桩基负摩阻力影响的浅析 【摘要】负摩阻力严重影响着建筑物的安全，其大小受多种因素的影响，因此很难准确计算其数值。总结分析桩侧负摩阻力产生的条件、机理及影响因素，提出减少桩侧负摩阻力的方法和防治措施。 【关键词】负摩阻力；成因；影响因素；中性点；下拉力；防治措施 1. 前言 （1）随着人文居住环境的改善以及土地价格的不断攀升，建筑物已从多层不断的转向高层建筑，从而对地基承载力和变形的要求也越来越高，越来越严格。当土体在其自重作用下尚未完成固结，或者由于其他原因造成土体的沉降继续发展，当土体沉降大于桩的沉降时，置于这些土层中的桩会不同程度地受到负摩阻力的影响。负摩阻力对于桩基的不利影响已经引起了广泛的关注。 （2）在设计桩基时如果不考虑负摩阻力，可能会造成不利影响，如：桩端地基的屈服或破坏；桩身破坏；结构物不均匀沉降等。然而在实际工程中，负摩阻力常常被忽视，造成工程事故。 （3）下面对负摩阻力的问题进行分析、阐述。 2. 负摩阻力的产生条件 2.1负摩阻力的产生是由于桩周土的沉降变形大于桩的沉降变形而致。而造成桩周土沉降变形的原因是多方面的，如： （1）桩穿过新沉积的欠固结软粘土或新填土而支撑在硬持力层上时，土层产生自重固结下沉。 （2）饱和软土中打入密集的桩群，引起超孔隙水压力，土体大量上涌，随后土体引起超孔隙水压力消散而重新固结时，或灵敏度较高的饱和粘性土，受打桩等施工扰动（振动、挤压、推移）影响，附加超静孔隙水压力增加，软土触变增强后又产生新的固结下沉。 （3）在正常固结粘土和粉土地基中，由于下卧砂层、砾石层中抽取地下水或其他引起地下水位降低的原因，使土层产生自重固结下沉。 （4）桩侧地面因大面积堆载或大面积填土而大量下沉时。 （5）在黄土、冻土中的桩，因黄土湿陷、冻土融化产生地面下沉。 2.2综上所述，当桩穿过软弱高压缩性土层而支承在坚硬的持力层上时最易
负摩阻力计算实例 本建筑场地为自重湿陷性黄土场地，湿陷等级为Ⅱ级（中等），依椐JGJ94-2008规范第5.4.2条规定，在计算基桩承载力时应计入桩侧负摩阻力。首先，根据场地地质情况（以3#井处的地层为例）确定压缩 4.2 桩基 4.2.1 桩基类型及桩端持力层的选择 依据勘察结果分析, 本建筑场地为自重湿陷性黄土场地，（自重湿陷量的计算值为120.5-151.6mm）湿陷等级为Ⅱ级（中等），湿陷性土层为②、③、④、⑤层，湿陷土层厚度为10-15m，湿陷最大深度17m（3#井）。可采用钻孔灌注桩基础，第⑦层黄土状粉土属中密-密实状态，具低-中压缩性，不具湿陷性，平均层厚4.0m，可做为桩端持力层。 4.2.2 桩基参数的确定 根据《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2002）、《建筑桩基技术规范》（JGJ94-2008）、《湿陷性黄土地区建筑规范》（GB50025-2004）中的有关规定，结合地区经验，饱和状态下的桩侧阻力特征值qsia（或极限侧阻力标准值qsik）、桩端阻力特征值qpa（或极限端阻力标准值qpk?）建议采用下列估算值： 土层 编号土层名称土的 状态桩侧阻力特征值qsia(kPa) 极限侧阻力标准值 qsik(kPa) 桩端阻力特征值 qpa(kPa) 极限端阻力标准值 qpk(kPa) ②黄土状粉土稍密 11 23 ③黄土状粉土稍密 12 24 ④黄土状粉土稍密 12 24 ⑤黄土状粉土稍密 13 26 ⑥黄土状粉土中密 18 36 ⑦黄土状粉土中密 18 36 500 1000 ⑧黄土状粉土中密 20 40 600 1200 4.2.3 单桩承载力的估算 依据JGJ94-2008规范，参照《建筑地基基础设计规范》GB50007-2002第8.5.5条，单桩竖向承载力特征值可按下式估算： Ra=qpaAp+up∑qsiaLi 式中：Ra——单桩竖向承载力特征值； qpa 、qsia——桩端端阻力、桩侧阻力特征值； Ap——桩底端横截面面积= πd2（圆桩）； up——桩身周边长度=πd； Li——第i层岩土的厚度； 以3#孔处的地层为例，桩身直径取600mm，以第⑦层黄土状粉土做为桩端持力层，桩入土深度24.0m（桩端进入持力层的深度对于粘性土、粉土应不小于1.5d）。 本建筑场地为自重湿陷性黄土场地，湿陷等级为Ⅱ级（中等），依椐JGJ94-2008规范第5.4.2条规定，在计算基桩承载力时应计入桩侧负摩阻力。首先，根据场地地质情况（以3#井处的地层为例）确定压缩土层厚度，求出中性点深度Ln:
桩侧负摩阻力的计算 一、 规范对桩侧负摩阻力计算规定 符合下列条件之一的桩基，当桩周土层产生的沉降超过基桩的沉降时，在计算基桩承 载力时应计入桩侧负摩阻力： 1、 桩穿越较厚松散填土、自重湿陷性黄土、欠固结土、液化土层进入相对较硬土层时； 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）时； 3、 由于降低地下水位，使桩周土有效应力增大，并产生显著压缩沉降时。 4、 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。 ① 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： N k 乞 R a （ 7-9-1） ② 对于端承型基桩，除应满足上式要求外，尚应考虑负摩阻力引起基桩的下拉荷载，并 可按下式验算基桩承载力： N k Q g 浅析桩基负摩阻力产生的原因及其计算 【摘要】桩周土体由于某种原因发生下沉时对桩身产生相对向下的位移，这就使桩身承受向下作用的摩擦力，这种摩擦力就是桩基的负摩擦阻力。本文针对桩基负摩擦阻力产生的机理及原因，并通过实例计算分析桩基负摩擦阻力。 【关键词】桩基；负摩擦阻力；机理及原因；实例计算 rough discuss the reason and count of pile foundation force of negative friction wang zhigang1 liang guankao2 (1.fifth geological mineral exploration and development institute of inner mongolia, baotou 014010, p.r.china;2.inner mongolia geology engineering co.,ltd, hohhot.010010,p.r.china) 【abstract】owing to some reasons ,the soil around pile foundation occur subside will produce displacement downward to pile foundation，so pile foundation will bear downward friction force，this friction force is negative friction force。this paper point at the reason of pile foundation negative friction force and analysis pile foundation negative friction force by living example。 【key words】pile foundation; negative friction force;the mechanisation and reason；living example account 摩擦力的方向判断及大小计算 一. 教学内容： 摩擦力大小、方向的确定 二、考点点拨 摩擦力是三种基本性质力中最难判定的力，它的大小和方向的确定是高中阶段的重点和难点，物体在各种运动状态下摩擦力的分析在每年的高考中都有所体现，是高考的必考内容。 三、跨越障碍 摩擦处处、时时存在，在初中我们知道，摩擦分为静摩擦、滑动摩擦和滚动摩擦三类，我们已知道了摩擦的基础知识，我们今天将进一步来研究摩擦的相关知识。 （一）滑动摩擦力 1、产生：两个相互接触的物体发生相对运动时产生的摩擦力。 2、产生条件：1）接触面粗糙 2）相互接触且有形变即相互间有弹力 3）物体间有相对运动 3、方向：跟接触面相切，并跟物体相对运动方向相反。 例1：一物体在水平面上向右运动，试确定其摩擦力的方向。 物体相对于地面的方向是水平向右，所以摩擦力方向水平向左 例2：A、B两物体叠放在一起，两物体都沿水平面向右运动，A的速度为，B的速度为， 并且＜，问A、B两物体间的摩擦力的方向如何？ 虽然A的速度方向水平向右，但由于＜，所以A相对于和它接触的物体B而言，是向左运动的，即相对运动方向是向左的，故A受到的B对它的摩擦力是水平向右的。 注：1、由例2可以看到，物体的运动方向和相对运动方向是有区别的。 2、摩擦力是和相对运动方向相反，不是和运动方向相反，所以我们在判断滑动摩擦力的方向时，一定要先找出该物体相对于和它接触的物体的运动方向，才能判断滑动摩擦力的方向，不能仅凭运动方向来判断摩擦力方向。 例3：传送带顺时针方向运动，现将一物体静止地放上传送带，则物体在放上传送带的一段时间内所受滑动摩擦力的方向如何？ 物体静止地放上传送带，传送带水平部分向右运动，则物体相对于传送的运动方向向左，所以受到的滑动摩擦力方向水平向右。 4、大小：经过试验，我们得出，物体受到的滑动摩擦力的大小和物体间的压力有关，还和物体间接触面的材料性质有关。 即f=μN μ是一个没有单位，小于1的常数，叫做动摩擦因数。它与两物体的材料性质，表面状况有关，和接触面积无关。 N是物体对接触面的正压力即垂直于接触面的弹力。 例4：一质量为5kg的物体在水平面上向右运动，它和水平面间的μ为0.6，则此时物体受到的滑动摩擦力多大？ 解：此时物体对水平面的压力大小等于物体所受的重力 所以f=μN=0.6×50=30N 方向水平向左 注：这道例题中压力恰好等于重力的大小，但要特别注意，压力并不总等于重力，压力和重力是不相同的两个力。 5、作用效果：总是起着阻碍物体间相对运动的作用。 （二）静摩擦力 1、定义：两相对静止的相互接触的物体间，由于存在相对运动的趋势而产生的摩擦力。 2、静摩擦力产生的条件：1）两物体直接接触 2）接触处粗糙且相互间有弹力 3）两物体有相对运动的趋势 3、静摩擦力的方向：总是和接触面相切，并且总跟物体的相对运动趋势方向相反。 判断两物体间是否有相对运动的趋势，一般采用假设法，即假设接触面光滑，看相接触的两物体间是否有相对运动，如果有，此方向即为相对运动的趋势方向；如果没有，说明物体间无相对运动趋势。 例5：判断下面两个静止物体受到的静摩擦力的方向 （1） [收稿日期]2010-02-25 [作者简介]赵敏燕，南京工业大学，硕士研究生，研究方向为岩土力学。 由于桩基础具有承载力高、稳定性高、便于机械施工等优点，桩基础在土木工程中的应用越来越广泛。当桩侧土体因某种原因而下沉，且其沉降量大于桩的沉降量时，桩侧土体将对桩产生与位移方向一致的摩阻力，称为负摩阻力[1]。 Fellenius(1984)在桩基负摩阻力和沉降分析报告中指出，产 生负摩阻力所需的桩土相对位移是非常小的。由于负摩阻力的存在，若在桩基的设计时不考虑负摩阻力，将会造成桩的附加沉降。 1桩基负摩阻力的形成机理 《建筑桩基技术规范》(JGJ94-2008)[2]第3.4.1.2条中规 定，“桩周围软土因自重固结、场地填土、地面大面积堆载、降低地下水位、大面积沉桩等原因而产生的沉降大于基桩的沉降时，应视具体工程情况分析计算桩侧负摩阻力对基桩的影响”。同时，当软土地区由于密集桩群施工造成土的隆起和随后的再固结，也会产生桩基负摩阻力[3]。 桩基负摩阻力的分布范围由桩与桩周土的相对位移确定。在桩的某一断面上，桩与土相对位移为零，该断面称为中性点。中性点是作用于桩身所有向下的力和所有向上的力的平衡点。向下的力包括桩顶荷载和负摩阻力产生的下拽荷载，向上的力包括正摩阻力和桩端反力，如图1所示。 中性点M 是摩阻力、桩－土相对位移和轴向压力沿桩身变化的特征点，中性点是桩－土相对位移为0的点（Sp= Sa ），如图1-b 所示。中性点以上土的下沉量大于桩的沉降 量，桩周土对桩的作用力为向下的负值，即负摩阻力，而中性点以下为正摩阻力，如图1-c 所示。中性点以上轴向压力随深度递增，中性点以下轴向压力随深度递减，如图1-d 所示。 目前，中性点位置的确定一般都是由室内或现场试验所确定的。国外一些研究人员通过负摩阻力试验认为中性 关于桩基负摩阻力的探讨 赵敏燕，周峰，王嘉 （南京工业大学，江苏南京210009） [摘要] 介绍了桩基负摩阻力的形成机理、影响因素及国内外的研究现状，采用有限元软件ABAQUS 对算例进行计算分 析，分析了不同的固结时间对负摩阻力的影响。结果表明，在堆载条件下桩基负摩阻力随着固结时间的增长而不断增长，中性点也随之不断下降。 [关键词] 桩基负摩阻力；中性点；ABAQUS 软件 [中图分类号]TU473.12[文献标识码]A [文章编号]1005-6270（2010）05-0091-03 Study on Negative Skin Friction of Pile Foundation ZHAO Min-yan ZHOU Feng WANG Jia (Nanjing University of Technology ，Nanjing Jiangsu 210009China) Abstract:This article introduced the formation mechanism,influence factors and the present research status at home and abroad of negative skin friction of pile foundation.The calculation and analysis on examples based on finite element software Abaqus to analyze the effect of different consolidation time on negative skin friction of pile foundation.The results show that negative skin friction of pile foundation increases by the consolidation time under heaped load,and the neutral point decreased thereupon. Key words:negative skin friction of pile foundation;the neutral point;Abaqus software 图1桩基负摩阻力分析原理图 注：（a ）桩及桩周土受力、沉降示意图；（b ）各断面深度的桩、土沉降及相对位移； S p —桩身各断面的沉降；S a —各深度桩侧土的沉降； （c ）摩阻力分布及中性点；（d ）桩身轴力 Q n －负摩阻力产生的轴力，即下拉力；Q b －端阻力 摩擦力的求法 求解物体所受的摩擦力，首先要弄清楚物体所受摩擦力的性质。即物体受到的是静摩擦力还是滑动摩擦力。 所谓静摩擦力，就是物体和与它接触的物体保持相对静止时所受到的摩擦力。此力产生 的条件有四：○ 1两个物体相互接触○2相互接触的物体之间有弹力○3接触面不光滑○4物体之间有相对滑动的趋势。 物体受到的静摩擦力是一个变力，它将随着外力的变化或随着物体运动状态的变化而变化。因此在计算物体所受到的静摩擦力大小时，要根据物体所处的不同状态利用不同的方法进行计算。 a) 如果物体处于静止或匀速直线运动状态，要根据共点力作用下物体的平衡条件进行求解。 b) 如果物体处于加速直线运动状态，则要根据牛顿第二定律进行求解。 例1、如图所示，放在水平地面上的物体在水平拉力F 作用下处于静止，则物体所受的摩擦力大小是多少？方向朝哪？ 解：通过受力分析知：物体受到四个力的作用，重力；支持 力；拉力和摩擦力。根据共点力作用下物体的平衡条件知， 物体所受的摩擦力大小等于物体所受的拉力。即f = F 例2、如图所示，水平地面上的物体在斜向上与水平方 向成θ角的拉力作用下处于静止。求物体受到的摩擦力大小。 解：通过受力分析知，物体受到四个力的作用，重力；支持力； 拉力和摩擦力。由于物体处于静止状态，根据共点力作用下物 体的平衡条件知：???=+=G F N f F θθsin cos 因此物体所受的摩擦力等于Fcos θ = f 。 如果物体和与它接触的物体保持相对静止，而一起作加速运动时，要根据牛顿第二定律进行求解。 例3、质量为m 的物体放在质量为M 的另一物体上，在光滑的水平 面上一起向右作匀加速直线运动，它们运动的加速度大小为a ，求质量为 m 的物体所受的摩擦力是多大？ 解：分析m 的受力情况知，m 受到三个力的作用，重力；支持力； 摩擦力。 其中重力和支持力在竖直方向上是一对平衡力，大小相等；而物体所受 的静摩擦力才是物体作匀加速直线运动的原因，根据牛顿第二定律知：f = ma 例4、质量为m 的物体放在一水平转台上，距中心转轴的距离为r ，当物 体随转台一起以角速度ω匀速成转动时，求物体受到的摩擦力大小？ 解：分析物体受力知，物体受到三个力的作用。重力；支持力；和指向圆心的摩擦力。重力和支持力在竖直方向是一对平衡力，大小相等。而物体受到静摩擦力才是物体产生向心 加速度的原因。根据牛顿第二定律知：r m f 2 ω= 应当注意的是，物体所受到的静摩擦力跟物体间的正压力没有关系。 滑动摩擦力，是指物体相对于和它接触的物体有相对滑动时，在接触面处 产生的摩擦力。滑动摩擦力的产生应具备四个条件：○ 1两物体相接触○2相 13-10-142013100018-浅析深厚填土中桩基础负摩阻力计算-文本复制检测报告单（全文对照） check .cnk https://www.doczj.com/doc/513978136.html,/amlc2/Report.aspx ?LeftFile=30750881&t=c 1/4 36.8% 文本复制检测报告单(全文对照) №:ADBD2013R_2012060414342420131014134611307508818554 检测时间：2013-10-14 13:46:11 检测文献：2013100018-浅析深厚填土中桩基础负摩阻力计算 作者：浅析深厚填土中桩基础负摩阻力计算 检测范围：中国学术期刊网络出版总库 中国博士学位论文全文数据库/中国优秀硕士学位论文全文数据库 中国重要会议论文全文数据库中国重要报纸全文数据库中国专利全文数据库互联网资源 英文数据库(涵盖期刊、博硕、会议的英文数据以及德国Springer 、英国Taylor&Francis 期刊数据库等)互联网文档资源 时间范围：1900-01-01至2013-06-04总文字复制比： 去除引用文献复制比：12.7%去除本人已发表文献复制比：36.8% 单篇最大文字复制比：26.2% 重复字数： [ 1279 ]总字数： [ 3477 ]单篇最大重复字数： [ 912 ] 总段落数： [ 1 ]前部重合字数：[ 1279 ]疑似段落最大重合字数：[ 1279 ] 疑似段落数：[ 1 ] 后部重合字数：[ 0 ] 疑似段落最小重合字数： [ 1279 ] 跨语言检测结果：0% 指 标： 剽窃观点 自我剽窃一稿多投过度引用 整体剽窃 重复发表剽窃文字表述表格：1 脚注与尾注：0 （注释：无问题部分文字复制比部分引用部分） 1.2013100018-浅析深厚填土中桩基础负摩阻力计算总字数：3477 文字复制比：36.8%(1279) (0) 1建筑桩基技术规范JGJ94-2008 - https://www.doczj.com/doc/513978136.html, 豆丁网 26.2%- 《互联网文档资源（https://www.doczj.com/doc/513978136.html, ）》- 2012-09-15 是否引证：否 2JGJ 94-2008 建筑桩基技术规范（附条文说明、勘误表、11个附录） - https://www.doczj.com/doc/513978136.html, 豆丁网25.3%- 《互联网文档资源（https://www.doczj.com/doc/513978136.html, ）》- 2012-10-05是否引证：否 3建筑工程桩基施工规范-百度文库 23.8%- 《互联网文档资源（http://wenku.baidu.c ）》- 2012-11-23是否引证：否 4建筑桩基技术规范 23.7%- 《互联网文档资源（http://wenku.baidu.c ）》- 2012-11-23是否引证：是 5建筑工程桩基施工规范-百度文库 23.6%- 《互联网文档资源（http://wenku.baidu.c ）》- 2012-11-23是否引证：否 6 建筑工程桩基施工规范[1]-百度文库 23.6%- 《互联网文档资源（http://wenku.baidu.c ）》- 2012-11-23 是否引证：否 第4.3节摩擦力 【教学设计思想】 在课堂上创设生活情景，引出生活难题，引导学生独立思考，尝试去解决问题，使学生对本节课产生极大的兴趣， 【教材分析】 教材出处：鲁科版《高中物理》必修一第四章第三节 摩擦力是力学中的三大性质力之一，是高中力学的一个重点，也是难点。正确认识摩擦力对整个力学知识框架的搭建起着至关重要的作用。在摩擦力这节课中，重点是研究滑动摩擦力，要求会计算其大小和判断其方向；难点是静摩擦力，尤其是静摩擦力方向的判断。教师要试图将学生初中学过的相关概念与本节的内容有机地融合在一起。教学中要力图从两种摩擦力的区别与联系出发，让学生从摩擦力产生的条件、影响摩擦力大小的因素、范围及其计算来理解两种摩擦力的异同，通过探究实验去加深巩固。 本节课也是一节科学探究课，教材从生活中的摩擦现象引入，以探究静摩擦力和滑动摩擦力与哪些因素有关为主线，安排了学生猜想、设计实验、实验探究、合作交流等教学过程，让学生经历探讨两种摩擦力与接触面粗糙程度、压力关系的过程。很好地体现了新教材让学生在体验知识的形成与发展过程中，主动获取知识的精神。同时，本节课的内容与学生的实际生活联系十分密切，教材的编写突出了这一点。在通过实验得出摩擦力的有关知识后，注重引导学生运用所学的知识去分析解释大量生活生产中的摩擦现象，并能运用这些知识解决实际生活中遇到的问题。 【学情分析】 学习者是高中一年级学生，目前还没有学习力的合成与分解相关知识，只是在初中阶段简单的了解了一下摩擦力的性质。所以在讲述新课的时候要充分考虑学生的接受能力，要让他们在已掌握知识的基础上逐渐学习新课程，避免跨越式教学。 一、教学目标 （一）知识与技能 1．认识静摩擦、滑动摩擦力，和它们的产生条件及其作用效果，会判断它们的方向。 2．根据物体的平衡条件简单地计算静摩擦力的大小。 3．能运用滑动摩擦力公式来计算滑动摩擦力 （二）过程与方法 负摩阻力对桩基础的危害分析 负摩阻力指桩周土层由于某种原因而产生超过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（河口与海岸新沉积土层）、欠压密的软粘土或液化土层支承于相对较硬土层（硬粘性土、中密以上砂土、卵石层或岩层）中,桩周土体因固结产生沉降大于桩沉降时； 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（如无节制地抽取地下水、工程施工疏排水等）,使桩周土有效应力增大,并产生显著压缩沉降时； 4）挤土桩群施工结束后,孔隙水消散,隆起的或扰动的土体逐渐固结下沉时； 5）桩设置于易受环境影响（如浸水、解冻、动力振动或地震等）而沉陷或重新固结而下沉的土层（自重湿陷性黄 土、季节性冻土层或可液化土层）的地基中,当受水浸湿、融化或受振（震）液化导致地基土大量下沉时； 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. 上述7）点提到了坑周土体下沉的影响,另外,坑中土体回弹也对应着一个问题,对应于《地规2011》8.5.3-8-4）条“桩施工在基坑开挖前完成时,其钢筋长度不宜小于基坑深度的1.5倍”,这条是新规范刚加进去的,然而规范条文没有做出一定的说明,让设计者抓瞎（这是“中国式”规范的共性,让你猜）.这半句话隐藏着一个工程实例：上海某工程先施工桩,后基坑开挖,开挖深度13m,验桩时发现基底下约13m处出现断桩,且成批出现.经过数次分析查明,桩身断裂是由于地基土的回弹造成的,基坑回弹的影响深度约等于基坑开挖深度,在影响深度范围内,土体自重小于回弹力,而桩身钢筋长度仅为13m,素混凝土又不足以承担二力之差,随即出现断裂,因此也就有了这半句话. 摩擦力 【学习目标】 1.知道滑动摩擦产生的条件，会正确判断滑动摩擦力的方向 2.会用公式f=μN计算滑动摩擦力的大小，知道影响动摩擦因数的大小因素 3.知道静摩擦力的产生条件，能判断静摩擦力的有无以及大小和方向 4.理解最大静摩擦力.能根据二力平衡条件确定静摩擦力的大小 【要点梳理】 要点一、摩擦力 要点诠释： 1.定义：当相互接触且相互挤压的物体之间有相对运动或相对运动趋势时，接触面间产生的阻碍相对运动或相对运动趋势的力，称为摩擦力.固体、液体、气体的接触面上都会有摩擦作用. 2.分类：分为滚动摩擦（初中已经学习过）、滑动摩擦力和静摩擦力 要点二、滑动摩擦力 要点诠释： 1.产生：一个物体在另一个物体表面上相对于另一个物体发生相对滑动时，另一个物体阻碍它相对滑动的力称为滑动摩擦力. 2.产生条件：①相互接触且相互挤压；②有相对运动；③接触面粗糙． 说明： 1)两个物体直接接触、相互挤压有弹力产生. 摩擦力与弹力一样属接触作用力，但两个物体直接接触并不挤压就不会出现摩擦力.挤压的效果是有压力产生.压力就是一个物体对另一个物体表面的垂直作用力，也叫正压力，压力属弹力，可依上一节有关弹力的知识判断有无压力产生. 2)接触面粗糙.当一个物体沿另一物体表面滑动时，接触面粗糙，各凹凸不平的部分互相啮合，形成阻碍相对运动的力，即为摩擦力.凡题中写明“接触面光滑”、“光滑小球”等，统统不考虑摩擦力(“光滑”是一个理想化模型). 3)接触面上发生相对运动. 特别注意：“相对运动”与“物体运动”不是同一概念.“相对运动”是指受力物体相对于施力物体(以施力物体为参照物)的位置发生了改变；而“物体的运动”一般指物体相对地面的位置发生了改变. 浅谈负摩阻力(一) 论文关键词]负摩阻力中性点成因影响因素防治措施计算方法 论文摘要]负摩阻力问题严重影响着建筑物的安全，桩的负摩阻力的大小受多种因素的影响，故其准确数值很难计算。介绍和阐述桩侧负摩阻力产生的条件和机理，桩侧负摩阻力的计算方法，中性点的确定，防治和减少桩侧负摩阻力的方法。 随着人文居住环境的改善以及土地价格的不断攀升，建筑物已从多层不断的转向高层建筑，从而对地基承载力和变形要求也越来越高，越来越严格。因此地基处理变得越来越重要。在地基处理工程中，因负摩阻力问题，造成工程事故屡有发生（建筑物出现沉降、倾斜、开裂），负摩阻力问题在我国工程实践中已变成一个热点问题。下面对负摩阻力的问题进行分析、阐述。 一、负摩阻力的成因 桩周土的沉降大于桩体的沉降！桩土的相对位移（或者相对位移趋势）是形成摩擦力的原因，桩基础中，如果土给桩体提供向上的摩擦力就称为正摩阻力；反之，则为负摩阻力。 地基土沉降过大，桩和土相对位移过大地基土将对桩产生向下的摩擦力拉力，使原来稳定的地基变得不稳定，实际荷载可能超过原来建议的地基承载力。 一般可能由以下原因或组合造成：未固结的新近回填土地基；地面超载；打桩后孔隙水压力消散引起的固结沉降；地下水位降低，有效应力增加引起土层下沉；非饱和填土因浸水而湿陷；可压缩性土经受持续荷载，引起地基土沉降；地震液化。 二、地基设计为什么要考虑负摩阻力 桩周负摩阻力非但不能为承担上部荷载作出贡献，反而要产生作用于桩侧的下拉力。而造成桩端地基的屈服或破坏、桩身破坏、结构物不均匀沉降等影响。因此，考虑桩侧负摩阻力对桩基础的作用是桩基础设计必不可少的问题之一。 三、如何在现场测试和估算负摩阻力 在桩体安装应变计这是目前测单桩负摩阻力问题的最常用的方法。80年代，有工程运用瑞士生产的滑动侧微计（SlidingMicrometer---ISETH）来测定。 普遍的方法都是测定桩体轴力，从而推算桩侧摩阻力。 四、影响负摩阻力大小的主要因素 桩周土的特性当然是首当其冲的，其次桩端土特性也不可忽视（因为其之间影响着中性点的位置问题）、桩体的形状、桩土模量比等都有影响。 五、负摩阻力的防治措施 打桩前，先预压地基土，从根本上消除负摩阻力的产生；在产生负摩阻的桩段安装套筒或者把桩身与周围土体隔离，这种方法会使施工难度加大；在桩身涂滑动薄膜如涂沥青]，目前这种方法应用比较普遍，效果也不错；通过降低桩上部荷载，储备一定承载力；在地基和上部结构允许有相对较大沉降的情况下，采用摩擦桩；采用一定的装置消除负摩阻力。 下面介绍一种消除负摩阻力的装置：它由设置在桩体外周的卸荷套及卸荷套与桩体之间的润滑隔离层构成。卸荷套使桩体与周围土层完全隔开并由桩体带动在打桩时与之同步下沉，而当桩周土层沉陷时，卸荷套依靠隔离层内润滑材料的作用，可随土层相对桩体自由下沉而不将下拽力传给桩体，从而有效地消除了负摩阻力的作用。可广泛用于各种软基地层拟用桩基础的工程中。 六、负摩阻力的群桩效应研究大多数是单桩，实践中基本是群桩 这个跟我们的研究方法有关系，目前我们的现场实践方面的研究方法都是针对单一桩体的。另外，群桩方面的研究，运用数值分析方法也有不少研究。群桩的现场研究很值得期待呀。 七、端承桩产生负摩阻的可能性大于摩擦桩 （1）对于摩擦型桩基，当出现负摩阻力对基桩施加下拉荷载时，由于持力层压缩性较大， 浅谈桩的负摩阻力及实际工程中的处理 [摘要]：负摩阻力是桩基础设计时常见的问题，本文从负摩阻力的产生机理出发，探讨了负摩阻力的计算方法，给出了减小负摩阻力的措施；并结合实际工程分析了桩与承台共同作用机理在负摩阻力桩基础工程中的适用范围。 [关键字]：负摩阻力桩与承台共同作用 1 前言 桩基础是目前采用广泛的一种软弱地基处理方式，其承载力由桩侧土的摩擦力和桩端反力共同构成。但是在有些地质条件下，由于某些原因，当桩周土体的沉降量大于桩本身的沉降时，桩侧表面的一部分面积上将产生负摩阻力。负摩阻力对桩产生下拉作用，致使桩基的荷载增加，变相的降低了桩的承载力，使其沉降加大，严重时会导致建筑物的损害或破坏，由于设计人员忽略了负摩阻力的影响从而引起的工程事故不在少数。本文对桩的负摩阻力的产生条件及其特性进行分析，探讨了桩负摩阻力的计算方法。 正常情况下，计算桩基础的承载力时，假定上部荷载通过承台传递给桩，然后再传给地基，并不考虑承台底部土的承载作用。但是，在某些地基土层中，往往在1m左右的根植土下有2-5m的粉质粘土硬壳层，再往下则是10几米甚至20几米的淤泥层。在这些场地的工程中，一般是采用桩基础进行地基处理，但是由于负摩阻力的存在，正常桩长的单桩承载力往往比较小，布桩很密而且造价比较高；如采用表层换土后作浅层基础，由于硬壳层厚薄不均，填土厚度及质量均难以控制，容易使基础沉降过大或沉降不均匀，影响正常使用。对于这类场地，由于采用的桩基一般是摩擦型桩，桩与桩间土的变形是相互影响的，桩间土具有一定的承载力，而承台承担的荷载将是可观的。因此本人认为，在这样的工程中，考虑桩与承台共同工作承担上部荷载是安全合理的，而且具有可观的经济效益。 2 负摩阻力产生机理、特性及其对桩基的影响分析 布置在土体里的桩，正常情况下由于上部荷载的作用，桩的沉降速率（或沉降量）大于桩周土的沉降速率（或沉降量），桩周土对桩的侧表面产生向上的摩擦阻力，称之为正摩阻力；反之，当由于以下几种情况： 1）桩穿越较厚松散填土、自重湿陷性黄土、欠固结土、液化土层进入相对较硬土层2）桩周存在软弱土层，临近桩侧地面承受局部较大的长期荷载，或地面大面积堆载3）由于降低地下水位，使桩周土中有效应力增大，并产生显著压缩沉降 4）冻土融化 使得桩周土的沉降速率（或沉降量）大于桩的沉降速率（或沉降量）时，桩周土将对桩产生向下的摩阻力，称之为负摩阻力。在桩身某一深度处，桩周土与桩的沉降一致，该处称为中性点。中性点是正、负摩阻力的分界点，且在该处桩身轴力最大。 负摩阻力的存在对桩基性能的不利影响可以概括为3个方面：负摩阻力的存在造成桩侧正摩阻力减小，从而引起桩基有效承载力的降低；负摩阻力的出现大大减少了桩周土提供的荷载抗力，使桩的承载力依靠中性点以下的桩周土和桩尖土来提供，使得桩端土体沉降增加从而引起桩基沉降增加；负摩阻力形成了对桩基的附加荷载，造成桩身轴力增加，降低了桩身强度的安全度。从桩基的工作状况来看，负摩阻力的影响对摩擦型桩和端承型桩有所区别 桩侧负摩阻力的计算 一、规范对桩侧负摩阻力计算规定 符合下列条件之一的桩基，当桩周土层产生的沉降超过基桩的沉降时，在计算基桩承载力时应计入桩侧负摩阻力： 1、桩穿越较厚松散填土、自重湿陷性黄土、欠固结土、液化土层进入相对较硬土层时； 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）时； 3、由于降低地下水位，使桩周土有效应力增大，并产生显著压缩沉降时。 4、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。 ①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： a k R N ≤ （7-9-1） ②对于端承型基桩，除应满足上式要求外，尚应考虑负摩阻力引起基桩的下拉荷载，并可按下式验算基桩承载力： a n g k R Q N ≤+ （7-9-2） ③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。 注：本条中基桩的竖向承载力特征值只计中性点以下部分侧阻值及端阻值。 二、计算方法 桩侧负摩阻力及其引起的下拉荷载，当无实测资料时可按下列规定计算： 1、中性点以上单桩桩周第 i 层土负摩阻力标准值，可按下列公式计算： i ni n si q σξ'= （7-9-3） 当填土、自重湿陷性黄土湿陷、欠固结土层产生固结和地下水降低时：ri i σσ'=' 当地面分布大面积荷载时：ri i p σσ'+=' （7-9-4） 其中, i i i m m m ri z z ?∑+?='-=γγσ1 1 21 （7-9-5） （7-9-3）～（7-9-5）式中： n si q ——第i 层土桩侧负摩阻力标准值；当按式（7-9-3）计算值大于正摩阻力标准值 时，取正摩阻力标准值进行设计； ri σ'——由土自重引起的桩周第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； 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=，桩周软弱土层下限深度l 0=，则自桩顶算起的中性点深度l n =。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 198838942 11=?== 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(2 194.61912=?-?+?=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(2 16.1)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 n g 1137))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。 第16讲摩擦力大小的计算 【方法指导】 一、滑动摩擦力 1.在求解摩擦力的大小时，一定要分清是求静摩擦力，还是求滑动摩擦力，只有滑动摩擦力才能直接应用公式F＝μF N求解。 2.公式F＝μF N中的F N是物体接触面之间的压力，不一定有F N＝mg，要根据物体受力情况来确定。 3.滑动摩擦力F的大小与物体的运动速度、接触面积的大小无关。 4.计算滑动摩擦力的大小时，关键是根据力的平衡知识求出正压力的大小。 二、静摩擦力 静摩擦力的大小在0～F fmax之间，其具体数值由物体受的其他外力和运动状态决定，与接触面间的正压力无关，但最大静摩擦力的大小与正压力成正比。 【对点题组】 1．如图所示，在动摩擦因数μ＝0.1的水平面上向右运动的物体，质量为20 kg，在运动过程中，还受到一个水平向左的大小为10 N的拉力作用，则物体受到的滑动摩擦力为(g取10 m/s2) () A．10 N，向右B．10 N，向左 C．20 N，向右D．20 N，向左 2.如下图所示，两块木板紧紧夹住木块，一直保持静止，木块重为30 N，木块与木板间的动摩擦因数为0.2.若左右两端的压力F都是100 N，则每块木板对木块的摩擦力大小和方向是() A．30 N，方向向上 B．20 N，方向向上 C．40 N，方向向下 D．15 N，方向向上3.一根质量为m，长度为L的均匀长方木条放在水平桌面上，木条与桌面间的动摩擦因数为μ.现用水平力F推木条，当木条经下图所示位置时，桌面对它的摩擦力为() A．μmg B． 2 3 mg μ C． 1 3 mg μD．上述选项均不对 4.如下图所示，物体放在水平桌面上，在水平方向上共受三个力作用，即F1、F2和摩擦力作用，物块处于静止状态，其中F1＝10 N，F2＝2 N，若撤去F1，物体仍静止不动，则物块受到的摩擦力是() A．8 N，方向向右B．8 N，方向向左 C．2 N，方向向右D．2 N，方向向左 5. A、B、C三物块的质量分别为M、m和m0，按如下图所示连接。绳子不可伸长，且绳子和滑轮的质量、滑轮的摩擦均可不计。若B随A一起沿水平桌面做匀速运动，则可以断定() A．物块A与桌面之间有摩擦力，大小为m0g B．物块A与B之间有摩擦力，大小为m0g C．桌面对A、B对A都有摩擦力，两者方向相同，合力为m0g D．桌面对A、B对A都有摩擦力，两者方向相反，合力为m0g 6．一物块m在水平力拉动下，沿静止的水平传送带由A端运动到B端，如图甲所示，这时所受摩擦力为F1；现开动机械让传送带向左匀速传动，再次将同样的物块m由传送带的左端匀速拉动到右端，这时所受摩擦力大小为F2，如图乙所示。则F1、F2的大小关系满足() 3 l 白城一中物理组 / 闫炜平 摩擦力做功计算是同学做题时容易疑惑的问题， 概括的说分为三种情况，下面举例说明： 一、在摩擦力大小、方向都不变的情况下，应该 用θ cos ? ? =s f W f 可求。 二、在摩擦力大小不变，方向改变时，由微元法， 可将变力功等效成恒力功求和。 例1：质量为m的物体，放在粗糙水平面上。现 使物体沿任意曲线缓慢地运动，路程为s，物体与水 平面间的动摩擦因数为μ。则拉力F做的功为多少？ 解：由微元法可知：F做的功应等于摩擦力做功总和。 例2 ：如图所示，竖直固定放置的斜面AB的下 端与光滑的圆弧轨道BCD的B端相切，圆弧面半径 为R，圆心O与A、D在同一水平面上，∠COB=θ。 现有一个质量为m的小物体从斜面上的A点无初速 滑下，已知小物体与AB斜 面间的动摩擦因数为μ。求 （1）小物体在斜面体上能 够通过的路程；（2）小物体 通过C点时，对C点的最 大压力和最小压力。 [解析]（1）小物体在运动过程中，只有重力及摩 擦力做功，小物体最后取达B点时速度为零。设小物 体在斜面上通过的总路程为s，由动能定理得： ① 又 由①②式得： （2）小物体第一次到达C点时速度大，对C点压力 最大。 由动能定理④ 小物体最后在BCD圆弧轨道上运动，小物体通过C 点时对轨道压力最小。得： ⑥ 解⑥⑦式得 最小值 [注意，摩擦力做功的公式s f W? - =中，s一般是 物体运动的路程] 三、摩擦力大小、方向都在时刻改变时，速度V 越大时，压力 N F也越大，则由 N F fμ =可知 N F越 大，f也越大，摩擦力做功越多。 例1：连接A、B两点的弧形轨道ACB与ADB 是用相同材料制成的，它们的曲率半径相同。如图所 示，一个小物体由A点以一 定初速度v开始沿ACB滑 到B点时，到达B点速率 为 1 v若小物体由A点以相 同初速度沿ADB滑到B点时，速率为 2 v与的关系： （） A 1v>2v B 1v=2v C 1v<2v D 无法判断 [解析]A 物体沿ACB运动过程中受竖直向下的 重力。垂直于轨道向上的支持力，沿切线方向的摩擦 力，其中重力、支持力不做功，摩擦力做负功，又据 圆运动的知识，支持力的平均值小于重力，摩擦力的 平均值较小。物体沿ADB运动过程中受竖直向下的 重力、垂直于轨道向上的支持，沿切线方向的摩擦力， 重力、支持力不做功，摩擦力做负功，而此过程中支 持力的平均值大于重力，摩擦力较大，而过程运动弧 长相同。所以沿ACB过程摩擦力做负功较小，到达B 点时速率较大，故选 A正确。 例2：如图所示，地面上有一个半圆形轨道，一 小物体（可视为质点）从一端离地面高为h的A点自 由落下，恰好顺着圆弧运动，从另一端D点竖直向上 射出，其最高点B距地面的高度为h/2，接着物体从 B点又自由落下，返回到左边的 最高点（） A 低于C点 B 高于C点 C 恰在C点 D 无法确定 [解析]B 物体沿ACDB运动过程中应用动能定 理可知：2/ mgh W f = 即：由功能关系可知：由C到D过程中机械能损 失为2 mgh， 同理可知：当物体由BD到C过程中损失机械能 小于2 mgh故球一定能够高于C点。 例3：如图所示，在竖直平面内固定着1/4圆弧 槽，圆弧槽的半径为R，它的末 端水平，上端离地高H，一个小 球从上端A点无初速滑下，若 小球的水平射程为S，求圆弧槽 阻力做功。 解：设小球脱离滑槽，开始做平抛运动的速度为 05年高考试题（选） 25．（20分）如图所示，一对杂技演员（都视为 质点）乘秋千（秋千绳处 于水平位置）从A点由静 止出发绕O点下摆，当摆 到最低点B时，女演员在 极短时间内将男演员沿水 平方向推出，然后自己刚 好能回到高处A。求男演员落地点C与O点的水平距 离s。已知男演员质量m1和女演员质量m2之比 ,2 2 1 = m m秋千的质量不计，秋千的摆长为R，C 点低5R。 （白城一中物理组/ 李松选 答案请见2版右下角） 大家一起来学习 如图所示，滑块A质量m=0.01kg，与水平地面 间的动摩擦因数μ=0.2。用细线悬挂的小球质量均为 m’=0.01kg且沿x轴均匀排列。A与第一只小球及小 球与相邻小球距离均为s=2m，且从左至右悬挂小球 的线长分别为……当A与第一只小球间距 为2m时的运动速度且正好沿着x轴正 向运动。不计滑块和小球大小且当滑块与球、球与球 发生碰撞时机械能守恒，交换速度，碰后任一小球恰 好能在坚直平面内做完整的圆周运动。（） （1）最左侧悬挂小球的线长为多少？ （2）滑块在运动中能与几个小球发生碰撞。 （3）求出碰撞中第n 的表达式。 [解析]（1）设滑块与第一个 球碰撞前的速度为 1 v，由动 能定理得：2 1 umgs= - 一个球碰后瞬间球速 1 v v= 械能守恒得：2 2 1 2 1 2 1 2 2 1mv mgl mv+ =又因为 球在最高点时，由牛顿第二定律有， 所以悬挂在最左侧绳长 （2）对滑块由动能定理得2 2 1 0mv umgs- = - 所以滑块滑行的总路程m s25 =则滑块在滑行过 程中与小球碰撞个数5. 12 = =s s n，应取12个 （3）设滑块与第n个（n≦12）球碰前速度为 n v由 动能定理得2 22 1 2 1mv mv ns umg n - = ? -则滑 块与球碰后，球速 n n v v= '若第n个悬线长 n l到最高 点速度为n n v 对小球机械能守恒2 2'2 1 2 2 1n n n n mv mgl mv+ = 且在最高点由牛顿第二定律有 n n l mv mg2' =联立 以上各式g ugns v l n 5 ) 2 (2 - = [教师评语]这是一道力学习题，可用来培养同学们的 复合解题能力、考查的知识点有： ①动能定理 ②机械能守恒 ③瞬间牛顿第二定律 ④弹性碰撞时（不损失能量） 由动量守恒，能量守恒可知，质量相等发生速度互换 现象。 (白城一中一年五班/ 史小汐投搞) ② 2 2 1 cos c mv AB mg mgR= ? -θ μ 第1版共2版主管白城一中教研所主办白城一中高一物理组排版：张学金李延铎我们的目标：从生活走向物理，从物理走向社会！印刷：校本部印刷室 B C A cos= -fs mgRθ θ μcos mg f= μ R S= R mv mg N c 2 max = -③ s mg s s s s mg W n f ? = + + + =μ μ) ( 3 2 1 R mv mg N c /2' min = - ⑦ (1 mgR- ()mg ctg Nθ θ μ? - =cos 2 3 max B v ()R H g S v B - =2 2 2 1 B f mv W mgR= - ()R H mgS mgR W f - - =4 2 由平抛运动知识得：① 由动能定理得： ()mg Nθ cos 2 3 min - = 由①②得： ② m g ugs v l84 .1 5 ) 2 (2 1 = - = 1 2 2 l mv mg= ( 16 .0 2m n - =12 3.2.1 = n 2 / 10s m g= s m v/ 10 = 3 l 2 l 1 l 1 l桩基负摩阻力产生的原因及其计算
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