模拟试验证明BombayHigh砂极限抗力与桩性状

Golait&Katti(1988)报道了一个长径比L/d=50的室内模型桩静力(实例5)和循环(实例6)载荷试验。桩和土体的性状见表8-2和表8-3。模型桩为不锈钢钢管,桩外径25.4 mm,截面抗弯刚度EI为1.035 kN·m2,计算得Ep=5.065×104MPa。由于钢管桩的抗拉强度很大,可不考虑桩截面抗弯刚度的结构非线性。

砂土为人工钙质砂,强度、塑性和应力应变关系接近Bombay High海洋钙质砂。该人工砂由40%的海砂,56%的碳酸钙和2.5%的结晶硅酸钠组成。从该人工砂的固结不排水剪的应力应变关系(Golait& Katti,1987),分析得50%极限偏应力对应的杨氏模量E50约为8.8 MPa(σ3=50 kPa),内摩擦角φ约为28°。因此,剪切模量Gs约为3.4 MPa。在1.4 m×1.0 m×2.0 m(高)的模型槽中,砂土的孔隙比为1.0±0.05。取砂土的比重为2.72,含水量为37%(由孔隙比为0.7～1.1时对应的含水量为29%～41%插值得到),计算得浮容重γs=8.45 kN/m3。将Ep和Gs代入式(2-19),得Lcr为14.7d(0.373 m＜L)。

取n=1.7,通过比较实测和计算地面处桩的侧向变形(图8-8),反分析得：α0=0.15 m;对于静力和循环荷载,Ng分别为2.4和1.54。因为该砂土为胶结砂,因此表现出与黏土相似的性质(Guo,2002;Guo&Zhu,2004),即α0大于零。并且静力和循环荷载作用对应的Ng值分别与Kingfish B砂桩的循环载荷试验(实例2)中循环1和最终循环对应的Ng值十分接近。在最大荷载水平时,静力和循环荷载作用对应的塑性滑移深度分别为7.68d和8.32d。在循环荷载作用下发挥的极限抗力约为静力荷载发挥的极限抗力的64%。相应的极限抗力分布如图8-8(b)所示。(www.xing528.com)

图8-8　Bombay High砂中桩的模型试验实测与计算性状比较与LFP

如果将循环1视为静力加载,Kingfish B砂和Bombay high砂的Ng值在静力和循环荷载作用下对应的Ng值相互比较相近。因此,循环荷载作用下的极限抗力约为静力荷载作用下的56%～64%。上述结论与一般砂土中桩的循环特性是相似的(Zhu&Guo,2005)。