试验p-y曲线的局限性及土体极限抗力与侧向受荷桩性状

在确定p-y曲线时,由于土体抗力p由离散的弯矩点两次微分得到,p值对试验误差十分敏感。对于同一组弯矩试验点,若采用不同的函数进行拟合,则可能给出差别很大的p值。所以,如果单纯由实测弯矩确定p-y曲线,往往并不是唯一的。

在上述黏土p-y曲线模型(CPY1—CPY6)中,每点的p-y曲线与土体1/2极限强度对应的应变ε50有关。然而,ε50沿深度并不是常数,在工程实践中也不可能准确得到每一深度对应的ε50值。因此,基于ε50值的参考变形y50也没有统一的标准,如Matlock(1970)采用2.5ε50d,Reese等(1975)采用ε50d,O'Neill&Gazioglu(1984)采用0.8ε50d(EI/Esd4)0.125,Dunnavant& O'Neill(1989)采用,而Stevens&Audibert(1979)则建议采用y50=8.9ε50d0.5(y50和d的单位为英寸,1英寸=25.4 mm)。

因此,采用不同的函数形式,不同的参考变形y50,可能得到不同的p-y曲线模型。另外,由于现场试验的昂贵和侧向受荷桩试验数据库的局限性,采用现场试验确定p-y曲线时,一般都没有考虑如下因素：

(1)分层土体。上述p-y曲线都由相对均质土体中侧向受荷桩的载荷试验反分析得到的。因此,采用这些p-y曲线,有时并不能给出满意的桩基性状。如上硬下软分层土中的桩,在较大的荷载水平下,桩的变形从上部硬土层延伸到下部软土层后导致预测的结果偏小(Allen&Reese,1980)。

(2)桩的施工效应。由于桩基施工的扰动,如砂土的加密效应,灌注桩和打入桩的p-y曲线可能并不相同(如Dyson&Randolph,2001)。

(3)桩的尺寸效应。目前提出p-y曲线的现场试验基本上都是小尺寸桩现场载荷试验。对于同一场地,很少进行桩的尺寸效应研究。而将现有的p-y曲线用于大直径桩或小直径桩时,往往低估或超估了桩的性状。如对于分层土中的小直径桩,弯矩误差可达到20%～30%,而计算的变形可达到实测值的150%～200%(Allen&Reese,1980);对于大直径桩,Steven&Audibert(1979)基于软黏土中1.5 m直径打入桩的研究发现,预测的桩基变形比实测值大,而预测的弯矩比实测值低。(www.xing528.com)

(4)桩头约束影响。在现场试验中,很难控制桩头为完全固定条件。因此上述p-y曲线都基于桩头自由桩的现场试验,而Ashour&Norris(2000)分析表明,桩头约束条件不同,p-y曲线可能并不相同。

(5)桩身刚度影响。对于钻孔桩或其他钢筋混凝土桩,桩截面抗弯刚度随着混凝土的开裂而急剧降低,而上述p-y曲线一般都通过钢管桩现场试验确定,没有考虑刚度变化的影响。Ashour& Norris(2000)认为桩的刚度对p-y曲线存在一定的影响。

(6)荷载类型。对于循环荷载或重复荷载作用下的p-y曲线讨论较少。并且在这种荷载作用下,p-y不仅与土体和桩的特性有关,还与加载频率、荷载组合有关。

(7)群桩效应。上述p-y曲线都是单桩试验的结果,应用于紧密间距群桩分析时,必须考虑桩-土-桩之间的相互作用。

因此,采用p-y曲线法分析侧向受荷桩的性状时,很难获得适合特定土体条件、桩基特性(大小、施工方法、刚度等)和加载类型的p-y曲线。