斜坡基桩水平极限承载力及影响因素模型试验和数值模拟_程刘勇

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第四系地层预应力混凝土管桩承载性状现场试验研究

第 54 卷第 8 期2023 年 8 月中南大学学报(自然科学版)Journal of Central South University (Science and Technology)V ol.54 No.8Aug. 2023第四系地层预应力混凝土管桩承载性状现场试验研究闫楠1，孙淦1，袁炳祥2，范清厚3，岳志兴4，桑松魁1，李方强4，孙建文5，白晓宇1(1. 青岛理工大学土木工程学院，山东青岛，266520；2. 广东工业大学土木与交通工程学院，广东广州，510006；3. 中国二冶集团有限公司，内蒙古包头，014010；4. 山东电力建设第三工程有限公司，山东青岛，266037；5. 山东省核工业二四八地质大队，山东青岛，266041)摘要：基于印尼某工程15根预应力混凝土管桩(PC 管桩)的单桩竖向抗压、抗拔及水平静载荷试验，分析PC 管桩分别在竖向荷载和水平荷载作用下的承载特征，揭示不同荷载水平下PC 管桩的承载力发挥机制。

基于单桩竖向抗压极限承载力预测模型，对比分析指数曲线模型、双曲线模型及调整双曲线模型的可行性，并对PC 管桩单桩竖向抗压极限承载力进行预测；结合水平静载试验，探讨地基土水平抗力系数的比例系数m 的取值问题。

研究结果表明：PC 管桩单桩竖向抗压承载力主要取决于桩端持力层的支承力，同时也受桩径、桩长的影响较大；PC 管桩的竖向抗拔承载力主要取决于桩侧摩阻力，桩径越大、桩长越长，单桩竖向抗拔承载力越高；PC 管桩水平承载力主要取决于桩侧土体的力学性质。

就本试验而言，指数曲线模型对单桩极限承载力的预测最精确；m 在桩顶水平位移超过10 mm 时变化平稳并逐渐收敛为常数，通过试验结果反推的m 接近甚至超过JGJ 106—2014中推荐m 的上限值。

关键词：预应力混凝土管桩；单桩抗压静载试验；单桩抗拔静载试验；单桩水平静载试验；竖向承载力预测中图分类号：TU473.1 文献标志码：A 文章编号：1672-7207（2023）08-3273-13Field test study on bearing behavior of the fourth strataprestressed concrete pipe pileYAN Nan 1, SUN Gan 1, YUAN Bingxiang 2, FAN Qinghou 3, YUE Zhixing 4, SANG Songkui 1,LI Fangqiang 4, SUN Jianwen 5, BAI Xiaoyu 1(1. School of Civil Engineering, Qingdao University of Technology, Qingdao 266520, China;收稿日期： 2022 −09 −27；修回日期： 2022 −11 −25基金项目(Foundation item)：山东省自然科学基金重点资助项目(ZR2020KE009)；国家自然科学基金资助项目(51708316)；山东省博士后创新项目(201903043)；山东省高等学校科技计划项目(J16LG02) (Project(ZR2020KE009) supported by the Key Program of Natural Science Foundation of Shandong Province; Project(51708316) supported by the National Natural Science Foundation of China; Project(201903043) supported by the Postdoctoral Innovation of Shandong Province; Project(J16LG02) supported by the Higher School Science and Technology Plan of Shandong Province)通信作者：白晓宇，博士(后)，副教授，博士生导师，从事地基基础及城市地下工程研究；E-mail ：********************DOI: 10.11817/j.issn.1672-7207.2023.08.029引用格式：闫楠, 孙淦, 袁炳祥, 等. 第四系地层预应力混凝土管桩承载性状现场试验研究[J].中南大学学报(自然科学版), 2023, 54(8): 3273−3285.Citation: YAN Nan, SUN Gan, YUAN Bingxiang, et al. Field test study on bearing behavior of the fourth strata prestressed concrete pipe pile[J]. Journal of Central South University(Science and Technology), 2023, 54(8): 3273−3285.第 54 卷中南大学学报(自然科学版)2. School of Civil and Transportation Engineering, Guangdong University of Technology, Guangzhou 510006, China;3. China Second Metallurgical Group Co. Ltd., Baotou 014010, China;4. SEPCO Ⅲ Electric Power Construction Co. Ltd., Qingdao 266037, China;5. 248 Geological Brigade of Shandong Nuclear Industry, Qingdao 266041, China)Abstract:Based on the vertical compressive, pull-out and horizontal static load tests of 15 prestressed concrete pipe piles(PC pipe piles) in a project in Indonesia, the bearing characteristics of PC pipe piles under vertical and horizontal loads were studied. The mechanism of bearing capacity of PC pipe piles under different loads was revealed. Based on the prediction model of the vertical compressive ultimate bearing capacity of the single pile, the feasibility of exponential curve model, hyperbolic model and adjusted hyperbolic model was compared and analyzed, and the prediction of vertical compressive ultimate bearing capacity of the PC pipe pile was carried out. Combined with the horizontal static load test, the proportional coefficient m of the horizontal resistance coefficient of foundation soil was discussed. The results show that the vertical compressive bearing capacity of a single pile of PC pipe piles mainly depends on the supporting force of the bearing layer at the pile end, and is also greatly influenced by the diameter and length of the pile. The vertical uplift bearing capacity of the PC pipe pile mainly depends on the size of the pile side frictional resistance. The larger the pile diameter and the longer the pile length, the higher the vertical uplift bearing capacity of a single pile. The horizontal bearing capacity of PC pipe piles mainly depends on the mechanical properties of the soil on the pile side. The exponential curve model has the most accurate prediction of the ultimate bearing capacity of the single pile for the purpose of this test; m changes steadily after the horizontal displacement of the pile top exceeds 10 mm and gradually converges to a constant value. m deduced from the test results is close to or even exceeds the upper limit of m recommended by JGJ 106—2014.Key words: prestressed concrete pipe pile; single pile compressive static load test; single pile uplift static load test; single pile horizontal static load test; vertical bearing capacity prediction通过先张法预应力工艺和离心成型法制成的预应力混凝土管桩(PC管桩)，因其具有单桩承载力高、成桩质量高、施工简单、造价低廉及施工污染小等优点，被大量应用于工业与民用建筑等领域[1−2]。

《桩的承载力》PPT课件

Ap—桩身的横截面积(m2)；
u — 桩身周边长度(m)；qpk
li — 按土层划分的各段桩长(m)。
大直径桩： Quk= Qpk + Qsk =φpqpkAp+uφsiqsikli
φp、φsi — 大直径桩端阻、侧阻尺寸效应系数
15
整理课件
16
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3)、单桩承载力特征值Ra的确定
33
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6.3.5 群桩承载力计算
群桩概念；群桩~单桩关系如何？
1、群桩的特点
群桩效应
竖向荷载作用下，由于承台、桩、土相互作用群桩基础中的一根桩单独受荷时承载力和沉降性状，往往与相同地质条件和设置方法的同样独立单桩有明显差别，这种现象即为群桩效应。
34
整理课件
端承群桩(桩基)，简单；摩擦桩基，见图
2)、按土的物理指标与承载力参数之间的经验关系确定Quk
中、小工程常采用
极限端阻力标准值(kPa)
Q
qs1k
l1
第i层土的极限侧阻
力标准qs值2k(kPa) l2
Quk= Qpk + Qsk =qpkAp+uqsikli qs3k
l3
单桩总极限端阻力标准值 (kN)；
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整理课件
单桩总极限侧阻力标准值 (kN)；
6
整理课件
终止加荷条件
1) Q~S曲线有陡降段，且S总＞40mm; 2) S总＝40mm后，续增两级Q；仍无陡降段； 3) Si＝5Si-1； 4) Si>2Si-1，且经24小时尚未达到相对稳定； 5) S很小，且Pmax达到设计荷载的2倍； 6) 已达锚桩最大抗拔力或压重平台的最大重量。

竖向荷载下群桩的承载力分析

收稿日期：０１１一７修改日期：０１１ —７２１．Ｏ１；２１—０２
混凝土，重２５０ｋｍ。泊松比０２弹性模量容０Ｎ／，．，３０ａ０００ＭＰ。计算的本构模型：于桩周土首先破由
作者简介：吴春萍（９３）女，１６－，安徽合肥人，合肥工业大学教授级高工７８《９工程与建设》２１年第２卷第６０１５期
６６ａ９号桩的桩顶荷载从１５ＭＰ．５ＭＰ，．ａ开始加载，
ｍ
如
如
加
以后逐次增加０７ＭＰ，载至１ａ然后绘制相．ａ加２ＭＰ，
应地Ｑ—ｓ曲线。
的沉降量进行监控，根据相应的荷载及沉降数据绘出
Ｑ～ｓ曲线。
２由图可知，同桩距时，。不群桩的Ｑ—ｓ曲线都呈缓
３３Ｎ２ｋ。与斜率倒数法｜的计算结果３６０ｋ仅相６６］９Ｎ
差５Ｎ，明所建模型合理，数选择正确，够较８ｋ说参能
变曲线，据规范确定取ｓ０ｍｍ时的荷载作为其根一４极限承载力［，５其基桩和群桩效应系数承载力列于表３
竖向荷载下群桩的承载力分析
．
吴春萍郑威，
安徽合肥２００；．合肥工业大学土木与水利工程学院，３０９２２００）３０９
（．合肥工业大学建筑设计研究院，１安徽合肥
摘
要：桩基础在工程建设当中得到广泛地应用，安全性上考虑，从对群桩承载力的研究尤为重要。文章结合一【程实例，据现根

碎石土边坡稳定性及影响因素的数值模拟研究

ｓｇｉｃｎｍｐｃｎｓｏｅｓａｉｔ．ｉｎｆａｔｉａｔｏｌｐｔｂｌｙｉｉ
Ｋｅｙｗｏｒ：ｔｅｓａｌｔｆｓｏｅｕｒｃｌｓｍｕａｉｎｄｓｈｔｂｉｉｏｌｐ；ｎｍｅｉａｉｌｔｏ；ＦＬＡＣ３ｙＤ；ｓｆｔｏｆｉｉｎａｅｙｃｅｆｃｅｔ
第３卷第１３期
２１年２月０２
江西理工大学学报
ＪｕｎｌｆｉｎｘｎｖｒｉｆＳｉｎｅａｄＴｃｎｌｇｏｒａｏａｇｉｉｅｓｙｏｃｅｃｎｅｈｏｏｙＪＵｔ
Ｖｏ－３ＮＯ１１．３．Ｆｅｂ．２１０２
ａｖｎａｅｎｎｌｓｓｎｓｏｓａｉｉｆａｉｌ，ｃｈｓｏｄａｔｇｏａａｙｉｉｇｌｐｅｔｂｌｔｅｓｂｅｏｅｉｎ，ｉｔｒｌｒｃｉｎｎｌａｄｙｎｅｎａｆｉｔｏａｇｅｎｄｅｉｏｓｉｒｎｓｔｙｆｏｌｅａ
ａｄｉｌｕｅｉａｔｒｎｎｆｎｃｎｇｆｃｏｓ
ＷＵＺｏ－ｎ．ＵＪｎｊｎｈｕｍｉｇＦｕ－ｉａ
（ｃｏｌｆｒｈｔｃｕａａｄＳｒｅｉｇ＆ＭａｐｎｎｉｅｒｇＪａｇｉｎｖｒｉｆｃｎｅａｄＴｃｎｌｇＧｎｈｕ３１０，ｈｎＳｈｏｃｉｔｒｌｎｕｖｙｎｏＡｅｐｉｇＥｇｎｅｉ，ｉｎｘｉｅｓｙｏｉｃｎｅｈｏｙ，ａｚｏ４００Ｃｉａ）ｎＵｔＳｅｏ
关键词：边坡稳定；数值模拟；Ｌ３安全系数ＦＡＣＤ；中图分类号：Ｕ４Ｔ４文献标志码：Ａ

基桩静载试验-讲义

4.按照试验目的的不同，静载试验分为哪两种类型?
(GB50007-2002规定，地基础设计等级为甲、乙级建筑物的单桩竖向承载力特征值应采用静载试验确定；
《公路桥涵施工技术规范》(JTJ041-2000)规定：特大桥和地质复杂的大、中桥，应采用静压试验方法确定单桩容许承载力。
按照试验目的的不同，静载试验可分为设计提供依据的试验及验收性试验两种类型。
二者规定的不同对于堆载法的实施可产生较明显的差异。
②对于试验终止条件的判定：JGJ106-2003有末级沉降大于前级沉降5倍的规定，GB50007-2002则无。
③对于桩的承载力的确定方法：JGJ 106-2003对大直径桩规定了采用相对沉降的方法确定桩的极限承载力，GB50007一2002并无此规定。
(1)GB 50007-2002：
预制桩在砂土中人土7d后；
粘性土不得少于15d；
对于饱和软粘土不得少于25d；
灌注桩应在桩身混凝土达到设计强度后，才能进行。
(2)JGJ106-2003第3. 2. 6条规定：
在桩身混凝土强度达到设计要求的前提下，当无成熟的地区经验时，休止时间至少应满足：对于砂类土，不应少于7d；对于粉土，不应少于l0d；对于非饱和的粘性土，不应少于15d；对于饱和的粘性土，不应少于25d。对于泥浆护壁灌注桩，宜适当延长休止时间。
④需要强调的是，即使休止时间严格满足规范要求，单桩承载力仍然可能达不到甚至远低于设计要求。
⑤桩周环境问题。无论试桩还是工程桩，均应分析其工作环境并进行对比，确定环境因素对桩承载能力的影响。例如，试桩时，附近仍有打桩或压桩作业，均会造成桩周土中孔隙水压力消散减慢，甚至不降反升或试桩周边有基坑开挖、降水等作业，造成桩周土下沉而对桩产生负摩擦力，这些情况都可能造成试桩承载力实测值偏低。倘若工程桩正常工作中这些或类似的环境条件依然存在，则也就不能考虑桩的承载力随时间增长的问题。

带帽单桩水平荷载作用下工作性状数值模拟

Ｑ
’，＝
带帽单桩水平荷载作用下工作性状数值模拟
陈超群雷金波
（昌航空大学，南江西南昌３０６）３０３
邱明明
［关键词］帽单桩；带水平荷载；数值模拟；工作性状［摘要］为了解带帽单桩在水平荷载作用下的工作性状，运用ＦＡ３ＬＣＤ数值模拟软件，通过对带帽单桩和普通桩数值模拟
两种桩型在荷载作用下水平位移变化趋势基本一的力，因而桩身在土反力和荷载的作用下，力零点剪致，水平位移的大小随荷载的增大而增大，身存在的位置会下移，以桩身最大弯矩的位置会下移。桩所
９８
面积较大，帽处承受了比较大的土反力，桩因而在水
平荷载和土反力的作用下，身弯矩较普通桩小。桩
水平位移（ｍ）
４０００００００５０００００５００２０００２５０００００５３００５００００１０１０００３０３
［信作者］通雷金波（９３１７一）男，，南昌航空大学土木建筑学院副教授，士。主要研究方向：博土力学、处理及边坡工程。地基
２１年６月０２第２６卷桩水平荷载作用下工作性状数值模拟
一嚣
３２水平荷载作用下桩身变位．
随着荷载图４和图５所示为带帽桩（帽２２ｍ）普为土的本构模型选用的是摩尔库伦模型，桩．５和

抗滑桩处理路堤滑坡的数值模拟

抗滑桩处理路堤滑坡的数值模拟
随着交通基础设施的不断建设，路堤滑坡成为限制公路建设的主要难题之一。

如何解决路堤滑坡问题成为当前公路建设领域研究的热点之一。

抗滑桩是一种经济、可行、有效的路堤防护措施。

本文通过建立数值模型，探究了抗滑桩处理在路堤滑坡防护中的优化设计方法。

首先，利用FLAC3D数值模拟软件建立了路堤滑坡稳定性模型，确定了加权拉普拉斯算子边界条件，建立了土体本构模型和抗滑桩的边界条件。

在给定荷载条件下，得到了路堤的初始应力状态和挖掘斜坡稳定性分析结果。

其次，分析了抗滑桩的基本工作原理，并通过分析抗滑桩的工程实例，确定了抗滑桩的参数设置及设计方法。

将抗滑桩设置在挖掘斜坡下方，采用钢筋混凝土桩和灌注桩相结合的方式，实现抗滑桩和土体之间的相互作用。

然后，对比了未设置抗滑桩和设置抗滑桩两种情况下的路堤滑坡稳定性分析结果。

结果表明，在相同荷载条件下，设置抗滑桩可以显著提高路堤的稳定性，减小路堤滑坡的危险程度。

最后，通过敏感性分析探讨了抗滑桩参数设置对路堤稳定性的影响。

结果表明，抗滑桩的长度和间距是影响路堤稳定性的重要因素，建议在设计过程中应根据具体施工条件和土层特性对抗滑桩的参数进行适当调整和优化。

综上所述，本文通过建立数值模型，探究了抗滑桩处理在路堤滑坡防护中的优化设计方法，为公路建设领域的工程设计和施工提供了一定的理论和实践参考。

基于Plaxis的盾构隧道侧穿建筑物桩基的数值研究

基于Plaxis的盾构隧道侧穿建筑物桩基的数值研究摘要：某区间侧穿一高层建筑物的裙楼，距楼桩基最小净距不足2m，盾构法隧道施工存在较大风险。

利用有限元软件PLAXIS-GiD对比分析了加固前后盾构隧道对裙楼桩基变形的影响。

分析表明，加固后盾构隧道对于桩基稳定更为有利，最大沉降减小幅度为29.76%，最大垂向倾斜度减小幅度为34.09%，最大水平倾斜度减小幅度为29.35%。

研究成果不但对工程施工有重要的指导意义，而且丰富了盾构隧道侧穿既有建构筑物的研究。

关键词：轨道交通；盾构隧道；桩基；数值模拟引言随着我国城市化进程的加快和城市建设的蓬勃发展，以地铁为代表的轨道交通越来越受到人们的重视。

盾构法以其独有的特点被广泛应用于地下铁道以及越江隧道的施工建设。

然而，城市高楼密集地下构筑物分布复杂，人们尤其关心地铁隧道施工对城市已有构筑物的影响。

准确预测及现场的量测由于施工引起的地层变形及其影响范围对施工安全和设计都是十分重要的[1-3]。

图1 区间与建筑物平面关系图现有研究大多数集中于盾构施工对周边地表建筑物的影响，主要采用了有限元数值模拟方法进行研究[4]。

对于盾构隧道施工对地下桩基影响的研究却鲜有报道。

本文利用PLAXIS数值模拟软件对某盾构区间隧道侧穿一高层裙楼进行了研究，对比分析了裙楼桩基加固与否的变形与位移开展情况。

研究成果对于指导施工具有重要的实际意义。

1 工程概况某区间隧道盾构施工侧穿一高层楼房的裙楼。

楼房为框架结构，靠北侧为裙楼地上3层。

裙楼桩基为人工挖孔桩，直径1.2m，长度约20~22m。

区间隧道走向与该裙楼桩基布置基本平行，区间隧道整体位于裙楼北侧，侧穿长度约70m。

与区间隧道距离较近近的裙楼桩基有9根，其最小净距不足2m，采用盾构法施工风险较大。

因此必须分析区间隧道施工对裙楼的影响并提出相应保护措施、施工方案及应急预案，以确保盾构施工过程中区间隧道和上部建筑物的安全。

本段区间地面较平坦，为湘江Ⅲ级冲积阶地。

单桩静载荷试验的有限元模拟

单桩静载荷试验的有限元模拟由于静压管桩静载荷试验确定单桩极限承载力具有局限性，因此可以利用有限元分析方法作为单桩极限承载力静载荷试验的补充。

本文结合实际工程，利用有限元分析软件，建立实体几何模型，进行单桩静载荷试验的数值模拟。

结果表明，利用有限元软件所得的单桩静载荷试验q-s曲线与实测曲线基本一致。

从而为静压管桩设计提供重要依据。

标签：有限元；单桩极限承载力；静载荷试验；数值模拟1 引言有限元法简言之为数值计算离散化方法，它从变分原理出发，把泛函能量积分的极值问题转化为一组多元线形方程组来求解。

从物理和几何角度来讲，有限元方法被称作矩阵方法在结构力学和弹塑性力学领域的发展和应用。

有限元方法解决结构问题的基本思想是将该弹塑性体离散分解成有限个小单元体，对于每个单元体，采用有限个确定参数来描述它的力学特性，而对于整个连续弹塑性体的力学特性可认为这些小单元体力学特性按照一定规律进行迭加，从而得出整个连续体的力平衡与连续性关系。

从有限元法应用上讲，最早是采用有限元法进行桩的静载分析，C.S.Desai(1972)等人曾用平面应变有限元法分析了桩基的荷载与变形特性，分析中对土体及桩-土接触面单元均采用双曲线形的应力-应变关系；黄河水利委员会科研所等单位也曾采用双曲线形的桩-土接触面单元有限元法对单桩的竖向承载力进行分析计算。

2 模型的建立2.1 简化处理要对静压管桩进行分析，就必须建立模型，用有限元软件分析静压管桩的单桩承载力，从而作以下假设：1、土层是连续的，没有突变；2、假定土体为理想的弹塑性体；3、静压管桩的材料是均质的、相同的；4、假定桩体为线弹性体，符合广义胡克定律；5、假定在垂直荷载作用下，荷载面和基土之间、桩与周土之间不产生相对滑移，其接触面上的节点在变形过程中始终保持接触。

2.2 桩-土单元模型的选择在有限元单元库中，可用于模拟桩-土材料的单元很多，比如SOLID45，SOLID65，SOLID85等实体模型及用于模拟对称结构的平面模型PLANE42，PLANE82，PLANE182等单元类型。

桩—土—结构相互作用三维数值模拟

3、探讨桩—土—结构相互作用的机制：通过分析桩基与土体以及上部结构之间的相互作用，可以深入了解桩基承载和变形的本质，为工程设计提供理论支持和实践指导。
在分析模拟结果时，应注意以下可能的影响因素：
1、模型参数的设置：模型参数的准确设置是保证计算结果准确性的关键之一。应依据实际工程地质资料和现场试验数据合理确定模型参数。
2、网格划分的精度：网格划分的精度对计算结果的准确性有很大影响。在保证计算效率的前提下，应尽可能提高网格划分的精度。
3、边界条件的处理：边界条件的处理对计算结果的准确性也有很大影响。在数值模拟中，应合理设置边界条件以反映实际工程情况。
谢谢观看
连续介质模型将土体视为连续的弹性或塑性介质，通常采用有限元法或有限差分法进行求解。连续介质模型适用于分析小变形和低应力的问题，且计算效率较高。然而，该方法难以准确模拟复杂的地质条件和应力状态。
混合法是一种结合离散元法和连续介质模型的数值方法。该方法将土体分为若干个单元，其中一部分单元采用离散元法进行模拟，另一部分单元则采用连续介质模型进行模拟。混合法的优点在于能够结合离散元法和连续介质模型的优点，同时降低计算成本。然而，混合法需要合理选择离散元和连续介质模型的适用范围，以确保计算结果的准确性。
采用有限元法对桩—土—结构相互作用进行了数值模拟，分析了不同土体条件和桩端荷载对桩基承载力的影响。结果显示，土体条件和桩端荷载是影响桩基承载力的关键因素。类似地，李志平等（2021）采用有限差分法对桩基在复杂荷载下的变形进行了数值模拟，探讨了不同土体条件对桩基变形的影响。研究结果表明，土体条件是控制桩基变形的重要因素，合理的土体模型是提高数值模拟精度的关键。
方法与模型
桩—土—结构相互作用的数值模拟方法与模型可分为三大类：离散元法、连续介质模型和混合法。

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2
斜坡基桩模型试验
该试验装置主体模型槽长为 6.0 m、高为 3.5 m、
2.1 模型试验系统宽为 3.0 m，试验系统如图 1 所示。试验装置填筑用土为黏性土，在模型试验前，
第9期
程刘勇等：斜坡基桩水平极限承载力及影响因素模型试验和数值模拟
2687
为研究桩身水平位移随深度的变化规律，将桩身应变测试结果进行积分，获取桩 A、B 水平位移随深度的变化规律，见图 2。从图中可以看出：在各级荷载作用下，A、B 两桩水平位移的变化基本相同，均是沿桩深不断减小。当荷载水平较低（9.9 kN 以下）时，A、B 两桩沿桩身的水平位移大小相差不大；当荷载达到 11.25 kN 时，同一级荷载下桩 A 的水平位移大于桩 B；当加载到 12.51 kN 时，桩 A 顶部水平位移突然增大至约 26 mm，接近极限状态，态。这主要是因为桩 A 的临坡距较小，其临坡侧约束基桩变形的土体量相对桩 B 较少，土体对基桩的抗力也偏小，导致相同荷载作用下桩身各点的水平位移较大。
1
引言Βιβλιοθήκη 多种手段和方法研究水平荷载作用下的基桩受力特性[1] ，如章连洋等[2]开展了静载试验、循环荷载试验和循环荷载后再加载试验，分别探讨了荷载大小、频率、循环次数和荷载历史等因素的影响，并根据试验结果作出了沿桩身不同深度的p-y曲线，探讨了黏性土侧向基床系数分布模式和影响因素。李彰明
水平位移/ mm 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 0.0 0.2 0.4 0.6 桩深/ m 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6 1.8 2.0 (a) 桩 A 水平位移/ mm 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 加载 1.20 kN 加载 4.97 kN 加载 7.48 kN 加载 9.99 kN 加载 11.25 kN 加载 12.51 kN
图 1 模型试验系统 Fig.1 Model experiment system
2.2 试验方案针对斜坡基桩的受力特点，主要开展不同临坡距对斜坡基桩水平承载变形特性的影响试验，试验中选取两种不同临坡距，试验方案见表 1。
表 1 模型试验方案 Table 1 Model testing schemes
Abstract: The foundation pile in the slope soil has the dual function of load-bearing and slip resistance. The horizontal force character of it is more complex than the pile in the flat ground. Numerical experiments and model tests are used to study bearing characters and influence factor. Results of the model test show that the distance from the top of the slope has a great impact on horizontal bearing deformation properties of the pile. Under the same level of the load, the horizontal displacement of the pile with a bigger distance is less than that of the pile with a smaller distance. The critical load and ultimate bearing capacity of the pile with a bigger distance is larger than that of the pile with a smaller distance. The result of numerical simulation shows that the horizontal ultimate bearing capacity decreases with the increase of the slope ratio and increases with the growth of the distance from the top of the slope, which is same as the result of model tests. Differences between horizontal bearing deformation properties of piles in the slope and piles in the flat ground are discussed and the calculation method of horizontal bearing capacity of pile in the slope is developed, which can provide a reference to specification revision and engineering design. Key words: horizontal load; ultimate bearing capacity; foundation pile in slope; model test; numerical simulation
位于斜坡上的基桩，具有承重和阻滑的双重功能，其水平受力变形性状远比平地上的横向受荷桩复杂。 20世纪60年代以来，国内外众多学者开始采用
收稿日期：2013-05-31 基金项目：十二五国家科技支撑计划资助项目（No. 2011BAB10B02）；国家自然科学基金项目（No. 51079142）。第一作者简介：程刘勇，男，1988 年生，博士研究生，主要从事土体本构关系及地基稳定性方面的研究工作。E-mail:chengliuyong11@ 通讯作者：许锡昌，男，1972 年生，博士，副研究员，主要从事特殊土土力学研究。E-mail：yuanzesuperman@
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岩
土
力
学
2014 年
等[3]结合工程实际，在土质边坡进行桩基水平荷载试验，研究了水平力作用下的桩体变形特征及承载力，并认为：在水平位移一定的条件下，基桩离坡脚愈近，水平承载力愈大。王梅[4]等也通过模型试验研究了黏性土中基桩的水平承载特性。李桐栋等[5] 用有限元方法和p-y曲线对水平承载桩进行了桩-土共同作用的非线性分析研究，得出一个新的桩-土相互作用的单元计算模型；Karslan等[7]用有限元和边界元相结合的杂交元法研究了侧向承载桩的承载变形特性，并通过试验验证其正确性[8]。 Ng[9]和Chae[10] 等分别采用数值模拟和室内模型试验相结合的方法，研究了斜坡顶面水平荷载作用下基桩的承载性能及其对边坡稳定性的影响。黄银冰[10]、赵恒博[11] 等在现场进行水平静载荷试验，研究了水泥土桩增强灌注桩水平承载特性的效果。袁廉华等[12]开展了轴向荷载对斜桩水平承载特性影响试验及理论研究，推导了考虑轴向荷载影响的斜桩水平极限土抗力计算公式，并通过模型试验及现场试验验证其合理性。综上所述，目前国内外学者对水平荷载下基桩承载变形特性有一定研究，但这些研究大部分针对平地上的基桩，对置于斜坡中的基桩在水平荷载作用下的承载变形特性和作用机制研究较少，更鲜有考虑斜坡坡比和临坡距对基桩水平承载力影响的研究。由于斜坡中基桩两侧土体体积有较大差异，基桩两侧土体的约束力有明显差别，从而影响桩基的承载力，特别是在受水平向荷载时，基桩和两侧土体的相互作用机制更加复杂，斜坡坡比和桩基临坡距对水平极限承载力有明显影响。由此可见，对于水平荷载作用下斜坡基桩的水平承载特性和临坡距、斜坡坡比两因素对其的影响尚需进行深入的研究和探讨。在众多研究方法中，模型试验是最为直观、可信的研究手段之一，但大批量的模型试验费时费力、造价高，因此，设计适量、高质量的模型试验，辅以数值仿真试验是一种行之有效的方法[12]。本文拟采用室内模型试验和数值模拟相结合的方法，研究斜坡基桩的水平承载特性及影响因素，为斜坡基桩水平承载力的确定提供依据。
(State Key Laboratory of Geomechanics and Geotechnical Engineering, Institute of Rock and Soil Mechanics, Chinese Academy of Sciences, Wuhan 430071，China)
方案 1 2 模拟桩编号 A B 桩入土深度 /m 1.9 1.9 临坡距离 /m 0.6 1.2 边坡坡比 1:1.5 1:1.5
2.3 试验准备与实施模型试验箱内的土体按约 30 cm 松铺厚度，分 12 层填筑，干密度控制在 1.6～1.7 g /cm³之间，填筑到设计标高后统一刷坡到坡比 1:1.5。在试验槽内预先埋设两根模型桩之前，对桩身应变测试系统进行调试，系统完好后再开始埋设。试验采用水平作动器加载，将 2 只大量程百分表对称布置于桩顶两侧，用以观测桩顶水平位移变形。加载分 10 级，每级荷载按约 1.2 kN，进行单向 5 循环加载。 2.4 模型试验结果及分析（1）桩身水平位移随深度变化规律
对填筑土体进行了一系列物性试验以及力学试验，得到土体参数如下：黏聚力 c = 35.5 kPa，摩擦角 = 24.18° ，液限为 45.0%，塑限为 27.8%，最优含水率为 20.2%，最大干密度为 1.63 g/cm³，压实度为 0.95，围压为 100 kPa 时，土体弹性模量为 60.2 MPa。模型桩（见图 1）采用截面尺寸为 0.1 m×0.1 m、壁厚为 2 mm 的空心铝管，长为 3.0 m，在铝管表面对称粘贴应变片，为尽量减小应变片接线对桩的影响，接线从铝管内部穿过，试验过程中采用静态电阻应变仪采集数据。