土体极限抗力与地基反力模量分析

地基反力模量k是采用弹性地基梁法分析侧向受荷桩的重要参数,也是弹塑性(p-y曲线法)分析方法中,荷载水平较低条件下或深层土体性状分析的重要参数。根据第2章的分析,k值可以采用式(2-35)、式(2-45)或式(2-48)进行理论计算。当采用式(2-45)或式(2-48)进行计算时,应除以系数约1.3,其中对于土体,剪切模量Gs和泊松比νs可取10d(土体)深度内的平均值;对于岩石,可取6d深度内的平均值。k值随桩土相对刚度的增长而不断降低,但降低的幅度逐渐减小,最后趋于常数。因此,对于相对柔性桩,k值较大;对于相对刚性桩,k值较低。

侧向受荷桩的弹性解答相对比较完善,各种弹性解之间的差别不是太大(Poulos,1982),然而很难准确预测桩的实际性状(往往通过增加或降低地基反力模量能够拟合桩头变形,但很难同时准确预测桩的最大弯矩及其发生深度),因为侧向受荷桩一般在较小的荷载水平条件下浅层土体就会发生屈服甚至破坏(Poulos,1971a;Guo,2002),并且发生屈服或破坏的浅层土体,如(2～7)d,往往控制着侧向受荷桩的性状。

对于浅层土体的极限抗力,可以采用由三个参数(Ng,α0和n)确定的统一极限抗力分布模式进行描述。统一极限抗力分布模式不仅能够包括现有的所有极限抗力分布模式,而且通过确定合适的Ng,α0和n的组合值能够反映特定土体(或岩石)、桩基和荷载条件下(如分层土体、循环荷载作用下桩土间隙形成、群桩效应等)的实际土体极限抗力分布。

侧向受荷桩可视为沿深度方向上连续的“单元”锚锭板组成的杆系结构。根据锚锭板极限拉拔力的试验研究和理论分析,对于砂土中的侧向受荷桩,α0=0和n=1.7;对于黏土中的侧向受荷桩,α0=0～0.4和n=0.36～1.0,可初步选取α0=0.2和n=0.7。对于桩的施工效应(如砂土的振密、黏土的扰动)、“单元”锚锭板之间的相互影响,可通过选取合适的Ng得到体现。(www.xing528.com)

在确定了地基反力模量k和土体的极限抗力分布后,对于桩头自由或低承台桩头完全固定的侧向受荷桩,可采用基于理想弹塑性p-y曲线和统一极限抗力分布模式的理论封闭解和程序GASLFP(Guo,2002,2004)进行分析。采用基于理想弹塑性p-y曲线和统一极限抗力分布模式的差分方程统一解答和程序FDLLP,则可以分析任何条件下(包括桩头自由、低承台桩头完全固定、高承台桩头完全固定、桩头部分固定以及存在分布荷载等)的侧向受荷桩性状。

与采用复杂p-y曲线模型的分析方法进行对比分析表明,桩基性状主要受极限抗力分布模式控制,而不是弹性地基反力模量和荷载传递模型中的弹塑性过渡区。因此,对于侧向受荷桩的分析,关键在于准确确定浅层土体的极限抗力分布,而不是构筑复杂的p-y曲线模型。