斜坡桩基上拔极限承载力数值模拟研究
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ｘ ｉ ｓ 有 限元 程 序 建 立 了数 值 模 型 ， 发 现 数 值 模 型
确 定 的极 限上 拔 承 载力 比基 于经 验计 算 公 式 的分 析模 型 具有更 高 的精度 。 对 于斜坡 上 的 抗 拔 桩 基 ， 目前 研 究 较 少 ， 更 没
有形成完善的成熟 的计算理论体 系。本文将利用 Ｆ Ｌ Ａ Ｃ 如 软件进行斜坡桩基的数值模拟计算， 分析不
于１ ： １ ． ５时， 再通过增大临坡距或减小坡度 来提 高斜坡桩 基的上拔 承载力效果 并不显著 。
关键词 斜坡桩基 中图法分类号
上拔承载 力
数值模拟 Ａ
Ｆ Ａ Ｌ Ｃ
０ ３ １ ６ ；
文献标 志码
抗 拔桩 基础 是建 筑 物 基 础 的一 种 重 要 型式 ， 已
界面 上 可 能 发 生 土 的 圆 柱 形 剪 切 破 坏 、 倒 锥 台 剪
第１ ３卷
第１ ８期
２ ０ １ ３年 ６月
科
学
技
术
与
工
程
Ｖｏ １ ． １ ３ Ｎｏ ． １ ８ Ｊ ｕ ｎ ．２ ０ １ ３
ｌ ６ ７ １ —１ ８ １ ５ （ ２ ０ １ ３ ） １ ８ — ５ ２ ６ ０ — ０ ５
Ｓ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｅ Ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ ａ ｎ ｄ Ｅ ｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ
须考虑 的重 要 内容 。我 国幅 员 辽 阔 ， 山 区丘 陵地 带
坏模 式 ， 得 出 了抗 拔 承 载 力 和上 拔 位 移量 的计 算 公
式 。刘祖 德 系 统 介 绍 了 抗 拔 桩 的破 坏 形 态及 其 机理 、 抗拔 承 载 力 的计 算 方 法 、 抗 拔 试 验 确 定抗 拔
破， 或 者混 合剪 切 面破 坏 。刘 文 白 通 过大 量 的现 场试 验及模 型试 验 ， 分 析 了抗 拔 桩 的抗 拔 机 理 、 破
广泛应 用 于输 电线 路 基 础 、 高耸构筑 物基础 、 水 闸
基础等工程中。与承压桩相 比， 抗拔桩基 除受上部
结 构重 量 的作 用 外 ， 必 然 还 受 到 上 拔 荷 载 的作 用 。 因此 ， 在桩 基 设 计 时 ， 其 抗 拔 承 载 能 力 也 是 设 计 必
Ｇ ｉ ｂ ｓ ｏ ｎ砂 土 中在拔和 压荷 载作用 下桩 的侧 摩阻力 发 挥性 状 。杨什 生 用 Ａ Ｎ Ｓ Ｙ Ｓ定 性 地 分 析 了软 土 地 基中 等 截 面 抗 拔 桩 的 受 力 和 变 形 特 性 。Ｂ ａ ａ ｒ ｓ
（ １ ９ ９ ９ ） ６ ３ 为 确 定 抗 拔 桩 的 极 限上 拔 承 载 力 ， 利 用
⑥
２ ０ １ ３ Ｓ ｃ ｉ ． Ｔ ｅ ｃ ｈ ． Ｅ ｎ ｇ ｒ ｇ ．
力学
斜坡 桩 基 上 拔 极 限承 载 力数 值模 拟 研 究
程 刘勇 陈善雄 余 飞 许锡 昌 李 剑
（ 中国科学 院武汉岩土力学研究所 岩土力学与工程国家重点实验室 ， 武汉 ４ ３ ０ ０ ７ １ ）
力 的方法 、 等截 面 抗拔 群 桩 的抗拔 承载 力 。数 值 模
拟方 法 自从 ２ ０世 纪 ６ ０年代 引入 岩 土工 程 领 域 以 来， 桩 基工 程 领 域 的数 值 模 拟 取 得 了较 大 的进 步 。 Ｄ ｅ Ｎ ｉ ｃ ｏ ｌ ａ和 Ｒ ａ ｎ ｄ ｏ ｌ ｐ ｈ 利用 Ｆ Ｌ ＡＣ 软 件 模 拟 了
较多 ， 输 电工 程 中 ， 山 区输 电线 路 工 程 占有 相 当 比 重， 为满 足 输 电铁 塔 修 建 的要 求 ， 部 分 桩 基 不 得 不 修建在 斜 陡坡 地 段 甚 至 悬 崖 峭 壁 上 。斜 坡 对 于 输
电塔 桩基 础的影 响是 显 而 易 见 的 ， 斜坡 地 基 与普 通 地基 最 明显 的 区别 在 于 边 坡 面 临 空 而 没 有 横 向约
ｌ ８期
程刘 勇 ， 等： 斜 坡桩基上拔极限承载力数值模拟研究
５ ２ ６ １
１ 数值模拟方案
１ ． １ 计算 方 法
本次模 拟斜坡 土 体为 中硬 地层 ， 土体 采 用 Ｍ ｏ ｈ ｒ ．
束， 降低 了岩土体强度 。斜坡上抗 的抗拔 承载力确
定是 工程 中面 Ｉ 临的一个 技 术难题 。 对 于抗 拔桩 的 工作 机 理 ， 不 少 学 者 已做 大 量 研
究 。Ｋ ｕ ｌ ｈ ａ ｗ ｙ ¨ 曾对等 截面抗 拔桩 进行 了广 泛研 究 ， 认 为等截 面抗 拔 桩 主 要 破 坏 形态 为沿 着 桩 ． 土 侧 壁
摘
要
利用 有限差分 软件 Ｆ Ｌ Ａ Ｃ ， 开展 了斜坡桩基上拔极 限承载力研 究。分 析 了斜坡桩基 上拔极 限承载力的变化规 律及
其影响因素； 并与平地桩基进行对 比。分析 了斜坡 的存在 对承载力 的影响 ， 给 出 了斜坡影 响度 的概念 。研究表 明： 影 响度大
小呈现 一定规律 ： 随临坡距的增加呈现减 小趋势； 随坡度 的增 大呈现增 大趋势 ， 随桩长 的增大 呈现先增 大后减小 的趋势。实 际工 况中可以通过增大桩长 、 增大临坡距、 减小坡度来提高斜坡上桩基 的上拔承 载力。 当临坡距大 于 ２倍桩径或边坡坡 度小
同工 况 下 其 上 拔 极 限 承 载 力 的 变 化 规 律 和 影 响
因素 。
通信作 者简介 ： 陈善雄 ， 男， 博士 ， 研究员 ， 博士生导师 。研究 方向 ：
特殊 土 土力 学 。Ｅ — ｍ ａ ｉ ｌ ： ｓ ｘ ｃ ｈ ｅ ｎ ＠ｗ ｈ ｒ ｓ ｍ． ａ ｃ ． ｃ ｎ 。
２ ０ １ ３年 ３月 ５日收到 国家 自然科学基金项 目（ ５ １ ０ ７ ９ １ ４ ２ ）、 湖北 省电力勘测设计院科技项 目资助 第一作 者简介 ： 程刘 勇 ， 男， 硕 士研究 生。研究方 向： 土体本 构关 系
及 地 基 稳 定 性 。Ｅ － ｍ ａ ｉ ｌ ： ５ ７ ８ ３ ９ ９ ０ １ ４ ＠ｑ ｑ ． ｃ ｏ ｎ。 ｒ
确 定 的极 限上 拔 承 载力 比基 于经 验计 算 公 式 的分 析模 型 具有更 高 的精度 。 对 于斜坡 上 的 抗 拔 桩 基 ， 目前 研 究 较 少 ， 更 没
有形成完善的成熟 的计算理论体 系。本文将利用 Ｆ Ｌ Ａ Ｃ 如 软件进行斜坡桩基的数值模拟计算， 分析不
于１ ： １ ． ５时， 再通过增大临坡距或减小坡度 来提 高斜坡桩 基的上拔 承载力效果 并不显著 。
关键词 斜坡桩基 中图法分类号
上拔承载 力
数值模拟 Ａ
Ｆ Ａ Ｌ Ｃ
０ ３ １ ６ ；
文献标 志码
抗 拔桩 基础 是建 筑 物 基 础 的一 种 重 要 型式 ， 已
界面 上 可 能 发 生 土 的 圆 柱 形 剪 切 破 坏 、 倒 锥 台 剪
第１ ３卷
第１ ８期
２ ０ １ ３年 ６月
科
学
技
术
与
工
程
Ｖｏ １ ． １ ３ Ｎｏ ． １ ８ Ｊ ｕ ｎ ．２ ０ １ ３
ｌ ６ ７ １ —１ ８ １ ５ （ ２ ０ １ ３ ） １ ８ — ５ ２ ６ ０ — ０ ５
Ｓ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｅ Ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ ａ ｎ ｄ Ｅ ｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ
须考虑 的重 要 内容 。我 国幅 员 辽 阔 ， 山 区丘 陵地 带
坏模 式 ， 得 出 了抗 拔 承 载 力 和上 拔 位 移量 的计 算 公
式 。刘祖 德 系 统 介 绍 了 抗 拔 桩 的破 坏 形 态及 其 机理 、 抗拔 承 载 力 的计 算 方 法 、 抗 拔 试 验 确 定抗 拔
破， 或 者混 合剪 切 面破 坏 。刘 文 白 通 过大 量 的现 场试 验及模 型试 验 ， 分 析 了抗 拔 桩 的抗 拔 机 理 、 破
广泛应 用 于输 电线 路 基 础 、 高耸构筑 物基础 、 水 闸
基础等工程中。与承压桩相 比， 抗拔桩基 除受上部
结 构重 量 的作 用 外 ， 必 然 还 受 到 上 拔 荷 载 的作 用 。 因此 ， 在桩 基 设 计 时 ， 其 抗 拔 承 载 能 力 也 是 设 计 必
Ｇ ｉ ｂ ｓ ｏ ｎ砂 土 中在拔和 压荷 载作用 下桩 的侧 摩阻力 发 挥性 状 。杨什 生 用 Ａ Ｎ Ｓ Ｙ Ｓ定 性 地 分 析 了软 土 地 基中 等 截 面 抗 拔 桩 的 受 力 和 变 形 特 性 。Ｂ ａ ａ ｒ ｓ
（ １ ９ ９ ９ ） ６ ３ 为 确 定 抗 拔 桩 的 极 限上 拔 承 载 力 ， 利 用
⑥
２ ０ １ ３ Ｓ ｃ ｉ ． Ｔ ｅ ｃ ｈ ． Ｅ ｎ ｇ ｒ ｇ ．
力学
斜坡 桩 基 上 拔 极 限承 载 力数 值模 拟 研 究
程 刘勇 陈善雄 余 飞 许锡 昌 李 剑
（ 中国科学 院武汉岩土力学研究所 岩土力学与工程国家重点实验室 ， 武汉 ４ ３ ０ ０ ７ １ ）
力 的方法 、 等截 面 抗拔 群 桩 的抗拔 承载 力 。数 值 模
拟方 法 自从 ２ ０世 纪 ６ ０年代 引入 岩 土工 程 领 域 以 来， 桩 基工 程 领 域 的数 值 模 拟 取 得 了较 大 的进 步 。 Ｄ ｅ Ｎ ｉ ｃ ｏ ｌ ａ和 Ｒ ａ ｎ ｄ ｏ ｌ ｐ ｈ 利用 Ｆ Ｌ ＡＣ 软 件 模 拟 了
较多 ， 输 电工 程 中 ， 山 区输 电线 路 工 程 占有 相 当 比 重， 为满 足 输 电铁 塔 修 建 的要 求 ， 部 分 桩 基 不 得 不 修建在 斜 陡坡 地 段 甚 至 悬 崖 峭 壁 上 。斜 坡 对 于 输
电塔 桩基 础的影 响是 显 而 易 见 的 ， 斜坡 地 基 与普 通 地基 最 明显 的 区别 在 于 边 坡 面 临 空 而 没 有 横 向约
ｌ ８期
程刘 勇 ， 等： 斜 坡桩基上拔极限承载力数值模拟研究
５ ２ ６ １
１ 数值模拟方案
１ ． １ 计算 方 法
本次模 拟斜坡 土 体为 中硬 地层 ， 土体 采 用 Ｍ ｏ ｈ ｒ ．
束， 降低 了岩土体强度 。斜坡上抗 的抗拔 承载力确
定是 工程 中面 Ｉ 临的一个 技 术难题 。 对 于抗 拔桩 的 工作 机 理 ， 不 少 学 者 已做 大 量 研
究 。Ｋ ｕ ｌ ｈ ａ ｗ ｙ ¨ 曾对等 截面抗 拔桩 进行 了广 泛研 究 ， 认 为等截 面抗 拔 桩 主 要 破 坏 形态 为沿 着 桩 ． 土 侧 壁
摘
要
利用 有限差分 软件 Ｆ Ｌ Ａ Ｃ ， 开展 了斜坡桩基上拔极 限承载力研 究。分 析 了斜坡桩基 上拔极 限承载力的变化规 律及
其影响因素； 并与平地桩基进行对 比。分析 了斜坡 的存在 对承载力 的影响 ， 给 出 了斜坡影 响度 的概念 。研究表 明： 影 响度大
小呈现 一定规律 ： 随临坡距的增加呈现减 小趋势； 随坡度 的增 大呈现增 大趋势 ， 随桩长 的增大 呈现先增 大后减小 的趋势。实 际工 况中可以通过增大桩长 、 增大临坡距、 减小坡度来提高斜坡上桩基 的上拔承 载力。 当临坡距大 于 ２倍桩径或边坡坡 度小
同工 况 下 其 上 拔 极 限 承 载 力 的 变 化 规 律 和 影 响
因素 。
通信作 者简介 ： 陈善雄 ， 男， 博士 ， 研究员 ， 博士生导师 。研究 方向 ：
特殊 土 土力 学 。Ｅ — ｍ ａ ｉ ｌ ： ｓ ｘ ｃ ｈ ｅ ｎ ＠ｗ ｈ ｒ ｓ ｍ． ａ ｃ ． ｃ ｎ 。
２ ０ １ ３年 ３月 ５日收到 国家 自然科学基金项 目（ ５ １ ０ ７ ９ １ ４ ２ ）、 湖北 省电力勘测设计院科技项 目资助 第一作 者简介 ： 程刘 勇 ， 男， 硕 士研究 生。研究方 向： 土体本 构关 系
及 地 基 稳 定 性 。Ｅ － ｍ ａ ｉ ｌ ： ５ ７ ８ ３ ９ ９ ０ １ ４ ＠ｑ ｑ ． ｃ ｏ ｎ。 ｒ
