何对六边形的地基单元体施加均布荷载,并记录模型的不均匀沉降发生情况是多年冻土路基桩基础模型试验的重中之重。
目前,基于路基桩基础模型试验的路基不均匀沉降研究还鲜有报道,尤其是没有对多年冻土特殊底层条件下的桩基础在路基荷载状态下的不均匀沉降的相关研究。专利CN2023116662241公开了一种用于群桩基础缩尺模型的加载装置,其加载方法难以在模拟均布荷载的情况下测试顶面的不均匀沉降。专利CN2019100471407公开了一种冻土模型试验用监测装置及其使用方法,其主要面向冻土地基中的温度、水分、盐分迁移情况,并未对不均匀沉降进行测试。专利CN2022212354492公开了一种温控桩基模型试验装置,其使用结构加载系统对模型进行加载,同样难实时监控不均匀沉降。专利CN2022109257523提出了一种热棒路基冻胀试验装置,其可以在小尺度情况下的模型顶面不均匀冻胀变形进行测试,但是不能对模型顶面进行均布加载,无法模型冻土地基的实际受力状态。综上所述,需要开发可以模拟冻土路基桩基础实际受力状态与变形状态的试验装置与配套的试验方法,对冻土路基桩基础在均布荷载作用下的不均匀沉降进行研究。
实现思路