散体材料桩复合地基桩土应力比分析(2)

散体材料桩复合地基桩土应力比分析

556 中南大学学报(自然科学版) 第38卷

况存在较大的差别，以其估算桩土应力比n比较粗糙。的

近年来，一些学者提出多种桩土应力比的修正公式，如赵明等[1]考虑复合地基中碎石桩的纵横向变形异性，引入魏西克弹性圆孔扩张理论和p y曲线法，建立了模量比计算桩土应力比的修正公式；刘杰等[2]在考虑桩土共同作用的基础上，根据桩土竖向变形相等和侧向变形协调的条件，利用弹性理论推导出桩处于自身极限平衡状态时的桩土应力比计算公式。采用这些修正方法虽然提高了计算精度，但计算范围有一定的局限性，且都未能考虑桩土应力比的时间效应。为此，本文作者对散体材料桩复合地基承载机理进行讨论，提出一种不仅能考虑正方形布桩和梅花形布桩这2种典型布桩方式，而且能考虑时间效应的桩土应力比计算公式。

1 散体材料桩复合地基承载机理

1.1 复合地基破坏模式

在轴向荷载作用下，散体材料桩复合地基可能出现鼓胀破坏、刺入破坏、整体剪切破坏和整体滑动破坏4种破坏形式(见图1)。

(a) 鼓胀破坏；(b) 刺入破坏； (c) 整体剪切破坏；(d) 整体滑动破坏

图1 复合地基破坏模式

Fig.1 Failure patterns of the composite foundation

对于散体材料桩复合地基，常常由于在荷载作用下桩周土体不能向桩体提供足够的围压而导致桩体产生较大的侧向变形，即桩体鼓胀，进而导致复合地基破坏(见图1(a))。因此，现有的设计理论均以鼓胀破坏形式为基础[5]。 1.2 复合地基承载机理

在散体材料桩复合地基中，所承受的荷载由桩体和桩间土体共同承担(图2)。由于土层的性质不同，散体材料桩发挥不同的作用：

a. 当散体材料桩进入相对硬层时，由于散体材料的压缩模量大于软土的压缩模量，基础传给复合地基

图2 散体材料桩复合地基作用机理 Fig.2 Work mechanism of discrete material

pile composite foundation

外荷载随着桩土等量变形而逐渐集中于桩体，桩间软土负担的应力相应减少，散体材料桩起着应力集中的作用。

b. 若散体材料桩未进入相对硬层，复合土层主要起垫层作用，垫层将外荷载在地基内引起的应力向周围扩散，则地基中应力趋于均匀，地基土的整体承载能力得到提高。

此外，散体材料桩的承载力还取决于桩周土体的侧限压力，其约束了桩体的侧向鼓胀，使承载力得到较大提高。

1.3 桩土应力比的影响因素

近年来，许多研究者通过现场测试和理论分析对复合地基桩土应力比进行了研究[6 9]，

对桩土应力比的影响因素进行了探讨。散体材料桩复合地基桩土应力比n主要与以下因素有关：

a. 原地基土强度。桩周土的压缩模量和强度直

接影响散体材料桩的强度和刚度，当其他条件相同时，若桩周土体强度低，则桩土相对刚度较大，应力将向桩体集中，故n较大；若桩周土体强度高，则桩土相对刚度较小，桩的应力集中现象不明显，n较小[6 7]。

b. 桩距、桩长及桩密实度。桩的间距越小，成桩挤密效果越好，则成桩后土体强度越高，且桩体还将加速土体的排水固结，故土体承担的荷载越大，n越小。但在桩距、桩径等条件相同或相似的条件下，桩长越长，n越大。当桩长达到一定值时，n将趋于某一定值，此时桩长称为有效桩长。此外，若桩的密实度越高，则桩体压缩变形越小，其承载力越大，故n亦越大。

c. 桩土模量比。在一定条件下， n与Ep/Es呈线性关系。但在普遍情况下，一般认为，随着桩土模量比的增大，n近似于呈线性增长。

d. 荷载水平。图3所示为桩土应力比n随荷载变