群桩相互作用模型：极限抗力与侧向受荷桩性状

根据群桩的试验观测性状和数值模拟分析,忽略各排内桩与桩之间的相互影响,对紧密间距的群桩(ss较小),以3×2群桩为例(图7-1),各桩排之间的相互作用可简化为如下阶段(第四阶段在图7-1中未标出)：

图7-1　桩-土-桩相互作用土体状态示意图

(1)局部弹性压缩：在较小的荷载水平下,各桩前土体应力和应变较小,表现为弹性压缩,并且压缩影响区局限于各桩前很小的范围。此时,各桩排前的压缩区不受相邻桩排的影响。若桩头由刚性承台固定,各桩发生相同的侧向位移,由于桩土相互作用相同,得到的荷载-变形或荷载-桩身弯矩关系,对于每个桩是相同的。这与试验观测的性状是相似的(如Mc Vay,1994,1995)。同时,每个桩将分担相同的桩头分配荷载,即P3=P2=P1,其中,P3,P2,P1分别为第三排(后排)、第二排(中间排)和前排桩分配的荷载;(www.xing528.com)

(2)局部塑性滑移：当荷载增大到一定水平时,各桩前土体出现塑性区。然而,各桩的塑性区仍局限于各桩前一定的范围,不受相邻桩排的影响。同样,若桩头固定,各桩发生相同的桩头侧向变形,则各桩的变形和弯矩分布相同,并承担相同的桩头分配荷载(P3=P2=P1);

(3)后排桩的“切割”塑性滑移(cut-off)：当荷载再增大时,各桩前的塑性区不断扩大。此时,由于前排桩的运动而产生临空面(桩与桩后土体出现拉裂区)或桩后土体发生主动破坏,而引起中排桩前塑性滑移区的进一步增大,从而降低中排桩的土体极限抗力。同样的效应,发生于中排桩对后排桩的影响。同时假定中排桩的影响距离不超过群桩排距ss,即中排桩对前排桩的塑性滑移区没有影响。很明显,如果桩头固定,发生相等的侧向位移,前排桩由于极限抗力比中排或后排桩大,而承担较大的桩头分配荷载,而中排桩与后排桩可能不分伯仲(如果不考虑施工效应对二者影响的差别),即P1最大,而P3和P2可能比较接近;

(4)应力重叠：如果荷载再增大到一定水平时,各桩的应力影响距离超过群桩排距ss,则前排桩前土体不仅产生由前排桩引起的应力,也可能由中排或后排桩产生不可忽略的应力,从而引起前排桩土体塑性区的增大或提前发生塑性破坏。从而导致前排桩的极限抗力比独立单桩的极限抗力低。

需要指出的是：①对于砂土或粘聚力很小的黏土,由于地表处土体极限抗力为零或很小,施加荷载后,土体即进入局部滑移阶段,第一阶段可能不会发生;②如果ss/d较小,第四阶段也可能发生在第二或三阶段,从而导致前排桩的土体极限抗力比独立单桩的极限抗力低;③如果ss/d很大(如ss/d≥6),前排桩不影响后排桩的浅层土体破坏区,则第三、四阶段不会发生;④由前述群桩的试验现象表明,由于前排桩表现为单桩特性,第四阶段往往并没有发生,尤其是在工作荷载条件下。