超长桩基础有限元强度折减极限荷载判定方法
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压缩 、 膨 胀 形 成 了桩 土 相 互 作 用 过 程 ． 当桩 顶 荷 载 接 近极 限荷 载 时 ， 荷 载 增 量 作 用 下 桩 端 的 地 基 承 载 力 得 到 比较 充 分 的 发 挥 ， 桩 端下地 基 出现塑性 变形 ， 但
统 难于 满足 等 因素影 响 ， 高 承载 力 、 超长桩 基 础 的极
限荷载 判定 面临 较大 困难 ． 一 段 时 间 以来 ， 国 内 外 的
研 究者 尝试 使用 数 值 方法 研 究 桩 基 础 的相 关 问题 ，
主要 使 用 荷 载 增 量 开 展 桩 一 土 相互 作 用 、 荷 载 传 递 领
域 的研 究 ， 解决 了部分 桩基 础力 学特 性 问题 ［ １ ］ ， 但
载判定标准 ， 确保极 限荷载判 定值 的客观 性． 本 文将强
度 折 减 法 应 用 于超 长桩 基 础 极 限 荷 载 判 定 ．
１ 超 长 桩 基 础 的承 载 机 理 与 强 度 折 减 极 限分 析 理 论
１ ． １ 超 长 桩 基 础 的 承 载 机 理
台阶型变 化 的原 因．
摘
要： 超长桩基础是土木工程领域重要的基础形式 ， 具 有 高承 载 、 超 长桩 长 的特 点 ， 其 极 限 荷 载 判 定 的 费 用 高、 耗
时长、 困难 大 ． 采 用 了静 栽 荷 试 验 的 堆 载 法 、 自平 衡 法 、 有 限 元 荷 载 增 量 法 和 有 限 元 强 度 折 减 法 对 某超 长 桩 基 础 的 极 限荷 载 判 定进 行 研 究 ， 分 析 了极 限 荷 载 下 桩 顶 位 移 和 桩 端 端 阻 力 的 变化 情 况． 研 究表 明 ： 有 限元 强 度 折 减 极 限 分 析 方 法较 适 用 于超 长桩 基 础 极 限荷 载判 定 ， 所 采 用 的屈 服 准 则 、 判 定 条 件 适 用 于 超 长桩 基 础 的 极 限分 析 ， 计 算 结 果 反 映 了超 长桩 基 础 极 限承 载特 征 ， 可 以为 桩 基 础 的初 步 设 计 阶段 和 载 荷 试 验 设 计提 供 必要 参 数 ．
长轴 方 向发生 压缩 ， 在径 向发生 膨胀 ， 激 活 附 近 的 岩
土材 料 阻力 ， 导 致 桩周 地 基 对 桩体 产 生 向 上 的剪 移 摩 阻力 ； 桩 顶荷 载 的逐渐 增加 ， 使 得桩 体压 缩逐渐 向 深部 传递 ， 逐步 激 活深部 的桩周 地基 阻力 ， 这种桩 体
（ １ ． 中 台沈勘 工 程技 术 有 限 公 司 ， 辽宁 沈阳 １ １ ０ ０ １ ６ ； ２ ． 辽 宁 工程 技 术 大 学 土 木 与 交 通 学 院 ， 辽 宁 阜新 １ ２ ３ ０ ０ ０ ３ ． 后 勤 工程 学 院 建 筑 工程 系 ， 重庆 ４ ０ ０ ０ ４ １ ）
２ ０ １ ７ 年６ 月
Ｊ ｕ ｎ ． ２ Ｏ １ ７
文章编号 ： ０ ２ ５ ３ — ２ ３ ２ ８ （ ２ ０ １ ７ ） ０ ２ — ０ １ ５ ３ — ０ ５
超长 桩基 础 有 限 元强 度 折 减 极 限 荷 载 判 定 方法
辛利 伍 ，董 天 文 ，宋晨 光 ，郑 颖人 。
此外 ， 若在 桩长 范 围内 出现承 载力较差 、 压缩 模 量较 低 的地层 ， 桩体 侧 向膨胀将 会 陡增 ， 桩 体将会 向
桩周 地基 形成 斜 向压力 ， 因此 ， 桩 侧 阻 力 不 再 是 剪 移 摩 阻力 ， 部分 为桩周 地基 作用 于膨胀 体 的正应力 ． 这 也 是 部 分 超 长 桩 荷 载 位 移 曲线 在 屈 服 荷 载 附 近 出 现
第３ ８ 卷 第２ 期
Ｖｏ ｌ ＿ ３ ８ ＮＯ ． ２
宁夏 大 学 学报 （ 自然 科 学版 ）
Ｊ ｏ ｕ ｒ ｎ ａ ｌ ｏ ｆ Ｎｉ ｎ ｇ ｘ ｉ ａ Ｕｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ （ Ｎａ ｔ ｕ ｒ ａ ｌ Ｓ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｅ Ｅｄ ｉ ｔ ｉ ｏ ｎ ）
１ ． ２ 超 长 桩 基 础 强 度 折 减 极 限 分 析 方 法
根示 为 侧 阻 力 和端 阻 力 ］ ， 考 虑到 土基 中桩 基础 承 载力 的 主要影 响 因素是桩 体 的桩型 参数 和岩土 材料
在 桩 顶压 力 和 桩 身反 力 作 用下 ， 超 长 桩 桩 体在
破坏 ．
静 载荷试验 过程 ， 并沿 用传统 的桩基础 极限荷 载判定
条件 ． 该 方法 受 岩 土 材 料 本 构 关 系 、 土体 网格变 形 、 桩 土 界 面 ］ 的影 响 较 大 ， 难 以应 用 于 工 程桩 极 限荷 载 判 定， 因此 ， 亟 需 提 出适 应 于 桩 基 础 有 限 元 分 析 的极 限 荷
关键词 ： 超长桩 ； 有 限元 ； 强度折减法 ； 栽荷 实 验 ； 极 限荷 栽 分 类 号 ：（ 中图） ＴＵ４ ３； Ｏ３ ４ ４ 文 献标 志 码 ： Ａ
随着经 济社 会 的快 速 发 展 ， 作 为 主 要 基 础 形 式 的桩基 础工 程 已经呈 现 出大直径 、 超 长 的发展 趋势 ， 但 受到 单桩 极 限荷 载较 大 、 现 有 静 载 荷 实 验 反 力 系
缺 少适 用 于工程 桩基 础极 限荷 载 的判定方 法 ． 荷 载 增 量 方 法计 算 桩 基 础 极 限荷 载是 模 拟 桩 基 础
受 到桩端 地基 以上 土 体 自重 和桩 侧 阻力 的影 响 ， 桩
端地 基 塑性流 动被 有效 限制． 此时， 桩 端 地 基 发 生 硬
化 的程度 较 一 般 桩 长 桩 基 础 的桩 端 地 基 硬 化 程 度 低， 桩基 础 破 坏 时 桩 顶 荷 载 位 移 曲线 出 现 缓 变 形
统 难于 满足 等 因素影 响 ， 高 承载 力 、 超长桩 基 础 的极
限荷载 判定 面临 较大 困难 ． 一 段 时 间 以来 ， 国 内 外 的
研 究者 尝试 使用 数 值 方法 研 究 桩 基 础 的相 关 问题 ，
主要 使 用 荷 载 增 量 开 展 桩 一 土 相互 作 用 、 荷 载 传 递 领
域 的研 究 ， 解决 了部分 桩基 础力 学特 性 问题 ［ １ ］ ， 但
载判定标准 ， 确保极 限荷载判 定值 的客观 性． 本 文将强
度 折 减 法 应 用 于超 长桩 基 础 极 限 荷 载 判 定 ．
１ 超 长 桩 基 础 的承 载 机 理 与 强 度 折 减 极 限分 析 理 论
１ ． １ 超 长 桩 基 础 的 承 载 机 理
台阶型变 化 的原 因．
摘
要： 超长桩基础是土木工程领域重要的基础形式 ， 具 有 高承 载 、 超 长桩 长 的特 点 ， 其 极 限 荷 载 判 定 的 费 用 高、 耗
时长、 困难 大 ． 采 用 了静 栽 荷 试 验 的 堆 载 法 、 自平 衡 法 、 有 限 元 荷 载 增 量 法 和 有 限 元 强 度 折 减 法 对 某超 长 桩 基 础 的 极 限荷 载 判 定进 行 研 究 ， 分 析 了极 限 荷 载 下 桩 顶 位 移 和 桩 端 端 阻 力 的 变化 情 况． 研 究表 明 ： 有 限元 强 度 折 减 极 限 分 析 方 法较 适 用 于超 长桩 基 础 极 限荷 载判 定 ， 所 采 用 的屈 服 准 则 、 判 定 条 件 适 用 于 超 长桩 基 础 的 极 限分 析 ， 计 算 结 果 反 映 了超 长桩 基 础 极 限承 载特 征 ， 可 以为 桩 基 础 的初 步 设 计 阶段 和 载 荷 试 验 设 计提 供 必要 参 数 ．
长轴 方 向发生 压缩 ， 在径 向发生 膨胀 ， 激 活 附 近 的 岩
土材 料 阻力 ， 导 致 桩周 地 基 对 桩体 产 生 向 上 的剪 移 摩 阻力 ； 桩 顶荷 载 的逐渐 增加 ， 使 得桩 体压 缩逐渐 向 深部 传递 ， 逐步 激 活深部 的桩周 地基 阻力 ， 这种桩 体
（ １ ． 中 台沈勘 工 程技 术 有 限 公 司 ， 辽宁 沈阳 １ １ ０ ０ １ ６ ； ２ ． 辽 宁 工程 技 术 大 学 土 木 与 交 通 学 院 ， 辽 宁 阜新 １ ２ ３ ０ ０ ０ ３ ． 后 勤 工程 学 院 建 筑 工程 系 ， 重庆 ４ ０ ０ ０ ４ １ ）
２ ０ １ ７ 年６ 月
Ｊ ｕ ｎ ． ２ Ｏ １ ７
文章编号 ： ０ ２ ５ ３ — ２ ３ ２ ８ （ ２ ０ １ ７ ） ０ ２ — ０ １ ５ ３ — ０ ５
超长 桩基 础 有 限 元强 度 折 减 极 限 荷 载 判 定 方法
辛利 伍 ，董 天 文 ，宋晨 光 ，郑 颖人 。
此外 ， 若在 桩长 范 围内 出现承 载力较差 、 压缩 模 量较 低 的地层 ， 桩体 侧 向膨胀将 会 陡增 ， 桩 体将会 向
桩周 地基 形成 斜 向压力 ， 因此 ， 桩 侧 阻 力 不 再 是 剪 移 摩 阻力 ， 部分 为桩周 地基 作用 于膨胀 体 的正应力 ． 这 也 是 部 分 超 长 桩 荷 载 位 移 曲线 在 屈 服 荷 载 附 近 出 现
第３ ８ 卷 第２ 期
Ｖｏ ｌ ＿ ３ ８ ＮＯ ． ２
宁夏 大 学 学报 （ 自然 科 学版 ）
Ｊ ｏ ｕ ｒ ｎ ａ ｌ ｏ ｆ Ｎｉ ｎ ｇ ｘ ｉ ａ Ｕｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ （ Ｎａ ｔ ｕ ｒ ａ ｌ Ｓ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｅ Ｅｄ ｉ ｔ ｉ ｏ ｎ ）
１ ． ２ 超 长 桩 基 础 强 度 折 减 极 限 分 析 方 法
根示 为 侧 阻 力 和端 阻 力 ］ ， 考 虑到 土基 中桩 基础 承 载力 的 主要影 响 因素是桩 体 的桩型 参数 和岩土 材料
在 桩 顶压 力 和 桩 身反 力 作 用下 ， 超 长 桩 桩 体在
破坏 ．
静 载荷试验 过程 ， 并沿 用传统 的桩基础 极限荷 载判定
条件 ． 该 方法 受 岩 土 材 料 本 构 关 系 、 土体 网格变 形 、 桩 土 界 面 ］ 的影 响 较 大 ， 难 以应 用 于 工 程桩 极 限荷 载 判 定， 因此 ， 亟 需 提 出适 应 于 桩 基 础 有 限 元 分 析 的极 限 荷
关键词 ： 超长桩 ； 有 限元 ； 强度折减法 ； 栽荷 实 验 ； 极 限荷 栽 分 类 号 ：（ 中图） ＴＵ４ ３； Ｏ３ ４ ４ 文 献标 志 码 ： Ａ
随着经 济社 会 的快 速 发 展 ， 作 为 主 要 基 础 形 式 的桩基 础工 程 已经呈 现 出大直径 、 超 长 的发展 趋势 ， 但 受到 单桩 极 限荷 载较 大 、 现 有 静 载 荷 实 验 反 力 系
缺 少适 用 于工程 桩基 础极 限荷 载 的判定方 法 ． 荷 载 增 量 方 法计 算 桩 基 础 极 限荷 载是 模 拟 桩 基 础
受 到桩端 地基 以上 土 体 自重 和桩 侧 阻力 的影 响 ， 桩
端地 基 塑性流 动被 有效 限制． 此时， 桩 端 地 基 发 生 硬
化 的程度 较 一 般 桩 长 桩 基 础 的桩 端 地 基 硬 化 程 度 低， 桩基 础 破 坏 时 桩 顶 荷 载 位 移 曲线 出 现 缓 变 形