王 舒，段偉宏，馬 沖，張 濤

(1.貴州民族大學(xué)建筑工程學(xué)院，貴州 貴陽(yáng) 550025;2.山西省交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)院，山西 太原 030012;3.中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(武漢)數(shù)學(xué)與物理學(xué)院，湖北 武漢 430074;4.中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(武漢) 工程學(xué)院，湖北 武漢 430074)

近年來(lái)，伴隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展和基礎(chǔ)設(shè)施的不斷完善，大型基礎(chǔ)設(shè)施和高層建筑不斷增加,這些建筑設(shè)施對(duì)其基礎(chǔ)承載力均有著較高的要求，天然基礎(chǔ)通常難以滿足設(shè)計(jì)要求，需要進(jìn)行不同方式的地基處理。樁基礎(chǔ)(也稱樁基)是高層建筑常用的一種深基礎(chǔ)形式，具有穩(wěn)定性好、承載力高和適應(yīng)多種復(fù)雜地質(zhì)條件等優(yōu)點(diǎn),同時(shí)樁身剛度相對(duì)較大，可將外部荷載集中傳遞至堅(jiān)硬土層或巖層等持力層中，有效地減小了建(構(gòu))筑物基礎(chǔ)荷載擴(kuò)散分布引起的不均勻沉降[1-3]。常見(jiàn)的工業(yè)和民用建筑樁基礎(chǔ)中，主要考慮樁基的豎向承載力，國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)此已進(jìn)行了系統(tǒng)研究，并取得了大量成果[4-7]。目前評(píng)價(jià)樁基豎向承載力的方法主要有：靜載荷試驗(yàn)法、標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)法、高應(yīng)變動(dòng)測(cè)法和靜力觸探法等[8-9]。

在港口碼頭、橋梁抗震等工程建設(shè)中，樁基礎(chǔ)不僅承受上部結(jié)構(gòu)傳遞來(lái)的豎向荷載，還會(huì)受到波浪、大風(fēng)和船舶撞擊等引起的水平荷載。樁基的水平承載特性對(duì)于結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和安全服役壽命有著至關(guān)重要的影響，因此需要對(duì)樁基在水平荷載下的受力形狀進(jìn)行深入的研究。樁基水平承載特性研究的主要內(nèi)容是樁與樁側(cè)土體之間的相互作用規(guī)律。國(guó)內(nèi)外學(xué)者主要從理論解析、模型試驗(yàn)和數(shù)值模擬三個(gè)方面入手，獲得樁基水平承載力的理論解答和預(yù)測(cè)模型。如McClelland等[10]于1956年首次提出了水平受荷條件下樁-土間相互作用的p-y曲線，并利用該曲線分析了樁體的受力特性和樁周土的應(yīng)力狀態(tài)；Douglas等[11]提出采用彈性理論方法分析水平受荷樁的樁-土間相互作用；此后，Poulos等[12]通過(guò)樁-土間相互作用的p-y曲線研究了土體應(yīng)力狀態(tài)對(duì)樁身彈性模量的影響，并在彈性理論法的基礎(chǔ)上，綜合了該曲線的優(yōu)勢(shì)，提出了一種研究樁-土間相互作用的耦合算法。天然土體具有復(fù)雜的物理力學(xué)性質(zhì)，其沉積環(huán)境也千差萬(wàn)別，理論分析方法難以反映樁-土間相互作用的真實(shí)情況，數(shù)值模擬方法可以較好地解決這一問(wèn)題。如Yang等[13]系統(tǒng)研究了成層地基對(duì)水平受荷樁樁身彎矩、剪力和土抗力的影響規(guī)律，揭示了不同成層條件下樁-土間相互作用的p-y曲線的特點(diǎn)，所得的樁基水平承載力預(yù)測(cè)值與實(shí)測(cè)值的誤差在20%范圍內(nèi)，具有較高的精度。模型試驗(yàn)是研究樁基水平承載特性非常有效的方法之一。如Lee等[14]在標(biāo)定罐中模擬砂土層狀地基，進(jìn)行了模型樁荷載試驗(yàn)，認(rèn)為樁基水平承載力受中間土層的影響較小，受上部和下部土層的影響最大，相同水平荷載條件下，樁身彎矩轉(zhuǎn)折點(diǎn)在單一土層和層狀地基中的位置差異不明顯。值得注意的是，現(xiàn)有關(guān)于樁基水平承載特性的研究多集中于理論分析和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，但理論解析解是對(duì)理想情況的分析結(jié)果，現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)費(fèi)用較高，且應(yīng)用的場(chǎng)地和規(guī)模都存在較大的局限性。巖土工程原位測(cè)試技術(shù)具有方便、快捷、成本低和測(cè)試結(jié)果具有較高精確度的優(yōu)點(diǎn)，可借助此手段對(duì)樁基水平承載特性進(jìn)行評(píng)價(jià)。如劉錦[15]研究認(rèn)為孔壓靜力觸探試驗(yàn)結(jié)果可以用來(lái)評(píng)價(jià)樁基水平承載力，并與現(xiàn)場(chǎng)靜載試驗(yàn)結(jié)果相對(duì)比，驗(yàn)證了該方法對(duì)管樁和水泥攪拌樁的可行性；段偉宏等[16]通過(guò)對(duì)比3種不同的原位測(cè)試技術(shù)分析水平受荷樁的應(yīng)力-應(yīng)變特性以及樁基水平承載力的預(yù)測(cè)結(jié)果，結(jié)果表明孔壓靜力觸探技術(shù)在評(píng)價(jià)樁基水平承載力方面具有較好的優(yōu)勢(shì)。此外，現(xiàn)有研究人員還在原位測(cè)試技術(shù)評(píng)價(jià)樁基水平承載力的基礎(chǔ)上，給出了軟土地基剛?cè)嵝詷端匠休d位移控制標(biāo)準(zhǔn)[17-18]。

本文在上述研究的基礎(chǔ)上，概述了樁基水平受荷的機(jī)理，并以靜力觸探技術(shù)為測(cè)試手段，對(duì)水平受荷樁所處土層進(jìn)行測(cè)試，提出利用巖土工程原位測(cè)試結(jié)果評(píng)價(jià)樁基水平承載力的改進(jìn)方法，并利用有限元分析軟件，將基于巖土工程原位測(cè)試技術(shù)的樁基p-y曲線法計(jì)算結(jié)果與傳統(tǒng)的Mallock樁基p-y曲線法計(jì)算結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比分析，以驗(yàn)證該評(píng)價(jià)方法的有效性。

1 樁基水平受荷機(jī)理

1. 1 樁-土之間的相互作用

水平荷載作用下，樁-土之間的相互作用主要可分為以下3個(gè)階段：①?gòu)椥宰冃坞A段：荷載水平較低時(shí)，在循環(huán)荷載作用下，樁周土體變形逐漸達(dá)到穩(wěn)定的狀態(tài)，且卸荷后土體變形基本可以恢復(fù)，此時(shí)樁的水平抗力主要由上部土體提供；②塑性變形階段：隨著荷載水平的不斷增大，樁的水平位移增加量比彈性變形階段有顯著的增加，樁的水平位移隨荷載循環(huán)作用次數(shù)的增加而增加，但逐次水平位移增加量呈減小趨勢(shì)，表層土體發(fā)生塑性屈服變形，水平荷載作用范圍向土體深處不斷發(fā)展；③失穩(wěn)破壞階段：隨著表層土體塑性變形的不斷增大，直至失穩(wěn)破壞，此時(shí)樁的水平位移驟增或撓曲變形超過(guò)允許值，無(wú)法滿足設(shè)計(jì)要求[19]。

1. 2 樁基水平承載特性的影響因素

樁基水平承載特性的影響因素有很多，比如樁的直徑、樁體剛度、泥面以下部分樁長(zhǎng)、樁頂嵌固程度、樁側(cè)土體強(qiáng)度以及樁身允許變形等。水平荷載下，樁的抗彎剛度對(duì)樁側(cè)土的響應(yīng)有顯著的影響，可以通過(guò)樁-土相對(duì)剛度T來(lái)反映樁體剛度對(duì)水平承載力的影響，其表達(dá)式為

(1)

式中:m為反映土體水平抗力水平的比例常數(shù)(N/m4)；E為樁的彈性模量(N/m2)；I為樁截面慣性矩(m4)；b0為樁截面的計(jì)算寬度(m)。

根據(jù)樁-土相對(duì)剛度T的大小，水平受荷樁可分為剛性樁、半剛性樁和柔性樁3種類型，其中半剛性樁和柔性樁又統(tǒng)稱為彈性樁。但根據(jù)樁頂約束形式的不同，上述3種類型樁體的受荷破壞模式不同[20]。本文給出了樁頂自由和嵌固兩種約束形式下剛性樁、半剛性樁和柔性樁的破壞模式，見(jiàn)圖1至圖3。

圖1 剛性樁的破壞模式Fig.1 Failure mode of rigid pile

圖2 半剛性樁的破壞模式Fig.2 Failure mode of semi-rigid pile

圖3 柔性樁的破壞模式Fig.3 Failure mode of flexible pile

由圖1至圖3可見(jiàn)：對(duì)于剛性樁，樁頂自由時(shí)樁體繞樁底一點(diǎn)做剛體轉(zhuǎn)動(dòng)[見(jiàn)圖1(a)]，樁頂嵌固時(shí)樁體做平動(dòng)[見(jiàn)圖1(b)]；對(duì)于柔性樁，樁身發(fā)生撓屈變形，下段樁體嵌固于土中，無(wú)法發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)，其破壞模式與半剛性樁(見(jiàn)圖2)類似，區(qū)別在于樁頂自由時(shí)樁體存在兩個(gè)位移零點(diǎn)[見(jiàn)圖3(a)]，而嵌固情況下樁體只有一個(gè)位移零點(diǎn)[見(jiàn)圖3(b)]。

2 樁基水平承載力的計(jì)算方法

2.1 傳統(tǒng)的p-y曲線法

傳統(tǒng)的p-y曲線法，也稱復(fù)合地基反力系數(shù)法，是改進(jìn)的文克勒地基梁法。該方法將阻止水平受荷樁變形的樁周土簡(jiǎn)化為非線性離散分布的彈簧，樁-土間相互作用的關(guān)系通過(guò)p-y曲線來(lái)反映。圖4為水平荷載作用下樁-土間典型的p-y曲線。

圖4 水平荷載作用下樁-土間典型的p-y曲線[16]Fig.4 Typical p-y curves of pile under horizontal loading[16]

傳統(tǒng)的p-y曲線法雖然假定土體為離散的非線性彈簧，但土體的工程性質(zhì)通常通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)靜載試驗(yàn)獲得，因此p-y曲線中各離散彈簧單元的相互作用已包含其中。該方法操作簡(jiǎn)單，計(jì)算結(jié)果具有較高的精度，已在工程設(shè)計(jì)中得到了廣泛應(yīng)用。

巖土學(xué)者M(jìn)atlock[21]于1970年提出了軟黏性地基中經(jīng)典的p-y曲線模型，見(jiàn)圖5。該模型將樁側(cè)土體抗力p與樁身水平位移y之間的關(guān)系表示為

(2)

式中:pu為樁側(cè)土體水平極限抗力(kPa)；p為樁側(cè)單位土體抗力(kPa)，與深度z存在某種函數(shù)關(guān)系；y為樁身水平位移(mm)，是深度z的函數(shù)；y50為樁側(cè)土體抗力達(dá)到極限值的50%時(shí)所對(duì)應(yīng)的樁身水平位移(y50=2.5ε50D，其中ε50為不固結(jié)不排水三軸壓縮試驗(yàn)時(shí)最大應(yīng)力50%對(duì)應(yīng)的應(yīng)變，D為樁徑)(mm)。其中，樁側(cè)土體水平極限抗力pu可表示為

pu=NcsuD

(3)

式中:su為不排水抗剪強(qiáng)度(kPa)；Nc為承載力因子；D為樁的直徑(m)。

圖5 Matlock經(jīng)典的p-y曲線模型[21]Fig.5 Classical p-y curve model proposed by Matlock[21]

無(wú)論黏性土還是無(wú)黏性土地基，利用傳統(tǒng)的p-y曲線法評(píng)價(jià)樁基水平承載特性均需獲得準(zhǔn)確的計(jì)算參數(shù)，如不排水抗剪強(qiáng)度su等，而室內(nèi)試驗(yàn)對(duì)試樣的擾動(dòng)和保存要求較高且成本高，因此巖土工程設(shè)計(jì)者們亟需一種便捷、準(zhǔn)確獲取土體參數(shù)的技術(shù)。

2.2 改進(jìn)的p-y曲線法

靜力觸探技術(shù)是一種原位評(píng)價(jià)土體工程性質(zhì)的測(cè)試技術(shù)，帶有多種傳感器的探頭在貫入土體的過(guò)程中可以連續(xù)獲取不同深度處的土體參數(shù)，且對(duì)土體的擾動(dòng)較小。因此，可以考慮將靜力觸探技術(shù)測(cè)試獲得的土體參數(shù)應(yīng)用于p-y曲線模型計(jì)算中，為樁基水平承載特性的評(píng)價(jià)提供新的途徑與思路。傳統(tǒng)的p-y曲線模型中最重要的兩個(gè)計(jì)算參數(shù)是pu和y50，見(jiàn)公式(2)。靜力觸探探頭貫入土體過(guò)程中主要可獲得的測(cè)試參數(shù)有：錐尖阻力qc、側(cè)壁摩阻力fs和孔隙水壓力u。如何將靜力觸探技術(shù)獲得的測(cè)試參數(shù)與p-y曲線模型中的計(jì)算參數(shù)聯(lián)系起來(lái)，成為建立新的計(jì)算模型的關(guān)鍵。

根據(jù)Matlock的樁側(cè)土體水平極限抗力pu的計(jì)算公式(3)可知，影響土體水平極限抗力的重要參數(shù)是不排水抗剪強(qiáng)度su。而針對(duì)su值的靜力觸探解譯方法主要有理論方法和經(jīng)驗(yàn)系數(shù)法兩種[22]。由于理論方法需要對(duì)土體的破壞模式、邊界條件等因素進(jìn)行一定的假設(shè)，且計(jì)算過(guò)程也較為復(fù)雜，實(shí)際應(yīng)用時(shí)仍需現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)證，因此經(jīng)驗(yàn)系數(shù)法更易被廣泛應(yīng)用和工程設(shè)計(jì)者們接受。利用錐尖阻力和孔隙水壓力估算土體的不排水抗剪強(qiáng)度su一般采用下式：

(4)

式中:qt為經(jīng)過(guò)修正的錐尖阻力(MPa)；u2為錐尖處測(cè)得的孔隙水壓力(kPa)；Ne為有效圓錐系數(shù)。

經(jīng)過(guò)修正的錐尖阻力qt可按下式計(jì)算：

qt=qc+u2(1-a)

(5)

式中:qc為實(shí)測(cè)的錐尖阻力(MPa)；a為探頭凈面積比，取值0.8。

當(dāng)土層的孔隙水壓力較高時(shí)(如非常軟的黏土層中)，公式(4)的計(jì)算精度會(huì)受到較大的影響，此時(shí)可以采用超靜孔隙水壓力來(lái)估算土體的不排水抗剪強(qiáng)度su：

(6)

式中:u0為相應(yīng)深度處的超靜孔隙水壓力(kPa)；NΔu為超靜孔壓圓錐系數(shù)。

將公式(4)、(6)分別代入公式(3)，即可得到基于靜力觸探技術(shù)測(cè)試得到的樁側(cè)土體極限水平抗力pu的計(jì)算公式為

(7)

傳統(tǒng)的p-y曲線模型中另一個(gè)重要的參數(shù)為y50，該參數(shù)可通過(guò)三軸壓縮試驗(yàn)獲得的ε50值來(lái)計(jì)算。對(duì)于黏性土層而言，其y50與ε50之間的關(guān)系可表示為

y50=2.5ε50D

(8)

Ebrahimian等[23]通過(guò)對(duì)大量的場(chǎng)地原位測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行概率統(tǒng)計(jì)分析，認(rèn)為采用錐尖阻力qc和超固結(jié)比OCR估算ε50值具有較高的精確度，其計(jì)算公式為

ε50=0.85qc+OCR-4.5

(9)

式中:OCR為超固結(jié)比。

選用公式(9)估算參數(shù)ε50是基于進(jìn)化多元回歸理論，通過(guò)均方根誤差和平均絕對(duì)誤差來(lái)評(píng)價(jià)預(yù)測(cè)模型的優(yōu)劣。將公式(8)和公式(9)代入Matlock經(jīng)典的p-y曲線關(guān)系式[見(jiàn)公式(2)]，可得到基于靜力觸探測(cè)試的樁基水平承載特性p-y曲線方程：

(10)

3 樁基水平承載特性的數(shù)值模擬

3. 1 工程概況

某高層建筑位于軟土地基上，其主體部分基礎(chǔ)采用鉆孔灌注樁形式，場(chǎng)地前期曾進(jìn)行了靜力觸探試驗(yàn)，用以初略劃分土層和獲得土性基本參數(shù)。該工程場(chǎng)地靜力觸探的測(cè)試結(jié)果及對(duì)應(yīng)的土層劃分，見(jiàn)圖6。

圖6 測(cè)試場(chǎng)地典型的靜力觸探曲線及對(duì)應(yīng)的 土層劃分[16]Fig.6 Typical cone penetration testing curves and soil classification[16]

由圖6可見(jiàn)，該高層建筑基礎(chǔ)所在地層自上而下主要有：①表層素填土，為軟塑-可塑狀的粉質(zhì)黏土，局部含有植物根莖，土層物理力學(xué)性質(zhì)不均勻，易于壓縮，不可作為建筑物持力層；②淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土，呈流塑狀態(tài)，土層壓縮性很高、強(qiáng)度低；③粉細(xì)砂，級(jí)配不良且呈中密狀態(tài)，土層壓縮性、強(qiáng)度中等，不宜作為建筑物持力層；④粉質(zhì)黏土、淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土，軟塑-可塑狀，土層中等壓縮性、抗剪強(qiáng)度偏低，一般不宜作為建筑物持力層。粉質(zhì)黏土(約30 m深度處)以下多為細(xì)砂層，該層細(xì)砂密實(shí)且飽和，級(jí)配不良，局部夾雜有淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土，具有較高的強(qiáng)度和較低的壓縮性，可選作上部建筑物的持力層。

3. 2 模型的建立

Abaqus有限元計(jì)算軟件功能強(qiáng)大、全面，通過(guò)裝配幾何模型、設(shè)置荷載與邊界條件、網(wǎng)格劃分、分析計(jì)算和后處理等步驟，可實(shí)現(xiàn)巖土工程中許多復(fù)雜問(wèn)題的數(shù)值模擬計(jì)算與分析。水平受荷樁的變形與樁-土間的相互作用是一個(gè)復(fù)雜的受力及變形過(guò)程，本文采用該有限元分析軟件對(duì)樁體的水平承載特性進(jìn)行數(shù)值模擬計(jì)算與分析。

本次選取兩根鉆孔灌注樁A、B的樁長(zhǎng)為35 m，直徑為1.2 m，樁身混凝土為C35，內(nèi)部嵌入螺紋鋼筋(HRB335)。計(jì)算模型對(duì)鋼筋材料進(jìn)行了簡(jiǎn)化，僅嵌入了主筋而未設(shè)置箍筋，沿樁身20 m以上每1 m建立一個(gè)截面，樁身20 m以下每5 m建立一個(gè)截面，用來(lái)輸出樁身截面彎矩；樁側(cè)土體沿樁徑方向取10倍的樁徑長(zhǎng)度，深度取40 m，其中樁側(cè)部分取35 m的深度，樁底以下取5 m的深度，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)中的場(chǎng)地土層分布，為了簡(jiǎn)化模型將樁側(cè)土體分為6層；樁身采用線彈性模型，鋼筋為理想的彈塑性模型，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)樁基的具體情況，混凝土和鋼筋的材料參數(shù)見(jiàn)表1。為了方便對(duì)土體材料參數(shù)進(jìn)行取值計(jì)算，有限元模擬中采用線彈性模型和Mohr-Coulomb模型作為土體材料本構(gòu)模型，其模型參數(shù)見(jiàn)表2。

表1 鉆孔灌注樁材料參數(shù)

表2 土體本構(gòu)模型的參數(shù)

本次模擬中樁土法向的接觸模型采用硬接觸和默認(rèn)值，切向模型采用罰函數(shù)。樁-土界面間的摩擦角δ是影響水平承載性能的關(guān)鍵因素，可以通過(guò)土體內(nèi)摩擦角φ計(jì)算樁-土界面的摩擦角。為了簡(jiǎn)化方便，模型中樁-土接觸面之間的摩擦系數(shù)統(tǒng)一取0.3。分別對(duì)土體和樁施加初始地應(yīng)力，對(duì)于有多層土且土體本構(gòu)模型參數(shù)不同的情況下，可以對(duì)每個(gè)土層的上下邊界進(jìn)行設(shè)置，邊界內(nèi)部深度處根據(jù)上下邊界土層進(jìn)行插值。對(duì)于兩根鉆孔灌注樁，分別采用增量為41 kN和30 kN兩種情況進(jìn)行模擬。樁-土模型需要在土體底面和側(cè)面設(shè)置約束條件，以免出現(xiàn)剛體位移，導(dǎo)致計(jì)算不收斂。土體底面采用固定支座以限制底面各方向的平移和轉(zhuǎn)動(dòng)，土體側(cè)面需要約束水平面上的運(yùn)動(dòng)，這與實(shí)際工況條件非常接近，以保證模型計(jì)算的穩(wěn)定性以及計(jì)算結(jié)果的可靠性。模型中樁和土體均采用三維八節(jié)點(diǎn)單元，配筋采用二維線性單元。實(shí)體單元采用線性減縮積分單元的方法，位移要求精確度高，網(wǎng)格扭曲變形分析精度不會(huì)受到較大的影響，而且荷載較大時(shí)不會(huì)出現(xiàn)剪切自鎖。

3. 3 數(shù)值模擬計(jì)算結(jié)果與對(duì)比分析

本文利用Abaqus有限元軟件，可模擬計(jì)算得到水平荷載初始增量分別為41 kN和30 kN時(shí)灌注樁A、B在各級(jí)水平荷載作用下樁身水平位移(y)、樁身截面彎矩(M)以及樁側(cè)土體抗力(p)隨深度的變化曲線，詳見(jiàn)圖7、圖8和圖9。

圖7 灌注樁A、B在各級(jí)水平荷載作用下樁身水平位移隨深度的變化曲線Fig.7 Curves of horizontal displacement of pile body of pile A and B under horizontal loading with different soil depths

圖8 灌注樁A、B在各級(jí)水平荷載作用下樁身截面彎矩隨深度的變化曲線Fig.8 Curves of bending moment of pile body section of pile A and B under horizontal loading with different soil depths

由圖7可見(jiàn)，樁身水平變形隨深度增加而減小，其顯著變形集中在14.5 m以上的部分，且在7.5 m附近出現(xiàn)反彎點(diǎn)；隨著荷載水平的提高，樁身水平變形增量逐漸增大，灌注樁A在水平荷載達(dá)到287 kN、灌注樁B在水平荷載達(dá)到180 kN時(shí)樁身水平變形出現(xiàn)顯著的增加。

由圖8可見(jiàn)，樁身截面彎矩集中分布在14.8 m以上的部分，其隨深度增加先增大后減小，深度進(jìn)一步增加后出現(xiàn)反彎點(diǎn)；隨著荷載水平的提高，樁身截面彎矩逐漸增大，最大彎矩點(diǎn)隨著荷載增大向土體深處發(fā)展?？梢?jiàn)，樁-土間的相互作用主要發(fā)生在上部土體中，僅依靠增加樁長(zhǎng)度的方法對(duì)提高樁的水平承載力沒(méi)有顯著的影響。

圖9 灌注樁A、B在各級(jí)水平荷載作用下樁側(cè)土體抗力 隨深度的變化曲線Fig.9 Curves of lateral earth resistance of pile A and B under horizontal loading with different soil depths

由圖9可見(jiàn)，樁側(cè)土體水平抗力隨深度的變化趨勢(shì)與樁身截面彎矩的變化趨勢(shì)基本相同，即表現(xiàn)為樁側(cè)土體水平抗力隨深度的增加先增大后減小。

根據(jù)上述各級(jí)水平荷載下樁側(cè)土體抗力與樁身水平位移的數(shù)值模擬計(jì)算結(jié)果，可以得到樁側(cè)土體抗力隨樁身水平位移的變化趨勢(shì)，將地面以下2 m、3 m、5 m、8 m處的樁側(cè)土體抗力與樁身水平位移的關(guān)系曲線數(shù)值模擬計(jì)算結(jié)果與本文中基于靜力觸探測(cè)試的p-y曲線法的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比，詳見(jiàn)圖10。

圖10 數(shù)值模擬與基于原位測(cè)試的p-y曲線法計(jì)算 結(jié)果對(duì)比Fig.10 Comparison results between numerical simulation and calculation results of p-y curve based on in-situ test

由圖10可見(jiàn)，本文提出的基于靜力觸探測(cè)試p-y曲線法的計(jì)算結(jié)果與數(shù)值模擬計(jì)算結(jié)果具有較好的一致性;2 m、3 m、5 m均為粉質(zhì)黏土層，同一層土隨著深度的增加樁側(cè)土體抵抗變形的能力增加，這與實(shí)際情況相符。兩種模型的計(jì)算結(jié)果對(duì)比分析表明，本文提出的基于靜力觸探測(cè)試p-y曲線法能夠較好地對(duì)水平荷載作用下樁-土間的相互作用進(jìn)行預(yù)測(cè)與評(píng)價(jià)。

4 結(jié) 論

(1) 樁基的水平承載特性受眾多因素影響，準(zhǔn)確評(píng)價(jià)樁基的水平承載力對(duì)于上部建(構(gòu))筑物的穩(wěn)定性有著重要意義。傳統(tǒng)的p-y曲線法雖然可較好地描述樁-土間的相互作用，但對(duì)土性參數(shù)的測(cè)試要求較高，存在成本高的局限性。

(2) 巖土工程原位測(cè)試技術(shù)在較小擾動(dòng)土體的條件下，可連續(xù)、準(zhǔn)確地獲得土體的多項(xiàng)工程性質(zhì)參數(shù)。本文提出的基于巖土工程原位測(cè)試技術(shù)的p-y曲線法可較好地描述樁-土間的相互作用。

(3) 有限元計(jì)算結(jié)果表明：不同土層深度處，基于巖土工程原位測(cè)試技術(shù)的p-y曲線法計(jì)算得到的樁身水平位移、樁身截面彎矩和樁側(cè)土體抗力與傳統(tǒng)Matlock的p-y曲線法的計(jì)算值吻合較好，表明本文所提出的樁基水平承載特性評(píng)價(jià)新方法具有較高的精度和良好的適用性，可為樁基承載特性的研究提供新思路。