基于离心模型试验的高强度桩承载特性及桩土相互作用分析

摘要

随着大型、重要工程的兴建，高强度桩复合地基、桩基及复合桩基在地基处理中应用越来越广泛。桩土相互作用的研究不仅可以丰富地基处理的理论内容，而且在优化设计方面具有重要的工程意义。本文基于离心模型试验技术，采用了一套自行设计的加载装置，对不同断面处装有微型荷重传感器的模型桩，在离心机达到稳定运转状态后进行了单桩加载试验，分析了桩长及桩端土强度变化对桩身荷载传递规律及桩土相互作用特性的影响，有如下结论：
　　 (1)在桩顶荷载一定时，桩身轴力沿桩身向下方向逐渐减小；随着桩项荷载的增大，桩身轴力、桩侧摩阻力、桩端阻力随之增大。同时，桩端阻力占总荷载的比例随桩项荷载的增大而增大，桩侧摩阻力占总荷载的比例随桩顶荷载的增大而减小。
　　 (2)桩端土与桩侧土模量比Eb/Es增强时，单桩极限承载力、极限桩端阻力随之提高，桩端附近侧摩阻力在下卧层土体强度较高时表现出增强的现象；桩长增加时，同样可以提高单桩极限承载力。
　　 (3)桩顶荷载增大的过程中，桩侧摩阻力产生的桩周土体应力变化量也表现出增大的趋势：而在一定的桩侧摩阻力影响下，桩周土体应力变化量在桩身径向方向表现出衰减的趋势。桩侧摩阻力对桩周土体的应力影响和桩侧摩阻力的分布形式有较好的一致性：侧摩阻力大的断面，相应的桩周土体的应力变化量较大；侧摩阻力小的断面，相应的桩周土体的应力变化量相应降低。
　　 (4)桩周土体应力变化量沿桩身轴向的分布趋势表现出“S”型：桩身上部的土体应力变化量为负，桩身下部的土体应力变化量为正；变化量的绝对值沿桩身向下方向呈现出先减小后增大，在桩端附近再减小的趋势。这样的分布特性与根据Mindlin公式求得的桩端力与三角形分布桩侧摩阻力引起的土中应力有较好的一致性。
　　 (5)随着桩身荷载的增大，桩周土体受桩侧摩阻力影响产生的沉降值也随之增大，桩侧摩阻力对桩周土体沉降的影响呈现出沿径向逐渐减小的特征，桩周土体受桩侧摩阻力影响的显著范围为3.9倍桩径，在8.5倍桩径处土体依然受到桩侧摩阻力的影响。