基于统一极限抗力分布的封闭解及土体侧向受荷桩性状

对于嵌入长度为L、直径为d的桩头自由桩,如图4-1(a)所示,桩顶受到荷载Pt作用,荷载作用偏心高度e,此时,除了土体对桩施加的抗力外,桩头可自由平移和转动。对于桩头固定桩,如图4-2(a)所示,除了土体对桩作用的抗力外,桩头可自由平移但由于刚性承台约束,不发生转动。除了桩头约束条件不同外,二者都可以采用相同的桩土相互作用物理模型,如图4-1(b)或图4-2(b)所示。该模型由弹簧、滑块和虚拟膜组成,弹簧刚度为地基反力模量k(FL-2),滑块提供单位长度土体极限抗力pu(FL-1),而虚拟膜承受相邻弹簧间传递的拉力Np(F)。相应的荷载传递模型如图4-1(c)中的A线所示,称为理想弹塑性p-y曲线模型。

图4-1　桩头自由长桩的分析模型和荷载传递曲线(Guo,2002)

对于地面下某深度处,当桩的变形小于土体屈服位移yu=pu/k时,土体处于弹性状态;当桩的变形大于yu时,土体达到塑性状态,土体抗力达到了极限抗力pu。(www.xing528.com)

土体塑性区一般从地面处开始,在某级荷载水平下,可能发展到一定的深度,称为塑性滑移深度xp。因此,在xp深度内,土体抗力全部达到了极限抗力,并假设满足由式(3-3)确定的统一极限抗力分布。在xp深度下,土体仍处于弹性状态。各弹簧间由虚拟膜联结,传递沿桩轴方向上的拉力Np。基于上述桩土相互作用模型,Guo(2001b,2002,2004a)给出了桩头自由和桩头固定条件下的理论解答。

图4-2　桩头固定长桩的分析模型和荷载传递曲线(Guo,2004)