SS1实例分析-土体极限抗力与桩性状

Cox等(1974)报道了两个分别为静力加载和循环加载的开口打入钢管桩试验。桩长L=21 m、桩径d=610 mm,截面惯性矩Ip=8.084 5×10-4m4,抗弯刚度EI=163 MN·m2。计算得Ep=EI/(πd4/64)=2.40×104MPa,桩的屈服弯矩My=640 kN·m,发生塑性铰破坏时的极限弯矩M ul t=828 kN·m(Reese&Van Impe,2001)。本章主要论述桩的静载特性,因此只对静力载荷试验进行分析。

该试验位于美国得克萨斯州的Corpus Christi地区,邻近Mustang岛,是推导表2-13中SPY1模型的现场载荷试验,下称Mustang试验。土体为均匀级配细砂,平均相对密度为0.9,内摩擦角φ=39°。在试验过程中,自由水面保持在地面上约150 mm,浮容重γs=10.4 kN/m3。根据钻孔资料(Cox等,1974),在10d深度内的平均标准贯入击数NSPT约为18。

根据第3章的分析,取α0=0 m和n=1.7。假定νs=0.3,采用程序GASLFP,首先通过准确拟合实测的最大弯矩Mmax(图5-1(c))、弯矩M沿深度分布(图5-1(e)),初步拟合实测的地面处桩的变形(图5-1(b))和转角(图5-1(d)),反分析得Ng≈0.55。然后再通过调整Gs值,准确拟合实测地面处桩的变形(图5-1(b))和转角(图5-1(d)),反分析得Gs≈10.5=0.58NSPT(MPa)。从图5-1可见,采用上述参数计算的桩基性状与实测桩基性状相当吻合。

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图5-1　Mustang试验的LFP与桩基性状

在最大荷载约Pt=266.8 kN时,M max=494.4 kN·m(＜My),塑性滑移深度xp为1.94 m(3.04d)。在该xp深度内,反分析得到的LFP(即图5-1中Guo LFP)虽然与Reese LFP的分布稍有不同(图5-1(a)),但二者都能给出与实测结果相当吻合的预测,并且二者的极限抗力平均值比较一致。实际上,如果在最大塑性滑移深度内,形状相似的不同LFP如果给出相近的极限抗力平均值,则它们能预测出比较一致的桩基性状(Guo& Zhu,2004)。因此,采用Broms LFP时将得到偏大的桩基侧向变形和弯矩(图中未示出)。

将Gs和桩的等效杨氏模量Ep=2.40×104MPa代入式(2-19),可得桩的有效长度Lcr=5.25 m(=8.6d)。因此,选取10d深度内的土体弹性参数是合适的。再将νs,Ep和Gs代入式(2-35)和式(2-45),可分别得到k/Gs=3.55和k/G*=3.72。由式(2-45)得到的k值约为式(2-35)所得k值的1.28倍。因此,如第2章所述,采用式(2-45)计算k值除以系数1.3是合适的。