多层地基单桩负摩阻力的数值模拟计算(wq)-ppt
桩组负摩阻力的数值模拟
Numerical Modelling of Negative Skin Friction on Pile Groups
Y. K. Chow, C. H. Lim & G. P. Karunaratne
Department of Civil Engineering, National University of Singapore, 10 Kent Ridge Crescent, Singapore 0511 (Received 9 August 1994; revised version received 16 February
Computers and Geofechnics, Vol. 18, No. 3, pp. 201-224, 1996 Copyright 0 1996 Ekvier Science Ltd Printed in Great Britain. All rights reserved 0266-352X/96$1 5.00 + 0.00 0266-352X(95)00029-1 ELSEVIER
Id)
Fig. 1. Pile group subject to negative skin friction: (a) problem considered; (b) consolidation of upper soil les on soil.
201
202
Y. K. Chow et al.
Recognizing the group effects on negative skin friction on piles has led Broms [3], Combarieu [4] and Briaud et al. [5] to suggest empirical methods to determine the distribution of downdrag loads among group piles. These empirical methods are, however, developed based on limited data and do not provide an understanding of the behaviour of pile groups subject to negative skin friction. Poulos and Davis [6] and Kuwabara and Poulos [7] developed a simplified boundary element method to analyse negative skin friction on end-bearing pile groups utilizing Mindlin’s [8] solution in conjunction with the “mirror image” technique. This approach is, however, confined to piles bearing on a rigid stratum such as sound rock. Chin [9] and Chow et al. [LO]extended the method of analysis to the more practical situation in which the piles are socketed into a stiffer compressible stratum by using the fundamental point force solutions of Chan et al. [l I] for a layered soil. These theoretical methods enable the important parameters influencing the downdrag loads on group piles to be studied in a rational and systematic manner. The approach proposed by Chin [9] and Chow et al. [lo] is, however, complicated to implement and the computer program can be time-consuming to run for large pile groups. There is therefore a need to develop simplified methods suitable for routine analysis of negative skin friction on pile groups. In this paper, simplified methods of analysis are examined and the reliability of these methods assessed by comparison with solutions obtained from more rigorous approaches. METHODS OF ANALYSIS The problem considered is a pile group which penetrates a consolidating upper soil layer to socket into a stiffer lower bearing stratum (see Fig. 1). The
单桩承载力验算(计负摩阻力)
单桩承载力验算一、土层分布情况二、单桩竖向承载力特征值桩端持力层为全风化花岗岩，按《建筑桩基技术规范》（JGJ94-2008），中性点深度比l n /l 0=0.75，桩周软弱土层下限深度l 0=28.84m ，则自桩顶算起的中性点深度l n =21.63m 。
根据规范可知，该处承载力特征值只计中性点以下侧阻值及端阻值。
kN l q u A q Q i sik p pk 3976)613021.712(1141600uk =⨯+⨯⨯⨯+⨯⨯=+=∑ππkN Q K R uk a 19883894211=⨯== 三、单桩负摩阻力第一层路堤填土和杂填土自重引起的桩周平均竖向有效应力： 地下水以上部分：Pa k 93.6594.6192111=⨯⨯=σ； 地下水以下部分：Pa k 06.1396.1)1019(2194.61912=⨯-⨯+⨯=σ； 则kPa 20512111=+=σσσ；第二层淤泥自重引起的桩周平均竖向有效应力：kPa 26.182)54.863.21()105.15(216.1)1019(94.6192=-⨯-⨯+⨯-+⨯=σ； ；，故取kPa q kPa kPa q n s n n s 24245.612053.01111=>=⨯==σξ；，故取kPa q kPa kPa q n s n n s 121245.3626.1822.01222=>=⨯==σξ对于单桩基础，不考虑群桩效应则1n =η；基桩下拉荷载：kN l q u Q n i i n si n ng1137))54.863.21(1254.824(10.11=-⨯+⨯⨯⨯⨯==∑=πη 四、单桩分担面积上的荷载kN N 720)2520(44k =+⨯⨯=五、验算N R N Q N a n k 1988k 185********g k =<=+=+故单桩承载力满足要求。
按照摩擦性桩验算：kN l q u A q Q i sik p pk 2752)313021.712(1141600uk =⨯+⨯⨯⨯+⨯⨯=+=∑ππkN Q K R uk a 13762752211=⨯== kN N 720)2520(44k =+⨯⨯=a R N <k故单桩承载力满足要求。
基桩负摩阻力的计算
基桩负摩阻力的计算岩土工程方楹1122090001摘要：分析了摩阻力与轴力的关系、负摩阻力产生的原因以及负摩阻力时桩的影响，论述了不同情况下负摩阻力的计算方法。
关键词：桩负摩擦阻力计算方法Negative Frictional Resistance For Calculation of Foundation Pile Abstract:This paper analyzes the relationship between frictional resistence force and axial force,exerting cause of negative frictional force and its influence pile. The calculation method of negative frictional force under different condition is described.Keywords:pile;negative frietional resistanee force:ealeulation;method1负摩阻力的产生桩在竖直的轴向荷载作用下，桩身横截面产生了轴向内力和位移，由此桩土之间就有了相对位移，于是土对桩侧产生了摩阻力，相应于桩尖的位移，则产生了对桩端的阻力。
通过桩侧摩阻力和桩端阻力，桩将荷载传给土体。
即桩侧总摩阻力和桩端阻力之和等于桩顶轴向荷载。
桩的荷载传递以及桩的位移，体现了桩在轴向荷载作用下的工作性能。
图1(b)为一根进行静载试验的桩，若在桩身中每隔一段距离埋设应力测量元件，当桩顶作用有轴向压力P时，根据量测结果，可画出桩身轴力的分布曲线，如图1(c)所示。
然后找出轴力分布曲线的函数式P(z)，这个曲线和函数P(z)表达了沿桩身深度:处的荷载传递关系，而摩阻力f(z)就是桩侧单位面积上的荷载传递量。
在桩身某一深度z 处取出长度为dz 的一小段桩体，其上下截面和侧面的受力情况如图1(a)所示，设桩的横截面周长为U ，根据该桩体单元体的平衡条件得:0)()()()(=--+z p z dP z P dz z Uf (1) 则dz z dP U z f )(1)(-= （2） 上式表示摩阻力与轴力的基本关系。
多层地基单桩负摩阻力的数值模拟计算
第30卷 第3期 岩 土 工 程 学 报 Vol.30 No.3 2008年 3月 Chinese Journal of Geotechnical Engineering Mar., 2008 多层地基单桩负摩阻力的数值模拟计算赵明华，刘思思(湖南大学岩土工程研究所，湖南 长沙 410082)摘 要：基桩负摩阻力的产生过程，实质上是桩周土沉降与桩身之间能量交互传递的过程。
对桩周沉降土参与桩身能量传递的研究有助于进一步认识负摩阻力的产生机理，提高计算精度。
首先对桩身变形能及所受外力做功进行了讨论并导出理论公式，然后从能量平衡与静力平衡两个角度对桩身单元的应力与应变情况进行分析，列出平衡方程并导出相应的计算公式，接着在考虑地基土的抗剪强度随深度与土性的变化相应呈线性增加的基础上，列出桩身单元能量平衡方程与位移协调方程的矩阵表达式，最后通过将矩阵表达式的联立迭代求解，计算出多层地基土中单桩桩侧摩阻力、桩身轴力及桩身变形。
通过计算工程实例并将该计算结果与实测数据的对比分析，得出计算结果与实测数据基本一致、所建程序能够模拟单桩的负摩阻力工作性状的结论。
关键词：负摩阻力；能量平衡；静力平衡；数值计算中图分类号：TU472 文献标识码：A 文章编号：1000–4548(2008)03–0336–05作者简介：赵明华(1956–)，男，湖南邵阳人，博士，教授，主要从事桩基础及软土地基处理研究。
E-mail: liusi1949@。
Numerical simulation of negative skin friction on singlepile in multiple layer depositsZHAO Ming-hua, LIU Si-si(Institute of Geotechnical Engineering, Hunan University, Changsha 410082, China)Abstract: The process of producing negative skin friction (NSF) is the energy transformation between the soil mass and piles, and researches on it can help to obtain further understanding of the NSF principles and to promote calculation accuracy.First, the deformation energy of piles as well as the external forces acting on them was discussed, and theoretical formulas were also deduced. Then, from the two aspects of energy balance and static equilibrium, the stress and strain of piles were analyzed, through which equilibriums equations were listed and related formulas were deduced. Next, considering that the shear strength of soil increased linearly with the depth, matrix expressions of energy balance and displacement coordination of pile element were given. Finally, by means of establishing linear simultaneous equation and getting iterative solutions, the NSF on single pile in multiple layer deposits, the axial forces and displacement of piles were calculated. Through programming an engineering example and comparing its results with in-situ data, conclusions were drawn: the calculated results were well agreed with in-situ data and the established program could simulate characters of the NSF on single pile.Key words: negative skin friction; energy balance; static equilibrium; numerical calculation0 引 言当桩周地基土因某种原因产生的沉降量大于桩身沉降时，土与桩侧表面将出现向下的负摩阻力[1]。
双层土中单桩负摩阻力分布规律分析
双层土中单桩负摩阻力分布规律分析自太沙基和佩克提出“负摩擦力”这一概念以来，国内外研究人员在研究桩基负摩阻力方面进行了大量的工作。
目前，国内外关于负摩阻力的研究主要集中在现场测试[1-3]、室内模型试验[4]和经验公式等方面[5-8]。
负摩阻力是个复杂的问题，其与土力学诸多领域的理论问题都有关联。
目前的研究大多数基于土是均质的假设[9]，在实际工程中，地基土常是分层的，所以考虑分层是比较合理的，不过考虑过多分层对计算无疑是很复杂的，本文在计算中将土基分为2层考虑，基于桩的荷载传递函数概念，考虑桩间土在弹性和弹塑性阶段的情况，建立单桩负摩阻力的传递机理力学模型并进行计算分析。
1 模型的假设桩侧摩阻力与桩上相对位移的关系可用佐藤悟双折线模型描述。
传递函数法将桩视为由许多弹性单元组成，每一单元与土体间用非线形弹簧相联系，以模拟桩土间的荷载传递关系，桩尖用线性或非线性弹簧表示，见图1a)[10]，其中Nx为轴力，kN。
桩侧非线性弹簧的应力-应变关系可表示为桩侧摩阻力与桩土相对位移的关系，一般称为传递函数。
为了获得单桩负摩阻力模型，对模型进行简化。
1) 堆载引起的地层沉降是一维的，且按双折线分布，见图1b)。
图中v0为地面沉降，vh为上层土与下层土的分界面沉降，vl为土层底面沉降；m1为上层土的沉降分布斜率，m2为下层土的沉降分布斜率。
(1)(2)2) 假定传递函数是线弹性全塑性关系，见图1c)、1d)。
图中fx为单位深度土所提供的摩阻力，kN/mm；zx为桩土相对位移，mm；zu1为上层桩周土的弹性极限变形值；k1为上层土桩周单位深度土的刚度系数，kN/mm；zu2为下层桩周土的弹性极限变形值；k2为下层土桩周单位深度土的刚度系数，kN/mm。
当桩土相对位移zx大于或等于其极限值zu时，桩周单位深度土所提供的摩阻力为常数fu。
3) 假定桩尖处所提供的反力呈线形变化，见图1e)。
图中Rl为桩尖反力，kN；zx为桩尖贯入桩底的位移，mm；k3为桩尖反力刚度，kN/mm。
负摩阻力的计算
结下沉时；5）冻土融化下沉时；6）桩周存在欠固结软粘土或新近填土在自重作用下产生新固结时；7
）深基坑开挖，导致土体应力释放而产生释放变形，坑周土体的下沉趋势对相邻建筑物桩基可能产生
负摩阻力；8）相邻建筑物自重悬殊引起附加沉陷。
计算尤为复杂。负摩阻力产生条件：1）桩穿越较厚松散填土、自重湿陷性黄土、欠固结土、欠压密的
软粘土或液化土层进入相对较硬土层（硬粘性土、中密以上砂土、卵石层或岩层）时；2）桩周存在软
弱土层，邻近桩侧地面承受局部较大的长期荷载，或地面大面积堆载（包括填土），使桩周土压缩固
结下沉时；3）由于地下水位降低（例如无节制地抽取地下水、工程施工疏排水等）桩身沉降量的下沉时，作用于桩身的向下的摩阻力。可能的影响
表现：当持力层刚硬时，造成桩身压曲或断裂，需验算桩身承载力；当持力层可压缩时，造成桩端地
基屈服或破坏以及不均匀沉降引起上部结构的功能性受损（裂缝等），需验算土承载力与沉降指标。
由于桩、土性质的复杂性、荷载及施工条件的多变性以及桩土相互作用的复杂性等影响，负摩阻力的
桩基负摩擦力(方案).ppt
4.桩基础
2. 产生负摩阻力的原因 桩周有较大的堆载，引起桩周土的固结； 桩穿过欠固结的软粘土或新填土进入硬持
力层，土层产生自重固结下沉； 软粘土地区，地下水下降或深基坑开挖降水等
引起桩周土下沉； 黄土中的桩，地基土湿陷作用引起桩周土下沉； 砂土液化和冻土融化。
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4.桩基础
i
层土平均竖向有效应力；
桩群外围桩自地面算起，桩群内部桩自承台底算起；
—桩周第i 层土平均竖向有效应力；
i i m
—分别为第i 计算土层和其上第m 土层的重度， 地下水位以下取浮重度； —第i 层土、第m层土的厚度；
zi —z地m 面均布荷载。
p
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4.桩基础
表5.4.4-1
土类 饱和软土 黏性土、粉土
n
Qgn n u qsnili i 1
n
sax
say
/
d
qsn
m
d 4
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4.桩基础
式中 n —中性点以上土层数；
li —中性点以上第 i 土层的厚度；
n —负摩阻力群桩效应系数； sax 、 say —分别为纵横向桩的中心距；
qsn — o 以上桩周土厚度加权平均负摩阻力标准值； m — o 以上桩周土层厚度加权平均重度。
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4.桩基础
桩周土沉降可能引起桩侧负摩阻力时，应根据 工程具体情况考虑负摩阻力对桩基承载力和沉降的 影响；当缺乏可参照的工程经验时，可按下列规定 验算：
对于摩擦型基桩可取桩身计算中性点以上侧阻力 为零，并可按下式验算基桩承载力：
Nk Ra
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4.桩基础
对于端承型基桩除应满足上式要求外，尚应考虑
桩基础负摩阻计算
桩直径 D 桩面积 A 桩周长 u 地面超载 p 地下水标 高
0.5 m 0.196 m2 1.571 m
5.00 kpa -1.80 m
钻孔 编号
土层
1 填土
2 淤泥质粉质粘土
中性点
层顶标高
厚度(m)
正摩阻力标准 值(Kpa)
2.05 -1.95
4.00 21.30
0.00 7.00
ζn 0.15~0.25 0.25~0.40 0.35~0.50 0.20~0.35
中性点深度ln
表5.4.4-2
持力层性质 黏性土、粉土 中密以上砂 砾石、卵石
中性点深度比 ln/l0
0.5~0.6
0.7~0.8
0.9
基岩 1
中性点深度ln应按桩周 土层沉降与桩沉降相等 的条件计算确定，也可 参照表5.4.4-2 确定。
中性 点深 度由 《建 筑桩 基技 术规 范》 (JGJ9 42008) 表 5.4.4 -2确 定。
本表 格考 虑地 面超 载和 地下 水共 同作 用下 的负 摩阻 力。
负摩阻力系数ζn
表5.4.4-1 土类
饱和软土
黏性土、粉土 砂土
自重湿陷性黄土
注：1、在同一类土 中，对于挤土桩，取表 中较大值 对于非挤土桩，取表中 较小值 2、填土按其组成取表 中同类土的较大值
注： 1 、ln 、l0 — —分别为自桩顶算起的 中性点深度和桩周软弱 土层下限深度； 2、 桩穿过自重湿陷性 黄土层时，ln 可按表 列值增大10％（持力层 为基岩除外）；
3 、当桩周土层固结与 桩基固结沉降同时完成 时，取ln= 0 ； 4 、当桩周土层计算沉 降量小于20mm 时，ln 应按表列值乘以 0.4~0.8 折减。
单桩承载力验算(计负摩阻力)
单桩承载力验算一、土层分布情况二、单桩竖向承载力特征值桩端持力层为全风化花岗岩，按《建筑桩基技术规范》（JGJ94-2008），中性点深度比l n /l 0=0.75，桩周软弱土层下限深度l 0=28.84m ，则自桩顶算起的中性点深度l n =21.63m 。
根据规范可知，该处承载力特征值只计中性点以下侧阻值及端阻值。
kN l q u A q Q i sik p pk 3976)613021.712(1141600uk =⨯+⨯⨯⨯+⨯⨯=+=∑ππkN Q K R uk a 19883894211=⨯== 三、单桩负摩阻力第一层路堤填土和杂填土自重引起的桩周平均竖向有效应力： 地下水以上部分：Pa k 93.6594.6192111=⨯⨯=σ； 地下水以下部分：Pa k 06.1396.1)1019(2194.61912=⨯-⨯+⨯=σ； 则kPa 20512111=+=σσσ；第二层淤泥自重引起的桩周平均竖向有效应力：kPa 26.182)54.863.21()105.15(216.1)1019(94.6192=-⨯-⨯+⨯-+⨯=σ； ；，故取kPa q kPa kPa q n s n n s 24245.612053.01111=>=⨯==σξ；，故取kPa q kPa kPa q n s n n s 121245.3626.1822.01222=>=⨯==σξ对于单桩基础，不考虑群桩效应则1n =η；基桩下拉荷载：kN l q u Q n i i n si n ng1137))54.863.21(1254.824(10.11=-⨯+⨯⨯⨯⨯==∑=πη 四、单桩分担面积上的荷载kN N 720)2520(44k =+⨯⨯=五、验算N R N Q N a n k 1988k 185********g k =<=+=+故单桩承载力满足要求。
按照摩擦性桩验算：kN l q u A q Q i sik p pk 2752)313021.712(1141600uk =⨯+⨯⨯⨯+⨯⨯=+=∑ππkN Q K R uk a 13762752211=⨯== kN N 720)2520(44k =+⨯⨯=a R N <k故单桩承载力满足要求。
桩基负摩擦力PPT课件
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【例题】某端承灌注桩桩径1.0m，桩长22m，桩周土性 参数如图所示，地面大面积堆载 p=60kPa，桩周沉降变 形土层下限深度 20m，试按桩基规范计算下拉荷载标 准值（已知中性点深度 Ln / L0=0.8，粘土负摩阻力系数 取0.3，粉质粘土负摩阻力系数取0.4，负摩阻力群桩效
负摩阻力引起基桩的下拉荷载
Q
n g
，并可按下式验
算基桩承载力：
Nk Qgn Ra
注：本条中基桩的竖向承载力特征值 R a 只计
中性点以下部分侧阻值及端阻值。 当土层不均匀或建筑物对不均匀沉降较敏感时， 尚应将负摩阻力引起的下拉荷载计入附加荷载验算 桩基沉降。
.
11
4.桩基础
1. 5. 负摩阻力的计算 根据大量工程实践和试验表明，贝伦提出的 “有
中性点深度比
0.5~0.6
0.7~0.8
0.9
ln / l0
基岩 1.0
注：1 ln , l0 分别为自桩顶算起的中性点深度和桩周软弱土层下限深度；
2 桩穿过自重湿陷性黄土层时，ln 可按表列值增大10％（持力层为基岩除外）；
3 当桩周土层固结与桩基固结沉降同时完成时，取 ln= 0
、
4 当桩周土层计算沉降量小于 20mm 时，ln 应按表列值乘以 0.4~0.8 折减。
桩群外围桩自地面算起，桩群内部桩自承台底算起；
—桩周第i 层土平均竖向有效应力；
i
—分别为第i 计算土层和其上第m 土层的重度，
i m 地下水位以下取浮重度；
—第i 层土、第m层土的厚度；
z i —zm地面均布荷载。
p
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4.桩基础
表5.4.4-1