中密砂土地基中H-T组合作用下单桩承载特性研究

为探讨中密砂土地基中桩顶水平力(H)与扭矩(T)组合作用单桩的承载特性,研制了适合于室内砂箱模型试验的H-T组合加载装置,并通过对比试验获得不同H-T大小组合与加载顺序(H→T或T→H)下的桩身内力变形与承载力,及其对桩身承载特性的相互影响曲线,结果表明：相比单一受荷时的水平或扭转极限承载力(Hu或Tu),H-T组合作用会导致桩身承载力减小,且H→T要比T→H的影响要明显,如先施加2/3Tu时桩身水平承载力减小约12.4%,而先施加2/3Hu后的桩身扭转承载力减幅达48.5%,故不能简单基于叠加原理评估组合受荷时的承载力。在此基础上,引入能反映水平力对桩身扭转承载力影响的桩侧扭转土抗力放大因子αTH,基于杆系有限元和m法建立了考虑桩周土约束及H-T耦合效应的桩身单元综合刚度矩阵,进而用MATLAB编制了H-T组合受荷桩的改进杆系有限元法计算程序,并将其结果与模型试验值进行对比分析。     

考虑地基土剪切模量非线性分布的基桩受扭分析

 为了探讨非均质单层地基中单桩受扭承载特性,基于平衡原理和剪切位移法,考虑地基土剪切模量在地面处为非零值(已有方法多假定为零)且随深度呈幂函数分布模式,以及桩侧极限摩阻力沿深度非线性变化,建立出纯受扭桩桩身与桩周土的扭转控制方程,进而导出桩周土分别处于弹性、部分塑性及完全塑性受力状态时桩身的扭矩~扭转角解析解。由此进行的参数分析表明：剪切模量地面处非零因子?g的取值将影响桩身扭矩的传递效率,且桩顶刚度随桩周土塑性区深度的开展呈递减变化,当桩周土塑性区开展深度距离桩顶达0.3倍桩长时,桩顶刚度降低60%,即近地面土层的塑性破坏对桩顶刚度的降低起主导作用,工程实际中加固桩周地表土层可有效提高基桩抗扭性能。     

双层非均质地基中单桩受扭弹塑性分析

为探讨双层非均质地基中单桩的受扭承载特性,基于单层土体剪切模量呈幂函数分布的假定,考虑桩–土接触面上极限摩阻力随深度非线性变化,建立出桩顶扭矩作用下的桩身扭转控制方程,进而导得桩顶及桩身的扭矩(T)与扭转角(Φ)等解答,并将其退化为单层非均质及双层均质地基后与已有成果进行了对比验证。同时,桩顶T–Φ曲线参数分析结果表明:增加桩体剪切模量G_p有利于控制桩顶扭转角;桩径r0增加一倍,相同扭转角下桩顶能承受的扭矩值增大4~6倍;随地面处土体剪切模量μ_1和模量分布函数中非线性系数α_1,α_2的增加,桩身受扭性能得到显著改善。此外,桩顶扭转影响因子I_Φ的对比分析表明:桩身在ζL0.2和ζL5.0时分别表现为刚性桩和柔性桩,且后者传至桩底的扭矩极小而可忽略;当ζL5且上下土层顶部剪切模量比μ_1/μ_21时,0.2倍桩长(L)范围内的上部土层对桩身受扭性能影响较大;当ζL10且μ_1/μ_21时,桩身受扭能力主要源自0.4L的表层土。