采用p-y曲线方法对桩土系统进行非线性分析,最早由McClelland&Focht(1958)提出。在该方法中,沿桩身每一点,连续土体简化为一系列离散的非线性弹簧。弹簧受荷性状由p-y曲线进行描述,其中p为单位长度上土体抗力(FL-1),y为与土体抗力在同一平面内的桩身变形或土体压缩量(L),p与y的曲线形式代表了桩土的相互作用关系。由于p-y曲线法将桩周土体描述为非线性弹簧而非连续体,往往为学术界所诟病。然而,土体弹簧性质一般由现场试验得到,弹簧间的相互作用实际已包括在p-y曲线内(Reese& Van Impe,2001),并且该方法简单,分析结果比较准确,从而在学术界,特别是工程界(如API,CIRIA,FHWA等设计规范)得到了广泛的应用。
图2-14 土体应力在桩受荷前后的变化(Reese&Van Impe,2001)(www.xing528.com)
图2-14为桩周土体在受荷前后的应力变化(Reese& Van Impe,2001)。以地面下深度x处单元体为例(图2-14(a)),在加载前,桩周土体法向应力环向均匀分布(图2-14(b))。当加载后桩单元发生侧向变形y,桩周土体应力如图2-14(c)所示,桩前土体法向应力上升,而桩后土体法向应力下降。求和该深度处单位厚度桩周土体应力,将得到与变形y方向相反的土体净抗力p(单位长度土体抗力,F/L-2)。图2-15所示为典型的p-y变形曲线,则其割线斜率即为地基反力模量。对于某一级荷载,桩的变形随深度而降低(图2-15(a)),而地基反力模量则沿深度不断增长(图2-15(b))。因此,地基反力模量只是反映桩土相互作用特性的参数,而不是土体的本质特性。采用p-y曲线求解桩的性状时,必须首先确定地面下各深度处的p-y曲线,即k随桩基变形的变化关系。
图2-15 侧向受荷桩各深度处p-y曲线与地基反力模量示意图(Reese&Cox,1969)
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