土体的极限抗力与侧向受荷桩研究：最新现状

对侧向受荷桩的分析主要分为两类,即桩的变形分析和极限荷载设计。对于桩的变形分析,一般存在弹性分析(如Hetenyi,1946;Matlock & Reese,1960;Poulos,1971a;Banerjee& Davies,1978;Baguelin等,1977;Kuhlemeyer,1979a,1979b;Randolph,1981;Sun,1994;Guo& Lee,2001)和弹塑性分析(如McClelland& Focht,1958;Kubo,1965;Matlock,1970;Reese等,1974;Reese等,1975;Kishida&Nakai,1977;Guo,2002,2004)。在弹性分析方法中,尽管存在不同的理论解答,如弹性地基梁法、弹性有限元法和弹性边界元法,但它们预测的桩基性状比较一致(Poulos,1982;Poulos& Hull,1989),然而却很难准确预测较大荷载水平作用下桩的实际性状(Budhu& Davies,1988;Poulos&Hull,1989;Guo,2002)。

在较大荷载水平作用下,采用弹塑性分析模型比较合理,其中,p-y曲线法(p为研究点处的土体抗力,y为研究点处桩的局部侧向变形)在学术界和工程界广为应用。McClelland & Focht(1958)首先提出了p-y曲线法,随后Matlock(1970),Reese等(1974),Reese等(1975)分别提出了桩在软黏土、砂土和硬黏土中,p-y曲线的具体表现形式。在随后的30年里,p-y曲线法得到了极大的推广与应用。然而越来越多的工程实例表明,对于不同的土体条件、桩基结构和施工方法以及荷载类型,p-y曲线法预测的准确度参差不齐,p-y曲线的函数形式各不相同(如Steven& Audibert,1979;Allen& Reese,1980;Dunnavant&O'Neill,1989)。而且,一种特定的p-y曲线模式很难准确预测桩基的所有性状,如荷载—变形曲线、荷载—最大弯矩曲线、最大弯矩发生深度等(Guo,2002)。因此,需要对p-y曲线的本质(或关键影响因素)进行更深入的研究。

侧向受荷桩的弹性分析表明,桩前地表附近的土体发生的侧向应力、水平应变都比深层土体大很多倍(Poulos,1971a;Randolph,1977;Trochanis等,1991b)。因此,实际土体在较小的荷载作用下就会发生塑性屈服(Poulos,1971;Guo,2002)。在较大的荷载水平下,塑性区往往能够发展到地面下5d(d为桩径)的深度。通常地,如果塑性区深度大于2d,那么塑性区内的土体极限抗力分布将控制桩的侧向受荷性状(Guo&Zhu,2004)。因此,只要能准确确定浅层土体极限抗力的分布模式,就能准确预测桩基的性状。然而,土体组成、桩基结构和施工条件以及加载类型不同,极限抗力的分布模式可能并不相同。(www.xing528.com)

对于桩基的极限承载力(或荷载),一般通过假定浅层土体极限抗力的分布模式,根据桩的弯矩和力的平衡条件进行确定(如Hansen,1961;Broms,1964a,1964b;Meyerhof&Ranjan,1972)。然而,假定的浅层土体极限抗力分布不同,将得出不同的桩基极限荷载。目前,还没有普遍接受的极限抗力分布模式。

综上所述,无论对于桩基的变形分析,还是极限承载力设计,关键在于浅层土体极限抗力的选取是否合理。