桩土界面荷载传递模型的改进及其数值实现
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更为合理地模拟桩土共 同作用 。
关键词 ： 土界面 ； 荷载传递 ； 双曲线模 型 ； 数值模拟 桩
中图分类号 ： Ｕ ７ ． Ｔ ４ ３１ 文献标识码 ： Ａ 文 章编号 ：６ ２７ ３ （ ００ ０ －０ ４０ １７ —０ ７ ２ １ ） １ ８ － ０ ５
桩土相 互 作用 问题是 岩土 工程 领域 的一个 十 分重 要 的问题 ， 土 界 面 的荷 载 传 递模 型对 于 预 桩
蒲诃夫， 郑俊杰， 章荣军
（ 中科 技大学 华 土木 工程 与力学学院 ， 湖北 武汉 ４ ０７ ） ３ ０４
摘
要： 目前 ， 在数值模拟 中 ， 桩土界面的刚度缺乏简便可靠 的确定方法 。针对这一 问题 ， 文提 出了桩土界 面 本
改进 双曲线模型 ， 该模型中初 始刚度由极限剪应 力和极限相对位移 的比值来确定 ， 可考 虑桩 土相 对滑移和土体 深度效应 的影 响 ， 以有限差分软件 Ｆ Ａ 为平台 ， 并 Ｌ Ｃ。 利用其 内嵌 的 ＦＳ ＩＨ汇编语 言编 程 ， 将改进 双 曲线模型应 用到 Ｆ Ａ 如的桩土 相互作用 的模 型中。最后 ， ＬＣ 通过实例验证 ， 本文方法的计算值 、 Ｌ Ｃ 将 Ｆ Ａ 如内嵌理 想弹塑性模 型 的计算值与相关文献 中的结果进行对 比。结果表明 ： 文提出的改进双 曲线模型及数值实现是合理 的 ， 本 能够
工 作 范 围不 同就 应 该选 取 不 同 的初 始 值 ， 这样 才
能 在应 用理 想 弹塑性模 型来 表达 桩 土界 面特性时
的荷 载传递 模 型是 分 析 桩 的承 载力 、 降及 变 形 沉 等方 面问题 的关键 所 在 。２ ０世纪 ５ ０年代 Ｓｅ ｅｄ和 Ｒ ｅｅ 等 人提 出 了基 于荷 载 传 递 法 的双 曲线 模 ｅｓ…
想弹塑 性模 型 ， 样 的处 理 方法 虽 然 使 得 软 件 的 这
利用 Ｆ Ａ 软件 内嵌 的 ＦＳ Ｌ Ｃ。 ＩＨ语言进行
桩 土界 面荷 载传 递模 型 的二 次 开 发 ， 用 双 曲线 采 模 型 代替 Ｆ Ａ 如软件 内嵌 的理 想 弹 塑性 模 型 ， ＬＣ 并
将 Ａｏ ｓ ｌ 所 提 出的确定 桩 土界 面 的初 始剪 切刚 ｌ ｏ８ ｎ
型来分析桩土界 面荷载传递 ， 取得 了很好的计算
结 果 ； 来 ， ｅｄ 提 出 了 以指 数 函 数作 为荷 载 后 Ｋ ｚｉ 传 递 模 型 的 方 法 ， 刚 性 桩 进 行 了 分 析 ；Ｖ— 对 ｉ
ｊ ｖｒｉ 提 出了抛 物 线 形 式 的 荷 载传 递 函数 ， ａ ｅｇｙ ｙ ａ 考 虑 了 桩 周 土 体 在 受 荷 过 程 中 的非 线 性 ； 公 辛
测桩 的承载 变形 性状 有着 重要 的影 响 。合 理准 确
度， 降低了模拟结果 的可信度。以有 限差分软件 Ｆ Ａ 为例 ，Ｌ Ｃ。 Ｌ Ｃ。 Ｆ Ａ 。采用 的是理 想 弹塑 性模 型来 模拟桩土界面的相互作用问题 ， 这样 的处理有三 个 明显的缺陷： 第一 ， 桩土界面耦合弹簧的刚度值 没有一个合理的确定依 据 ， 软件使用者一般都是 首先采用一个估计值 ， 然后根据计算结果 的准确 度 再不 断地 调整 ， 样 的方 法具 有 很 大 的主 观性 这 和随意性 ， 计算 出的结果往往不可靠 ； 再者 ， 荷载
第２ ７卷第 １ 期 ２１ ０ ０年 ３月
华
中
科
技
大
学
学
报 （ 市科学版 ） 城
பைடு நூலகம்
Ｖ １２ ． ｏ ． ７ Ｎｏ １
Ｍａ＂ ０ ０ ／２ １ ．
Ｊ ｆＨ Ｓ ．（ ｒａ ｃ ｎｅＥ ｉｏ ） ．ｏ Ｕ Ｔ Ｕ ｂｎＳ ｉ ｃ ｄｔｎ ｅ ｉ
桩 土界 面 荷载 传 递 模 型 的 改进 及 其 数值 实 现
土 界 面的相 互 作 用 特性 。 第三 ， 合 弹簧 的刚度 耦 值 ｋ的确 定一 般都 忽略 了深度 效应 的影 响 。 为 克 服 上 述 缺 陷 ， 文 基 于 有 限 差 分 软 件 本
Ｆ ＬＡＣ如
，
组 提出了可考虑桩 土软化 的桩侧传递 函数 的
统 一三 折线 模 型 。 上述 这些 荷 载传 递模 型在 桩土相 互作 用分 析 方 面都具 有 较好 的适 用 性 和 准确 性 ， 目前 常 见 但 的数值 分 析软 件为 了分 析 的方便 都没 有采 用这 些 形式 的荷 载传 递模 型 ， 是 采用 了更 加 简 便 的 理 而
取 得较 好 的计算 结果 。对 于 已知 荷载 工作 范围 的
锋 等人对 双 曲线 模 型 进行 修 正 和 扩充 ， 出 了 提 既 能考虑 侧 阻软化 又 能考虑 侧 阻硬 化 的广义 双 曲 线模 型 ； 龙 珠 采 用 双 折 线 硬 化 模 型 ， 析 了 陈 分
模拟而言 ， 通过选取适 当的 ｋ 值虽然也能够取得 较好的计算结果 ， 但对于不知道荷载工作范围的 情况而言 ， 值 的确定就 只能靠 经验来 猜测 了。 ｋ 第 二 ， 合 弹簧 的刚度 值 ｋ在 给 定 之后 就 一直 不 耦 变了 ， 而事实 上 ， 桩土 界面 的应力 一应 变关 系是非
线性的， 因此 理 想弹 塑 性 模 型 不能 真 实 地 反 映桩
桩周和桩端土特性参数对 荷载 一沉降曲线 的影 响。陈明中－用三折线模型作为传递函数 ， 析 ６ 分
了土体 强 度随 深度 增 加 的特 性 ， 导 出了单 桩 的 推 荷载 一沉 降 关 系 的 近 似 解 析 解 。 张 忠 苗 课 题
度 的方法应用到 Ｆ Ａ 如中， ＬＣ 将两种模型下所计算 出的结果与文献［ ］ ９ 中的结果进行对比分析。
使用者操作起来更 加简单 ， 但却牺牲 了模拟的精
收 稿 日期 ： ０ ９１ －０ ２ ０ —１２
作者简介 ： 蒲诃夫 （１８ －） ９ ５ ，男 ，四川什邡人 ，硕 士研究生 ，研究方 向为岩土工程 ，ｈｆｐ２ ８ ｍ ｉ ｃｒ。 ｅｔ０ ０ ＠ｇ ａｌ ｏ － ． ｎ
关键词 ： 土界面 ； 荷载传递 ； 双曲线模 型 ； 数值模拟 桩
中图分类号 ： Ｕ ７ ． Ｔ ４ ３１ 文献标识码 ： Ａ 文 章编号 ：６ ２７ ３ （ ００ ０ －０ ４０ １７ —０ ７ ２ １ ） １ ８ － ０ ５
桩土相 互 作用 问题是 岩土 工程 领域 的一个 十 分重 要 的问题 ， 土 界 面 的荷 载 传 递模 型对 于 预 桩
蒲诃夫， 郑俊杰， 章荣军
（ 中科 技大学 华 土木 工程 与力学学院 ， 湖北 武汉 ４ ０７ ） ３ ０４
摘
要： 目前 ， 在数值模拟 中 ， 桩土界面的刚度缺乏简便可靠 的确定方法 。针对这一 问题 ， 文提 出了桩土界 面 本
改进 双曲线模型 ， 该模型中初 始刚度由极限剪应 力和极限相对位移 的比值来确定 ， 可考 虑桩 土相 对滑移和土体 深度效应 的影 响 ， 以有限差分软件 Ｆ Ａ 为平台 ， 并 Ｌ Ｃ。 利用其 内嵌 的 ＦＳ ＩＨ汇编语 言编 程 ， 将改进 双 曲线模型应 用到 Ｆ Ａ 如的桩土 相互作用 的模 型中。最后 ， ＬＣ 通过实例验证 ， 本文方法的计算值 、 Ｌ Ｃ 将 Ｆ Ａ 如内嵌理 想弹塑性模 型 的计算值与相关文献 中的结果进行对 比。结果表明 ： 文提出的改进双 曲线模型及数值实现是合理 的 ， 本 能够
工 作 范 围不 同就 应 该选 取 不 同 的初 始 值 ， 这样 才
能 在应 用理 想 弹塑性模 型来 表达 桩 土界 面特性时
的荷 载传递 模 型是 分 析 桩 的承 载力 、 降及 变 形 沉 等方 面问题 的关键 所 在 。２ ０世纪 ５ ０年代 Ｓｅ ｅｄ和 Ｒ ｅｅ 等 人提 出 了基 于荷 载 传 递 法 的双 曲线 模 ｅｓ…
想弹塑 性模 型 ， 样 的处 理 方法 虽 然 使 得 软 件 的 这
利用 Ｆ Ａ 软件 内嵌 的 ＦＳ Ｌ Ｃ。 ＩＨ语言进行
桩 土界 面荷 载传 递模 型 的二 次 开 发 ， 用 双 曲线 采 模 型 代替 Ｆ Ａ 如软件 内嵌 的理 想 弹 塑性 模 型 ， ＬＣ 并
将 Ａｏ ｓ ｌ 所 提 出的确定 桩 土界 面 的初 始剪 切刚 ｌ ｏ８ ｎ
型来分析桩土界 面荷载传递 ， 取得 了很好的计算
结 果 ； 来 ， ｅｄ 提 出 了 以指 数 函 数作 为荷 载 后 Ｋ ｚｉ 传 递 模 型 的 方 法 ， 刚 性 桩 进 行 了 分 析 ；Ｖ— 对 ｉ
ｊ ｖｒｉ 提 出了抛 物 线 形 式 的 荷 载传 递 函数 ， ａ ｅｇｙ ｙ ａ 考 虑 了 桩 周 土 体 在 受 荷 过 程 中 的非 线 性 ； 公 辛
测桩 的承载 变形 性状 有着 重要 的影 响 。合 理准 确
度， 降低了模拟结果 的可信度。以有 限差分软件 Ｆ Ａ 为例 ，Ｌ Ｃ。 Ｌ Ｃ。 Ｆ Ａ 。采用 的是理 想 弹塑 性模 型来 模拟桩土界面的相互作用问题 ， 这样 的处理有三 个 明显的缺陷： 第一 ， 桩土界面耦合弹簧的刚度值 没有一个合理的确定依 据 ， 软件使用者一般都是 首先采用一个估计值 ， 然后根据计算结果 的准确 度 再不 断地 调整 ， 样 的方 法具 有 很 大 的主 观性 这 和随意性 ， 计算 出的结果往往不可靠 ； 再者 ， 荷载
第２ ７卷第 １ 期 ２１ ０ ０年 ３月
华
中
科
技
大
学
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报 （ 市科学版 ） 城
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Ｖ １２ ． ｏ ． ７ Ｎｏ １
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桩 土界 面 荷载 传 递 模 型 的 改进 及 其 数值 实 现
土 界 面的相 互 作 用 特性 。 第三 ， 合 弹簧 的刚度 耦 值 ｋ的确 定一 般都 忽略 了深度 效应 的影 响 。 为 克 服 上 述 缺 陷 ， 文 基 于 有 限 差 分 软 件 本
Ｆ ＬＡＣ如
，
组 提出了可考虑桩 土软化 的桩侧传递 函数 的
统 一三 折线 模 型 。 上述 这些 荷 载传 递模 型在 桩土相 互作 用分 析 方 面都具 有 较好 的适 用 性 和 准确 性 ， 目前 常 见 但 的数值 分 析软 件为 了分 析 的方便 都没 有采 用这 些 形式 的荷 载传 递模 型 ， 是 采用 了更 加 简 便 的 理 而
取 得较 好 的计算 结果 。对 于 已知 荷载 工作 范围 的
锋 等人对 双 曲线 模 型 进行 修 正 和 扩充 ， 出 了 提 既 能考虑 侧 阻软化 又 能考虑 侧 阻硬 化 的广义 双 曲 线模 型 ； 龙 珠 采 用 双 折 线 硬 化 模 型 ， 析 了 陈 分
模拟而言 ， 通过选取适 当的 ｋ 值虽然也能够取得 较好的计算结果 ， 但对于不知道荷载工作范围的 情况而言 ， 值 的确定就 只能靠 经验来 猜测 了。 ｋ 第 二 ， 合 弹簧 的刚度 值 ｋ在 给 定 之后 就 一直 不 耦 变了 ， 而事实 上 ， 桩土 界面 的应力 一应 变关 系是非
线性的， 因此 理 想弹 塑 性 模 型 不能 真 实 地 反 映桩
桩周和桩端土特性参数对 荷载 一沉降曲线 的影 响。陈明中－用三折线模型作为传递函数 ， 析 ６ 分
了土体 强 度随 深度 增 加 的特 性 ， 导 出了单 桩 的 推 荷载 一沉 降 关 系 的 近 似 解 析 解 。 张 忠 苗 课 题
度 的方法应用到 Ｆ Ａ 如中， ＬＣ 将两种模型下所计算 出的结果与文献［ ］ ９ 中的结果进行对比分析。
使用者操作起来更 加简单 ， 但却牺牲 了模拟的精
收 稿 日期 ： ０ ９１ －０ ２ ０ —１２
作者简介 ： 蒲诃夫 （１８ －） ９ ５ ，男 ，四川什邡人 ，硕 士研究生 ，研究方 向为岩土工程 ，ｈｆｐ２ ８ ｍ ｉ ｃｒ。 ｅｔ０ ０ ＠ｇ ａｌ ｏ － ． ｎ