復(fù)合地基側(cè)向力學(xué)性狀離心試驗(yàn)方案研究與設(shè)計(jì)

李連祥，符慶宏，張海平，扈學(xué)波

(1.山東大學(xué) 基坑與深基礎(chǔ)工程技術(shù)研究中心，山東 濟(jì)南 250061；2.濟(jì)南西城投資開發(fā)集團(tuán)有限公司，山東 濟(jì)南 250300)

復(fù)合地基側(cè)向力學(xué)性狀離心試驗(yàn)方案研究與設(shè)計(jì)

李連祥1，符慶宏1，張海平2，扈學(xué)波1

(1.山東大學(xué) 基坑與深基礎(chǔ)工程技術(shù)研究中心，山東 濟(jì)南 250061；2.濟(jì)南西城投資開發(fā)集團(tuán)有限公司，山東 濟(jì)南 250300)

通過對(duì)復(fù)合地基側(cè)向力學(xué)性狀的離心模型試驗(yàn)方案研究，克服了復(fù)合地基模型制備、結(jié)構(gòu)構(gòu)件模擬、數(shù)采系統(tǒng)布置、坑邊超載施加以及基坑開挖方式等試驗(yàn)關(guān)鍵技術(shù)困難；同時(shí)利用數(shù)值軟件PLAXIS 3D模擬試驗(yàn)工況，預(yù)期試驗(yàn)結(jié)果，大體把握各工況下地基變形、支護(hù)和CFG樁受力變形以及墻后土壓力等的分布和變化規(guī)律；初步認(rèn)為CFG樁水平變形和變形范圍均隨與基坑邊界距離的增大而減小，復(fù)合地基CFG樁處沉降遠(yuǎn)低于樁間土沉降，表現(xiàn)為上刺入褥墊層。坑邊超載使得CFG樁對(duì)地基土體的加固作用、對(duì)支護(hù)結(jié)構(gòu)的貢獻(xiàn)以及CFG樁自身變形的有效控制效果凸顯出來。

巖土工程；復(fù)合地基；側(cè)向力學(xué)性狀；基坑開挖；離心模型試驗(yàn)方案；數(shù)值模擬

0 引 言

隨復(fù)合地基理論日漸成熟，大量高層建筑采用了CFG樁復(fù)合地基。近年來，城市建設(shè)的進(jìn)一步加快，使大批既有復(fù)合地基建筑成為擬建或新建建筑基坑工程保護(hù)的重要目標(biāo)。新的基坑開挖，引起原有建筑地基基礎(chǔ)側(cè)向卸荷，從而導(dǎo)致復(fù)合地基及既有建筑位移。因此，新建基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)必須保證原有復(fù)合地基和既有建筑的安全，克服因基坑開挖導(dǎo)致復(fù)合地基變形影響。目前，國內(nèi)外缺乏針對(duì)側(cè)向開挖條件下既有復(fù)合地基力學(xué)性狀及其基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)理論的研究[1-4]，使工程界缺乏正確進(jìn)行此類基坑工程設(shè)計(jì)的理論和方法[5]。設(shè)計(jì)人員一般忽略既有復(fù)合地基增強(qiáng)體，無視既有群樁能夠減少支護(hù)結(jié)構(gòu)位移的有利作用[6-7]，而把復(fù)合地基看成原狀土，保守地進(jìn)行基坑工程設(shè)計(jì)，造成了大量的資源浪費(fèi)[8]。因此，開展側(cè)向開挖條件下復(fù)合地基力學(xué)性狀研究，掌握復(fù)合(土)體與基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的相互作用機(jī)理，建立以保證復(fù)合地基安全為目標(biāo)的基坑支護(hù)設(shè)計(jì)理論和方法，具有緊迫的工程價(jià)值和長(zhǎng)遠(yuǎn)的理論意義。

傳統(tǒng)巖土工程室內(nèi)試驗(yàn)是在常重力條件下進(jìn)行，由于無法或很難再現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際尺寸條件，不能反映原型的應(yīng)力狀態(tài)，必然導(dǎo)致模型試驗(yàn)無法模擬原型所發(fā)生的現(xiàn)象。

離心模型試驗(yàn)?zāi)軌蚶猛凉るx心機(jī)為模型提供離心力，在模型內(nèi)部形成Ng加速度的超重力場(chǎng)，還原原型應(yīng)力場(chǎng)，在此基礎(chǔ)上研究原型中構(gòu)件特性等內(nèi)容[9-12]，被廣大學(xué)者認(rèn)為是目前進(jìn)行巖土工程技術(shù)研究中最先進(jìn)、最有效的試驗(yàn)方法。C．F．Leung等[13-15]和D．E．L．Ong等[16]在新加坡國立大學(xué)土工離心機(jī)上開展了一系列基坑工程離心模擬試驗(yàn)，分別考慮了穩(wěn)定擋墻、非穩(wěn)定擋墻后臨近基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的單樁、群樁在基坑不同開挖工況下的受力變形特性；R．J．Finno等[17]通過離心機(jī)試驗(yàn)研究基坑開挖引起的臨近樁基響應(yīng)；W．Powrie等[18]通過離心機(jī)試驗(yàn)研究超固結(jié)高嶺黏土地基上具有兩道支撐的基坑擋墻受力變形；馬險(xiǎn)峰等[19]和徐前衛(wèi)等[20]以上海某挖深38 m的超深基坑工程為背景，利用離心模型試驗(yàn)研究了不同工況下超深基坑開挖引起的圍護(hù)結(jié)構(gòu)受力變形、土壓力變化、地表沉降。

離心模型試驗(yàn)用于基坑工程穩(wěn)步發(fā)展，但匱乏研究CFG樁復(fù)合地基側(cè)向力學(xué)性狀的離心機(jī)試驗(yàn)，因此設(shè)計(jì)此類試驗(yàn)，研究復(fù)合地基CFG樁和支護(hù)結(jié)構(gòu)特性等具有創(chuàng)新性。

以濟(jì)南市省會(huì)文化中心項(xiàng)目大劇院臺(tái)倉基坑工程為依托，設(shè)計(jì)了4組離心模型試驗(yàn)，旨在研究不同置換率的CFG樁復(fù)合地基存在下，基坑開挖引起的支護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)力變形、CFG樁內(nèi)力變形、地基土體位移場(chǎng)、主動(dòng)區(qū)土壓力分布形式及變化規(guī)律。主要從模型相似比、支護(hù)結(jié)構(gòu)和CFG樁的模擬、傳感器布置、基坑開挖方法、坑邊超載施加等方面進(jìn)行敘述，并以PLAXIS 3D軟件模擬分析，預(yù)期試驗(yàn)結(jié)果，為后續(xù)和相關(guān)試驗(yàn)提供指導(dǎo)和參考。

1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.1 試驗(yàn)設(shè)備

試驗(yàn)在浙江大學(xué)軟弱土與環(huán)境教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的大型土工離心機(jī)ZJU-400上進(jìn)行。其相關(guān)的主要技術(shù)參數(shù)如表1。

表1 土工離心機(jī)ZJU-400主要相關(guān)參數(shù)Table 1 The major relevant parameters of ZJU-400

1.2 離心加速度

本次離心機(jī)試驗(yàn)以濟(jì)南省會(huì)文化藝術(shù)中心項(xiàng)目大劇院臺(tái)倉基坑為背景。該基坑開挖深度12.8 m，基坑周邊地基均以CFG樁進(jìn)行加固，形成復(fù)合地基；上覆荷載220 kPa，基坑支護(hù)采用雙排鋼筋混凝土鉆孔灌注樁+背拉錨桿形式，樁長(zhǎng)22 m。試驗(yàn)?zāi)康氖茄芯總?cè)向開挖條件下群樁復(fù)合(土)體與支護(hù)結(jié)構(gòu)受力和變形性狀，如圖1。綜合考慮場(chǎng)地面積、支護(hù)樁和CFG樁樁長(zhǎng)、地層條件、離心機(jī)參數(shù)等因素，選定此次離心模型試驗(yàn)相似比尺為1∶40，即離心機(jī)設(shè)計(jì)加速度為40g。為簡(jiǎn)化試驗(yàn)，采用懸臂式支護(hù)結(jié)構(gòu)，基坑開挖深度適當(dāng)減小，最終確定為8 m，復(fù)合地基上覆荷載最大值150 kPa。

圖1 臨近建筑物基坑示意Fig.1 Schematic diagram of the pit near existing building

離心模型試驗(yàn)遵循相似理論，根據(jù)相似第一、第二、第三定理，離心試驗(yàn)中常用物理量的相似比如表2。試驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)以相關(guān)相似比尺為依據(jù)。

表2 常用物理量模型原型相似比Table 2 The scales of conventional parameters in centrifuge model test

注：相似比尺是模型與原型之比；離心加速度Ng。

1.3 地基模型設(shè)計(jì)

1.3.1 地基土制備

模型土體材料采用場(chǎng)地粉質(zhì)黏土，土體參數(shù)如表3。地基以分層夯實(shí)法制備。制備過程采用先將原形土體進(jìn)行烘干處理；后加入計(jì)算所需水量，攪拌均勻；悶土12 h后分層填筑，并夯實(shí)至目標(biāo)密實(shí)度。制備中以每一層組成成分的質(zhì)量和夯后土體厚度為主要控制指標(biāo)。

表3 粉質(zhì)黏土物理力學(xué)參數(shù)Table 3 Physical and mechanical parameters of silty clay

1.3.2 CFG樁模擬

根據(jù)相關(guān)設(shè)計(jì)資料，復(fù)合地基中的CFG樁是采用長(zhǎng)螺旋鉆機(jī)成孔，管內(nèi)泵壓混凝土成樁，混凝土強(qiáng)度等級(jí)C20，直徑?400 mm。CFG樁主要承受上部荷載，因此模型樁制作中考慮CFG樁抗壓剛度等效，同時(shí)以面積置換率m為目標(biāo)，模擬現(xiàn)場(chǎng)布樁。采用方形布樁形式，置換率如式(1)：

(1)

式中：m為面積置換率；d為樁徑；s為樁間距。

本次試驗(yàn)為保證應(yīng)變片測(cè)量的準(zhǔn)確性，選擇以鋁管樁模擬CFG樁，模型樁的尺寸及樁間距如表4。

表4 CFG模型樁相關(guān)參數(shù)Table 4 The relevant parameters of simulated CFG piles

1.3.3 支護(hù)結(jié)構(gòu)樁模擬

根據(jù)相關(guān)設(shè)計(jì)資料，實(shí)際工程中基坑支護(hù)采用雙排樁+背拉錨桿的支護(hù)形式，支護(hù)樁樁距a=1 600 mm，支護(hù)樁排距b=2 100 mm，設(shè)冠梁。前后排樁相同，樁徑?600 mm，樁長(zhǎng)22 m，為鋼筋混凝土鉆孔灌注樁。

離心模型試驗(yàn)擬采用鋁合金板模擬基坑支護(hù)樁。工程中支護(hù)樁主要承受的是水平力，因此模型應(yīng)根據(jù)抗彎剛度等效的原則進(jìn)行換算，即：Ep×Ip=N4×Em×Im。鋁合金6061材料的彈性模量為EAl=68.9 GPa，泊松比νAl=0.330；C30混凝土彈性模量Ec=3.0×104MPa，泊松比νc=0.20；鋼筋的彈性模量Es=2.0×105MPa。

計(jì)算得到鋁板參數(shù)：高度550 mm，厚度9.5 mm，寬度400 mm。

1.3.4 傳感器布置

為監(jiān)測(cè)支護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)力變形、CFG樁內(nèi)力變形、地表沉降、主動(dòng)區(qū)土壓力等，本次試驗(yàn)布置彎矩應(yīng)變片、軸力應(yīng)變片、激光位移傳感器、微型土壓力傳感器、GeoPIV等測(cè)量裝置，如圖2。

圖2 有、無超載試驗(yàn)?zāi)Ｐ?單位：mm)Fig.2 Test models with/without the surcharge load

1) 激光位移傳感器

激光位移傳感器在無加載的試驗(yàn)中布置，每組試驗(yàn)布置5個(gè)，量程50 mm，布置在地基模型中間位置，距基坑邊分別為：50，150，250，350，450 mm；如圖〔2(a)〕。

2) 土壓力傳感器

土壓力傳感器在每一組試驗(yàn)中都有布置，每組實(shí)驗(yàn)布置6個(gè)，量程500 kPa，布置在支護(hù)結(jié)構(gòu)背后20 mm位置，沿深度方向上距離地表分別為：50，140，230，320，410，500 mm；如圖〔2(a)〕。

3) 應(yīng)變片

根據(jù)測(cè)試需要試驗(yàn)中以全橋形式布置軸力和彎矩兩種應(yīng)變片。彎矩應(yīng)變片布置在支護(hù)結(jié)構(gòu)和CFG樁上，軸力應(yīng)變片布置在CFG樁上，具體可參考圖3。

圖3 擋墻和CFG樁應(yīng)變片布置(單位：mm)Fig.3 Arrangement of strain gauges on the retaining wall and CFG piles

4) PIV

首先布置PIV標(biāo)記點(diǎn)，間距5 cm，布置好的標(biāo)記點(diǎn)應(yīng)覆以2 mm厚有機(jī)玻璃板保護(hù)，以免地基土體移動(dòng)帶動(dòng)標(biāo)記點(diǎn)移動(dòng)。

1.4 基坑開挖方法

基坑工程工況復(fù)雜，模擬困難，尤其是基坑開挖模擬，是基坑工程離心模型試驗(yàn)中的最關(guān)鍵的問題，對(duì)實(shí)際工況模擬的好壞，將直接影響試驗(yàn)的結(jié)果。現(xiàn)有的超重力模型試驗(yàn)中基坑開挖方式大體可歸納為：停機(jī)開挖方法[21]；排放代土液體開挖方法[13-16,18]；微型機(jī)器人開挖方法[22]。考慮到試驗(yàn)?zāi)康氖茄芯總?cè)向力學(xué)性狀，同時(shí)兼顧可操作性，本次試驗(yàn)采用停機(jī)開挖。

1.5 坑邊超載施加方法

本次試驗(yàn)中為真實(shí)模擬復(fù)合地基的存在，在其中兩組既有復(fù)合地基基坑開挖試驗(yàn)中，基坑邊施以150 kPa均布荷載，選擇合理的荷載施加方法對(duì)試驗(yàn)成敗尤為重要。

1.5.1 荷載施加綜述

對(duì)于離心模型試驗(yàn)中的荷載施加，可以歸納為以下4種方法：

1)以伺服電機(jī)施加集中荷載及循環(huán)荷載[23]。通過軸力傳感器監(jiān)控荷載值，遠(yuǎn)程控制電機(jī)伸縮，向結(jié)構(gòu)構(gòu)筑物施加荷載，但不適用于地基均布荷載的施加。

2)提高離心加速度模擬荷載的施加。離心加速度提供超重力場(chǎng)，地基自重應(yīng)力的改變本身就是一種荷載施加方法，但此類試驗(yàn)中一般僅研究地基特性，而非結(jié)構(gòu)物。

3)以剛性物體置于地基表面模擬加載[24]。剛性物體在離心力提高后自重增大，能夠模擬實(shí)際中的荷載，但卻不能模擬荷載的分布及傳遞過程。剛形體放置到地基土表層，會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力集中，使荷載分布不均勻。

4)以氣囊或水囊充氣或水，并施以反力加載。該方法是目前最為理想的荷載施加方法，能夠?qū)⒌鼗喜亢奢d均勻有效地傳遞，應(yīng)用到規(guī)則地基中較為方便。所謂規(guī)則地基的定義：模型尺寸規(guī)則，模型分布到整個(gè)模型箱內(nèi)，荷載分布到整個(gè)地基表面，試驗(yàn)過程中不會(huì)人為改變地基模型。相對(duì)于規(guī)則模型，不規(guī)則模型中采用氣囊或水囊加載復(fù)雜，要考慮荷載分布區(qū)域，氣囊或水囊膨脹等因素。如基坑開挖離心模型試驗(yàn)中，荷載分布在基坑邊一定范圍內(nèi)，加載時(shí)氣囊或水囊膨脹，因此要在氣囊四周予以保護(hù)。

綜合考慮，此次試驗(yàn)中以第4種氣囊加載方式施加復(fù)合地基上部超載，考慮到該方法可能出現(xiàn)的問題，予以改進(jìn)。

1.5.2 氣囊加載方案設(shè)計(jì)

荷載施加裝置由3部分組成：氣囊、反力板和L型錯(cuò)動(dòng)板。

反力板固定在支架上，氣囊置于反力板下，反力板為氣囊提供反力；離心加速度提高和氣囊充氣膨脹，必然導(dǎo)致復(fù)合地基下沉，而反力板不能隨著下沉，使得氣囊從地基與反力板空隙中擠出，漲破。L型錯(cuò)動(dòng)板的存在解決了該問題，L型錯(cuò)動(dòng)板一面與反力板側(cè)壁光滑接觸，一面與地基土接觸，從而保證氣囊不會(huì)從空隙中擠出。

整個(gè)加載裝置的構(gòu)造如圖4。改進(jìn)后的氣囊加載方案實(shí)現(xiàn)了不規(guī)則模型中荷載任意區(qū)域的布置。

圖4 均布加載裝置構(gòu)造示意(單位：mm)Fig.4 Schematic structure of uniform loading device

2 試驗(yàn)總體方案

根據(jù)試驗(yàn)?zāi)康模O(shè)計(jì)4組離心機(jī)試驗(yàn)，如表5。分別進(jìn)行粉質(zhì)黏土中3種不同置換率(0，0.031 3，0.087 2)的試驗(yàn)。試驗(yàn)中測(cè)量地基土體位移、支護(hù)板力學(xué)性狀、CFG樁力學(xué)性狀以及墻后土壓力的分布和變化規(guī)律。

表5 試驗(yàn)安排Table 5 Test programs /mm

2.1 比較工況1和工況2試驗(yàn)結(jié)果

研究無載情況不同置換率復(fù)合地基側(cè)向開挖條件下，復(fù)合地基與支護(hù)結(jié)構(gòu)的共同作用機(jī)制，明確不同置換率對(duì)支護(hù)結(jié)構(gòu)和CFG樁力學(xué)性狀的影響規(guī)律。

2.2 比較工況3和工況4試驗(yàn)結(jié)果

研究有載情況不同置換率復(fù)合地基側(cè)向開挖條件下，復(fù)合地基與支護(hù)結(jié)構(gòu)的共同作用機(jī)制，明確超載作用對(duì)不同置換率復(fù)合地基及其支護(hù)結(jié)構(gòu)的力學(xué)性狀。

2.3 比較工況2和工況4試驗(yàn)結(jié)果

可研究相同置換率復(fù)合地基有無超載情況對(duì)相關(guān)指標(biāo)的分布及變化影響。

3 試驗(yàn)結(jié)果預(yù)期

為探究試驗(yàn)中可能存在的問題，利用PLAXIS 3D對(duì)試驗(yàn)?zāi)M，預(yù)期可能出現(xiàn)的試驗(yàn)結(jié)果。分析中考慮試驗(yàn)設(shè)計(jì)的4種工況，通過對(duì)模擬結(jié)果提取與整理，得到各工況下地基變形、支護(hù)和CFG樁受力變形、墻后土壓力分布及變化規(guī)律等。

3.1 地表沉降

圖5為4組試驗(yàn)中地表(樁頂平面)沉降大致形式，淺層開挖對(duì)沉降影響小；地基沉降初步判斷呈凹槽型，對(duì)比工況1和2，有CFG樁的地基沉降較小，但CFG樁對(duì)沉降控制不明顯；對(duì)比工況3和4，上覆荷載使CFG樁對(duì)地基的加固作用體現(xiàn)出來，較高置換率的復(fù)合地基沉降小；相同點(diǎn)是地基表面沉降在CFG樁位置處小，表現(xiàn)為CFG樁上刺入褥墊層中，褥墊層在復(fù)合地基中起重要作用。

圖5 地表沉降Fig.5 Surface settlement

3.2 支護(hù)結(jié)構(gòu)水平變形和彎矩

3.2.1 支護(hù)水平變形

圖6中給出的4組試驗(yàn)中支護(hù)結(jié)構(gòu)變形。基坑開挖引起的懸臂式支護(hù)結(jié)構(gòu)變形在粉質(zhì)黏土中為懸臂式；對(duì)比工況1和2，有CFG樁無荷載時(shí)，支護(hù)變形較小，但影響不明顯；對(duì)比工況3和4，上覆荷載加大了支護(hù)變形，也使得CFG樁對(duì)地基的加固作用凸顯，即較高置換率的復(fù)合地基支護(hù)變形更小；圖6中第3步開挖引起的變形顯著增長(zhǎng)始于13 m位置，約為開挖深度(8 m)的1.6倍。

圖6 支護(hù)結(jié)構(gòu)變形Fig.6 Deformation of the retaining structure

3.2.2 支護(hù)彎矩

圖7中給出的4組試驗(yàn)中支護(hù)結(jié)構(gòu)彎矩。基坑開挖引起的支護(hù)結(jié)構(gòu)彎矩兩端小，中間大；對(duì)比工況1，3和4，上覆荷載加大了支護(hù)結(jié)構(gòu)的彎矩，較高置換率的復(fù)合地基中支護(hù)彎矩小，說明其對(duì)地基的加固作用更明顯；圖7中支護(hù)結(jié)構(gòu)最大彎矩均在10 m深度位置，約為開挖深度(8 m)的1.3倍。

圖7 擋墻彎矩分布Fig.7 Induced bending moment

3.3 CFG樁水平變形

圖8是工況2～工況4模擬中得到的CFG樁水平變形形式，表6中是第3步開挖引起的CFG樁樁頂水平位移值。從圖8中可知不同置換率條件下，CFG樁水平變形和變形范圍都隨距基坑邊距離的增大而減小；從表中可知較高置換率復(fù)合地基中CFG樁的水平變形較小。

圖8 CFG樁水平變形形式Fig.8 Horizontal deformation types of CFG piles

表6 第3步開挖CFG樁樁頂水平位移值Table 6 Horizontal displacement values at the top of CFG piles in the 3rd excavation stage /mm

3.4 支護(hù)后土壓力

墻后位置處土壓力沿深度分布隨開挖變化如圖9。開挖使擋墻變形，土體卸荷，土壓力減小；在有CFG樁和有荷載工況3、工況4的模擬中，土體卸荷較明顯；所有組中第3步開挖引起的土體卸荷都是最明顯的，而且變化范圍從地基表面延伸至13 m深度位置，與支護(hù)水平變形顯著增長(zhǎng)區(qū)域相吻合，約為開挖深度(8 m)的1.6倍；在支護(hù)結(jié)構(gòu)13 m以下部分，土壓力有增大的趨勢(shì)，表明支護(hù)下部對(duì)土體有一定的加強(qiáng)或擠密作用。

圖9 主動(dòng)區(qū)土壓力隨開挖變化形式Fig.9 The induced earth pressure profiles in active area along with excavation

復(fù)合地基存在深度內(nèi)，支護(hù)結(jié)構(gòu)側(cè)壓力小于土體情況，無載條件下基本一致，有載情況置換率高的更加明顯；超過復(fù)合地基深度，支護(hù)結(jié)構(gòu)側(cè)壓力大于土體，置換率高的越發(fā)明顯，說明復(fù)合地基受壓作用下顯著的荷載傳遞能力，與土體主動(dòng)土壓力不一致，不能夠忽視復(fù)合地基存在，進(jìn)行類似基坑工程設(shè)計(jì)。

4 結(jié) 論

1)復(fù)合地基側(cè)向力學(xué)性狀的離心模型試驗(yàn)牽涉離心模型試驗(yàn)中眾多的關(guān)鍵技術(shù)問題，包括復(fù)合地基模型制備、結(jié)構(gòu)構(gòu)件模擬、數(shù)采系統(tǒng)布置、坑邊超載施加以及基坑開挖研究等。試驗(yàn)方案的研究設(shè)計(jì)正是對(duì)諸類關(guān)鍵問題作可行的解答，對(duì)后續(xù)試驗(yàn)順利進(jìn)行奠定基礎(chǔ)。

2)本次試驗(yàn)針對(duì)既有加載方法的不足，設(shè)計(jì)了一種改進(jìn)的超載施加裝置，與既有方法相比，改進(jìn)的加載方法能實(shí)現(xiàn)不規(guī)則模型中荷載任意區(qū)域的布置。針對(duì)本次試驗(yàn)，即在基坑周邊施加可控均布荷載，并且荷載傳遞更準(zhǔn)確。

3)針對(duì)試驗(yàn)設(shè)計(jì)的4種工況，利用數(shù)值軟件PLAXIS 3D模擬，預(yù)期可能出現(xiàn)的試驗(yàn)結(jié)果，通過對(duì)模擬結(jié)果的數(shù)據(jù)提取與整理，大致得到各工況下地基變形、支護(hù)和CFG樁受力變形以及墻后土壓力等的分布和變化規(guī)律。模擬結(jié)果既是對(duì)試驗(yàn)的預(yù)期也將是對(duì)試驗(yàn)的對(duì)比，對(duì)于把握試驗(yàn)過程中的重點(diǎn)科學(xué)現(xiàn)象，揭示科學(xué)問題作好充分準(zhǔn)備。

4)通過對(duì)模擬結(jié)果的分析可知，對(duì)于未施加超載的工況，不同置換率的結(jié)果差別不大，而施加超載的工況，置換率不同結(jié)果差異較明顯，故初步認(rèn)為坑邊超載使得復(fù)合地基CFG樁對(duì)地基土體的加固作用、對(duì)支護(hù)結(jié)構(gòu)的貢獻(xiàn)以及CFG樁自身變形有效控制的效果凸顯出來。

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Research and Design of Centrifuge Model Tests on Lateral Mechanics Properties of Composite Foundation

LI Lianxiang1, FU Qinghong1, ZHANG Haiping2, HU Xuebo1

(1. Foundation Pit and Deep Foundation Engineering Research Center, Shandong University, Jinan 250061,Shandong, P. R. China; 2. Jinan West City Investment and Development Group Co., Ltd., Jinan 250300, Shandong, P. R. China)

The centrifuge model tests on lateral mechanics properties of composite foundation were designed, some feasible solutions to these key complex technological problems in the tests were achieved including preparation of the composite foundation models, fabrication of the simulating structures, arrangement of data acquisition system, application of the surcharge load on pit edge and development of excavation method. In addition, numerical software PLAXIS 3D was used to simulate all loading cases of tests. So expected results were achieved by which we can generally master ground deformation under all loading cases, supporting and CFG pile deformation under forces and retained soil pressure distribution and variation law. It is preliminarily assumed that both the horizontal deformation and its scope of CFG piles decrease with the increasing distance from the edges of the pit and the settlement at CFG piles is far smaller than the of the soil between piles. It is considered that the CFG piles have stuck in cushion. The surcharge load on pit edge can make CFG piles more effective in aspects of consolidating soil, reinforcing the retaining structure and controlling their own deformation.

geotechnical engineering; composite foundation; lateral mechanics properties; foundation pit excavation; centrifuge model tests scheme; numerical simulation

10.3969/j.issn.1674-0696.2016.02.18

2015-10-12；

2015-10-27

山東省優(yōu)秀中青年科學(xué)家科研基金項(xiàng)目(BS2013SF024)；濟(jì)南市科技計(jì)劃項(xiàng)目(201201145)

李連祥(1966—)，男，河北唐山人，研究員，博士，碩士生導(dǎo)師，主要從事土力學(xué)及巖土工程方面的研究。E-mail：jk_doctor@163.com。

符慶宏(1990—)，男，河南信陽人，碩士研究生，主要從事地下工程及巖土工程方面的研究。E-mail：shandafqh@163.com。

TU441；O346

A

1674-0696(2016)02-080-09