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原文传递基于矿渣粉的液化场地桥梁桩基抗震加固方法研究

论文题名：	基于矿渣粉的液化场地桥梁桩基抗震加固方法研究
关键词：	桥梁桩基;矿渣粉;砂土液化;碱激发矿渣胶凝材料;动三轴试验;有限元模拟
摘要：	历次震害调查表明，地震引起的土体液化会使桩出现较大的侧向变形甚至破坏，进而导致上部结构失效。针对此问题，国内外学者已经探讨了水泥、纤维、橡胶颗粒等材料对液化场地桥梁桩基的抗震加固效果。然而，现有加固方法存在施工困难、造价高、环保性差等问题。同时，我国因钢铁生产每年有大量的矿渣粉剩余，其堆存问题亟待解决。鉴于此，本文以矿渣粉为新型加固材料，基于室内试验和有限元法，提出了两种基于矿渣粉的液化场地桥梁桩基抗震加固方法。本文的研究内容和主要认识如下：　　(1)通过室内不排水循环三轴试验，研究了矿渣粉含量对饱和砂土（Dr=40%）抗液化性能的影响。结果表明：矿渣含量越高，试样破坏速度越慢，砂土发生液化所需的加载循环次数越多，且对超孔隙水压力增长的抑制效果越好；矿渣粉含量一定时，循环应力比越大，试样破坏速度越快，砂土达到液化的震次越少。　　(2)基于有限元法建立了循环三轴试验的数值模型，标定了砂-矿渣粉混合物的计算参数，据此建立了基于矿渣粉加固的液化场地桥梁桩基数值分析模型，探讨了应用矿渣粉进行液化场地桩基抗震加固的效果，结果表明矿渣粉可以有效减小液化场地桩的侧向变形，并据此提出了预测矿渣粉加固效果的经验公式。　　(3)开展了砂-碱激发矿渣胶凝材料混合物力学性能、施工可行性和微观机理的试验分析，结果表明矿渣粉含量的提高和砂相对密度的降低，都会增加砂-碱激发矿渣胶凝材料的抗压强度。砂-碱激发矿渣胶凝材料混合物具有较好的流动性，但是当砂的相对密度较低，矿渣粉的含量较高时，其凝结时间较短。此外，微观分析表明砂-碱激发矿渣胶凝材料混合物的孔隙率随着矿渣粉含量和砂相对密度的降低而增加。此外，在相同配合比的情况下，砂-碱激发矿渣胶凝材料混合物的抗压强度远大于砂-水泥混合物的抗压强度。　　(4)基于格栅式深层搅拌技术，采用新型砂-碱激发矿渣胶凝材料，结合数值模拟方法研究了该材料对液化场地桩基的抗震加固效果，计算结果表明砂-碱激发矿渣胶凝材料混合物可以有效的减缓桩周土体的孔压增长，减小桩的侧向变形，且加固面积比越大，加固效果越明显。　　(5)基于数值模拟方法，对比分析矿渣粉、碱激发矿渣胶凝材料和水泥三种加固方法下液化场地桩基的地震响应，并以桩顶最大位移作为地震需求，获得了不同加固方法下液化场地桩基地震易损性曲线。结果表明，三种加固方式都可以有效降低桩的地震损失概率，碱激发矿渣胶凝材料的加固效果最优。　　本文基于工业废料矿渣粉提出了两种液化场地桥梁桩基抗震加固方法。研究成果拓展了矿渣粉在岩土地震工程领域的应用，提高了工业副产品矿渣粉的利用率，完善了液化场地桥梁桩基抗震加固方法，对于液化场地桥梁桩基的抗震加固具有重要的理论和现实意义。
作者：	朱海波
专业：	土木工程
导师：	张效禹
授予学位：	硕士
授予学位单位：	广州大学
学位年度：	2023