地基沉降变形特征及其机理分析

如题所述

根据试验得到的P-s曲线特点,结合试验过程中观察到的地基破坏特征及标志层的变形特征,本次载荷试验中地基剪切破坏的形式主要可分为整体剪切破坏和局部剪切破坏两种类型。

(1)整体剪切破坏

本次载荷试验饱和振坠法处理地基试验工况地基破坏形式为整体剪切破坏。地基破坏现象如图6.23所示,其特征是在地基土中形成连续明确的延伸至地表的滑动面,隆起现象相对较为明显,基础下沉较为显著。由于风积砂黏聚力C=0,基础(圆形载荷板)周围土体隆起直观表现为以载荷板圆心为中心,载荷板周围出现一系列辐射状裂缝,裂缝最长达35cm,即基础周围地基隆起范围约1.5倍基础宽度。沉降与荷载的关系开始呈线性变化,当濒临破坏时出现明显的拐点。

(2)局部剪切破坏

本次载荷试验中,风积砂干密度1.58g/cm3含水量2%、4%、6%、8%、12%、16%和干密度1.63g/cm3含水量4%的七种工况地基破坏形式为局部剪切破坏,地基破坏现象如图6.24~图6.30所示。其特征介于整体剪切破坏和冲剪破坏两者之间,土中剪切破坏区域只发生在基础下的局部范围内,虽然也有连续滑面和楔,但滑动面并不延伸到地面,沉降较大,隆起现象时有发生。另外,随着构成地基风积砂含水量的增大,基础周围裂缝的开裂程度和延伸程度不断减小。其原因主要是由于毛细水造成的假黏聚力增大所致。沉降与荷载的关系一开始就呈非线性变化且无明显的拐点。

图6.22 地基极限承载力随干密度的变化情况

图6.23 饱和振坠法处理地基破坏后的现象

图6.24 风积砂干密度1.58g/cm3含水量2%试验工况地基破坏现象

图6.25 风积砂干密度1.58g/cm3含水量4%试验工况地基破坏现象

图6.26 风积砂干密度1.58g/cm3含水量6%试验工况地基破坏现象

图6.27 风积砂干密度1.58g/cm3含水量8%试验工况地基破坏现象

图6.28 风积砂干密度1.58g/cm3含水量12%试验工况地基破坏现象

图6.29 风积砂干密度1.58g/cm3含水量16%试验工况地基破坏现象

图6.30 风积砂干密度1.63g/cm3含水量4%试验工况地基破坏现象

这里要说明的是,本次载荷试验中,风积砂干密度1.53g/cm3含水量4%和水坠未振密法处理的地基,由于地基处理方法和试验施工过程使两种工况的密度很小,虽然承载力很小,但地基仍有一定的整体强度,因此在地基破坏时没有出现明显的连续滑动面,而似在基础四周土体发生竖向剪切破坏,沉降增加而隆起现象不明显(图6.31,图6.32),P-s曲线呈现出非线性的特点。

图6.31 风积砂干密度1.58g/cm3含水量4%试验工况地基破坏现象

图6.32 水坠未振密法处理地基破坏现象

本次载荷试验对干密度1.58g/cm3含水量12%、干密度1.58g/cm3含水量16%和水坠未振密法处理三种试验工况,地基埋深15cm范围内铺设标志层,来观察此范围内地基的沉降变形特征。将标志层变化拐点连接,可以直观地看出基础下部刚性核的形态特征(图6.33~图6.35)。当密度较大时,地基发生整体或局部剪切破坏,此时,基础下会形成较为明显的刚性核。但当密度小于一定程度时(仍有一定整体强度的情况下),基础下部土体因松散压缩量很大,随基础一起下沉,在刚性核形成之前地基已经发生破坏。

图6.33 干密度1.58g/cm3含水量12%标志层变化情况

图6.34 干密度1.58g/cm3含水量16%标志层变化情况

图6.35 水坠未振密法处理标志层变化情况

由此可见,基础下刚性核的形态特征反映了地基土的密实程度及地基承载力的大小,即刚性核越完整,地基土密实度越好,承载力也相应越高。据此,我们可以推断在地基发生整体剪切破坏时,基础下部土体会形成较为完整、明显收敛的刚性核,这与太沙基理论中假定地基滑动面形态是基本吻合的。

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