（岩土工程专业论文）静压桩承载力时间效应机制的室内试验研究.pdf

摘要 土体中静力压入桩承载力的时间效应问题是岩土工程中深受关注的问题，如何合理 地估计桩的长期承载力、充分发挥静压桩的特点和优势具有重要的工程实用价值。本文 利用g d s 应力路径三轴测试系统对标准砂和粉质粘土进行室内试验，分析影响桩基承 载力时效的因素，得到一些有意义的结论。本文主要研究工作包括： 1 ) 对饱和标准砂采用分别加载的试验方法，分别在不排水和排水条件下利用g d s 标准应力路径三轴仪进行应变保持试验。分析对比不同排水条件下的结果，得出砂中沉 桩后桩周土体经历的是圃结、剪切蠕变问题，而不是应力松弛问题。 2 ) 对饱和粉质粘土采用与标准砂同样的试验方法，在排水条件下利用g d s 标准应 力路径三轴仪进行应变保持试验以及再加载试验。分析试验结果，得出粘性土中沉桩后 桩周土体经历的是固结、次固结过程，经过固结、次固结后土体剪切强度提高、初始剪 切模量增大。 3 ) 对标准砂和粉质粘土的试验结果进行分析对比，说明砂土中桩基承载力的短期 时效性取决于桩周土的固结，长期时间效应则是桩周土体膨胀引起挤土应力增大的结 果；粘性土中桩基承载力的时效性主要取决于桩周土的固结，次固结对长期时间效应影 响不显著。 关键词：静压桩；承载力；室内应变保持试验；标准砂；粉质粘土；时间效应；固结； 蠕变 a b s t r a c t s o i l p i l es e t - u p w h i c hi st i m e - d e p e n d e n ti n c r e a s ei nj a c k e d - i np i l ec a p a c i t y , i sa n i m p o r t a n tp r o b l e mi ng e o t e c h n i c a le n g i n e e r i n g i fi tw e r ep o s s i b l et oi n c o r p o r a t et h ee f f e c t so f s e t - u pd u r i n gd e s i g n , i tm a yb ep o s s i b l et or e d u c eb u i l d i n gc o s to fp r o j e c t s b a s e do nt h e r e s u l t so ft h ee x p e d m e n t a lt e s t so ni s os a n da n ds i l t yc l a yw i t hg d ss y s t e m , t h ef a c t o r s a f f e c t i n gt h el o n g t e r mb e a r i n gc a p a c i t ya r ea n a l y z e da n ds o m eu s e f u lc o n c l u s i o n sa r eg a i n e d a sf o l l o w s 1 ) as e r i e so fd r a i n e da n du n d r a i n e ds t r a i n - h o l d i n gt e s t sw e r ei m p l e m e n t e d0 1 1i s os a n d w i t hg d sb ym e a n so fr e s p e c t i v e l o a d i n gn m n e lb a s e do nt h ea n a l y s i so ft h er e s u l t su n d e r d i f f e r e n td r a i n e dc o n d i t i o n , ac o n c l u s i o ni sr e a c h e dt h a tt h es o i la r o u n dt h ep i l ei ns a n d e x p e r i e n c e st h ep r o c e s so f c o n s o l i d a t i o na n ds h e a r i n gc r e e p ，n o ts t r e s sr e l a x a t i o n 2 ) 1 1 1 es a n l et e s tp r o c e d u r ei su s e df o rs i n yc l a yu n d e rd r a i n e dc o n d i t i o n ，f u r t h e r m o r e ， s o m es a m p l e sw e r er e l o a d e da f t e ra x i a ls t r e s ss t a b i l i z i n g t h ea n a l y s i ss h o w st h es o i la r o u n d t h ep i l ee x p e r i e n c e st h ep r o c e s so fp r i m a r yc o n s o l i d a t i o na n ds e c o n d a r yc o n s o l i d a t i o n , a n d b o mt h es h e a rs t r e n g t ha n dt h ei n i t i a ls h e a rm o d u l u si n c r e a s ea f t e rc o n s o l i d a t i o na n ds e c o n d a r y c o n s o l i d a t i o n 3 ) t h er e s u l t so f t e s t so ni s os a n da n ds i l t yc l a ya r ea n a l y z e da n dc o m p a r e d ，a n di ts h o w s t h a t ：f o rs a n d ，s h o r t - t e r ms e t u po fb e a r i n gc a p a c i t yo ft h ep i l ed e p e n d so nt h ec o n s o l i d a t i o no f s u r r o u n d i n gs o i l ，a n dl o n g - t e r ms e t u pd e p e n d so ns h e a rs w e l l i n g , w h i c hc a u s e st h er a d i a ls t r e s s t oi n c r e a s ea r o u n dt h ep i l e ；f o rt h ec l a y , t h es e t u po f b e a r i n gc a p a c i t yo f t h e p i l ed e p e n d so nt h e c o n s o l i d a t i o n , a n ds e c o n d a r yc o n s o l i d a t i o nh a sn o tr e m a r k a b l ee f f e c to ns o i 岫i l es e t - u p k e yw o r d s ：j a c k e d e d - i np i l e ，b e a r i n gc a p a c i t yo f t h ep i l e ，e x p e r i m e n t a lt e s t s ，i s os a n d ，s i l t y c l a y , s e t - u p ，c o n s o l i d a t i o n , c r e e p 学位论文独创性声明： 本人所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得 的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文 中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果。与我一同工作的同事对 本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。如 不实，本人负全部责任。 论文作者( 签名) ：j 本叠些 2 矽年 多月b 日 学位论文使用授权说明： 河海大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆、中国学术期刊( 光 盘版) 电子杂志社有权保留本人所送交学位论文的复印件或电子文档，可 以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本人电子文档的内容和纸质 论文的内容相一致。除在保密期内的保密论文外，允许论文被查阅和借阅。 论文全部和部分内容的公布( 包括刊登) 授权河海大学研究生院办理。 论文作者( 签名) ： 音 参月f ；e l 第一章绪论 第一章绪论 1 1 静力压入桩承载力的时间效应 桩基础按其施工工艺可分为预制桩和灌注桩之分，两者各有优缺点。由于预制桩相 比灌注桩具有质量稳定可靠、造价较低、工期短、施工工艺简单等优点，在工程建设的 使用中有逐渐增多的趋势。预制桩常用的沉桩方式主要有三种，即锤击法、静压法和振 动沉桩法。锤击法是过去经常采用的沉桩方式，但随着近些年入们环保意识的提高，以 及锤击法容易引起的桩头破损和断桩等缺点，桩基施工逐渐转向采用静力压入法。随着 抱压机具的压桩力不断提升，使其可以广泛应用于建筑、交通、港口、石油、电力等行 业和有特殊要求等场合。 静力压入桩和打入桩都是一种挤土桩，沉桩过程中桩周土体受到很大的挤压应力， 引起桩周一定范围内的土体发生水平位移和向上隆起【l 】，沉桩结束后，桩基的竖向承载 力也并不是稳定不变的，而是随时间的不断变化呈现逐渐增加的趋势( 如图1 1 所示) ， 这种现象首先由w e n d e l 于1 9 0 0 年观测到，并称之为桩基承载力的时间效应( s o i l p i l e s e t - u p ) ，承载力的增长幅度最多可达沉桩结束时的数倍【2 j 。承载力的增长幅度和速率受 桩的类型、截面形状、长度、土的类型等很多因素影响，但它们之间如何相互作用从而 影响承载力增加的机理仍不被人们所完全掌握【3 j 。在工程实践中，如果设计时能够合理 地估计桩的长期承载力，充分发挥静压桩的特点和优势，从而可能采用较短的桩、较小 的截面长度或较小的施工设备，进而达到降低工程投资并保证工程安全稳定运行的目 的。因而，解决影响静压桩经济性和安全性方面的关键理论技术问题，仍是值得研究的。 荷载l 【n 河海大学硕士学位论文 1 2 静压桩承载力时间效应的形成机制 桩沉入土中之后，其周围土体受到严重的挤压变形和重塑，引起很大的超静孔隙水 压力，在一倍桩径范围有时可以超过上覆土层的自重压力【4 卯，使士体的有效应力大大 下降。压桩产生的超静孔隙水压力值与距桩轴距离的平方成反比；消散时间则与桩的截 面尺寸平方成正比，而与土体的水平固结系数成反比，大直径桩相对小直径桩用时长一 些，桩群的消散时间慢于单桩嘲。随着超静孔隙水压力的消散，土体中有效应力不断增 加，导致土体的抗剪强度提高和作用于桩体上的水平应力加大。由于土体的扰动与再固 结多发生在桩的侧壁附近，因此国内外许多学者将增加的承载力归因于侧阻力的提升u l ， 而f e l l e n i u s 基于m o n o t u b e 桩( 锥形桩) 的试验研究指出应归因于土体的硬化( s t i f f r a g ) 。 根据土力学中的有效应力原理，土的力学性质受有效应力控制，对于桩基的承载力 也不例外，因此，根据超静孔隙水压力的消散过程，将沉桩后桩基承载力的时效分为三 个阶段：基于对数时间轴的非线性消散( 阶段i ) ；基于对数时间轴的线性消散( 阶段i i ) ； 有效应力的稳定期( 阶段h i ) ，如图卜2 所示。 阶段l ：由于桩周土体严重扰动和重塑，超静孔隙水压力的消散速率并不是一个常 量，因而承载力的增加也不是均一的( 二者均基于对数时间轴考虑) 。这个时期中，随 着超孔压的消散桩周土体经历了有效应力、径向应力不断增加、固结和抗剪强度不断提 高的过程，这可以解释沉桩后桩的承载力在短时间内有很大提高的现象。消散持续时间 取决于桩、桩周土体的类型与特性，对粘性士可能持续几天，而在砂土中沉桩结束后就 可能立即进入下一阶段。 阶段i 黎篆器盖曩奏 阶段“ 阶段川 性变化 孔压和承载力都随时问线性变化土体老化、蟠变 i 。 一 t o时f o 0 0 9 ) 图1 之承载力时间效应不同阶段的示意图嘲 阶段：超静孔隙水压力消散速率基于对数时间轴呈线性，开始呈线性消散的时刻 称为t o 。在砂土中该阶段很快完成，在粉士中可能持续几小时到数周，粘土中长达数月 2 第一章绪论 或数年，a z z o u z 曾在试验中发现一直径3 8 c m 的桩压入粘土中其完全固结需要2 0 0 - - 4 0 0 天f 1 0 1 ，w h i t t l e 和s m a b o u r r 指出对于开i = 1 管桩消散持续时间取决于桩径与壁厚的比值。 阶段：超静孔隙水压力消散完成，土体中的有效应力不再增加，这一时期内的承 载力增加完全独立于有效应力，这种现象称之为老化作用( a g i n g ，是指土体在常有效 应力作用下，土体多方面性质的改变) 。老化作用增加了土体的强度、剪切刚度、剪胀 性，减小了土体的压缩性，老化作用亦可增加桩土接触面的摩擦角，其对粗粒土影响明 显，但也并不是每次都会发生【l 。 虽然对超静孔隙水压力的消散分为三期，但是由于场地土层的复杂性，这三个时期 并不是依次发生的，不同深度的土层所处阶段有可能相互交迭，除菲在完全均质场地桩 瞬时完全贯入。因而，某个阶段对承载力增加贡献的大小、某时刻各个阶段对承载力增 加的贡献比例等是很难判别的。 1 3 静压桩承载力时间效应的影响因素 影响桩基承载力时效的因素比较多，但总体上可分为两大类：土的影响和桩的影响。 1 3 1 土的影响 时效性通常认为多发生在饱和的粘土、松一中密的粉士、粉砂、细砂中，在中、粗 砂和砾石中不存在时间效应，但a x d s s o n 在其博士论文中通过大量的现场试验指出在 中、粗砂和砾石中存在时间效应同，c h o w 等闱也在砂中观测到同样的结果。 1 3 1 1 粘土 经过扰动、重塑和再固结，桩周土体的抗剪强度有5 0 6 0 的提高，随着离桩 轴距离( 对数坐标) 的增加其增幅不断减小，直至在约l o 倍桩径处等于扰动前的强度 4 1 。 s e e d 和r e e s e 1 2 发现一个打入软粘土中的赢径0 0 7 m 直径的桩，进过3 0 天后承载力提 高了5 倍。r a n d o p h 同时也提出桩周的应力改变量与土的超固结比o c r 无关【4 】，相反， w h i t t l e 和s u t a b u t r ( 1 9 9 9 ) 认为对于大直径桩，承载力的时效性很大程度上依赖于超固 结比和渗透系数。 1 3 1 2 粉土和砂 在粉士和砂中沉桩引起的超静孔隙水压力消散的非常快，因此，桩基承载力的时效 性可归因于孔压的线性消散阶段和老化作用f 7 】。也有学者认为打桩引起的土拱长期蠕变 后，使作用在桩壁的水平应力增加，加大了桩的侧壁摩擦力【1 3 ，町。 a x e l s s o n 在某一工程中观测到经过三个月的时间，砂土中承载力提高了近1 0 0 ， 并且在每个对数时间周期内增加2 0 5 0 f f l ，c h o w 在砂土中也观测到1 0 0 天增加5 0 1 5 0 0 , 4 ，但是离散度非常大嘲。 3 河海大学硕士学位论文 另外c h o w ( 1 9 9 7 ) 【1 3 】在密实砂中的开口管桩侧壁阻力5 年后增加了8 5 y o r k ( 1 9 9 4 ) 也指出在密实和级配良好的砂中，桩基承载力的时效性显著，松散和不良级配 的砂中时效性不明显【1 4 1 。 无粘性土中对桩基承载力时效有影响的因素还有：剪切模量、桩土接触面的剪胀性 ( 取决于桩壁粗糙度和土粒的特性) 、砂颗粒的形状、大小和强度等n1 3 , 1 4 1 。这些因素 对时效影响程度到底是怎样的，某个或几个因素起控制作用，目前仍然没有个很好的 方法来鉴别和区分。 另外，也有学者在非常密实的粉土和细砂中观测到承载力随时间增长丽下降的现 象1 9 , 皓】，这种衰减很可能是由桩的端阻力松弛而非侧壁摩阻力的衰减。 1 3 2 桩的影响 不同类型的挤土桩都有承载力随时间增大的记录，包括：处理或未处理的木桩、h 型钢桩、开闭口管桩、钢筋混凝土桩等。承载力的增加速率随着桩径的增大而下降。 砂中的h 型钢桩有明显的承载力增加，可以归因于由于锈蚀作用导致部分砂颗粒 粘附在钢桩上，增大了桩的排土体积，从而引起径向应力和接触面的摩擦角增大【玎j 。 桩的透水性亦会影响桩基时效性，比如木桩就提供了一定的排水通道，有利于超静 孔隙水压力的消散，因此，其承载力增加会快于钢筋混凝土桩和钢桩。汪鹏程( 2 1 ) 0 5 ) 1 6 l 将桩视为半透水性材料，分析不同渗透系数的桩周围土的固结过程，当桩的渗透系数与 土的渗透系数比值一定对，桩的渗透越小，孔压消散过程越幔。 预应力钢筋混凝士桩相比h 型钢桩有更明显的时效性，是由于其桩士接触面的摩 擦角相对大一些。 1 4 桩基承载力时间效应的研究方法 前人从不同方面分析了桩基承载力的时效性，认为引起承载力不断增加的因素很 多，根据研究重点的不同，基本上可以分为三类：压桩引起的桩周中超孔压的消散和 土体再固结，使其强度参数提高；土体的老化作用( s o i la g i n g ) 引起桩周土体的刚度 和剪胀性增加，从而提高了桩基的承载力；桩周土体因蠕变作用在桩土接触面上的水平 应力不断增加，引起承载力的提高。 由于桩基承载力时间效应的复杂性，科研与工程技术人员采用了多种方法来研究和 预估其承载力随时间变化的规律，常用的方法有：经验公式法、现场试验法、理论研究 法等。 4 第一章绪论 1 4 1 经验公式法 国外许多研究机构已从事桩基承载力时间效应很多年，积累了大量的不同工程地质 条件下的桩基承载力随时间变化的资料，形成了大型的数据库，通过分析数据库资料并 加以总结，提出了一些经验公式 i i 。目前国外常用的公式是s k o v 和d e n v e r 所建议的公 式，其采用对数时润坐标，具体表达式如下： q q o = 1 + a ll o g ( t t o ) i ( 1 1 ) 式中：9 是桩设置后f 时刻的承载力；q o 是t o 时刻的承载力；一是常量，取决于土 的类型与桩的直径；t o 超静孔压呈线性衰减的时刻( 见图1 - 2 ) 。 为确定函与t o 通常需要做现场的载荷试验，但实际应用中多采用现场数据进行反 分析，或通过当地的经验关系总结得到。影响t o 的主要因素是土的类型和桩的直径。桩 径越大，t o 越大；在粘性土中钢筋混凝士桩和h 型钢桩取t o = 2 天，在无粘性土中取t o = l 天等 7 1 。 参数彳取决于士的类型、桩的材料、类型、尺寸和承载力，但与桩的埋设深度、超 静孔隙水压力的消散无关。爿通常也是采用反分析或经验关系得到。c h o w 通过分析大 量工程数据得到彳的范围在0 2 5 o 7 5 之间 g l ，a x e l s s o n 建议范围在0 2 0 8 之间，但 基于安全考虑，对一般土层取0 2 。需要指出的是，无论采用反分析或经验关系确定a 与t o ，二者是相互关联的，并不是相互独立的【7 1 。 1 4 2 现场试验 野外的现场试验也可用来预估桩基承载力的时间效应。通过现场试验可以将桩侧壁 的阻力与桩端阻力分开，因而可以更好的估计侧壁摩阻力的时间效应。 1 4 2 1 标准贯入期剪试验( s p t t o r q u et e s t ) 该试验是将对开标准贯入探头打入目标土层中，然后在地面施加扭转力转动钻杆从 而带动标贯探头转动，同时记录扭转过程中的扭矩，通过测记不同的间歇时间的所施加 扭矩的变化，进而推测桩的摩阻力的时间效应。1 9 9 5 年r a u s h e 研制了专门的s p l 一扭 剪仪，不仅能测量峰值力和残余力，也可测探头贯入土中后任一时刻的扭剪力，根据初 始时刻的峰值力与较长时间间歇期的峰值力，推测桩基的承载力时效。 首次的s p t _ t 试验在标贯探头贯入士中4 分钟开始后开始。b u l l o k t l 8 1 发现经过不 同时问长度的间歇期，在砂中扭转力是在下降的，在粘土中是上升的；而且在粘性土中 的承载力的增长与粘土中超孔压的消散吻合的相当好，砂土中短时间内二者规律吻合的 差一些。a x e l s s o n 发现砂土中经过不同间歇期的s p l t 试验，峰值扭转力的增加幅值 要远高于残余扭转力的增加幅值，下图为其中一试验结果。 5 河海大学硕士学位论文 n u m b e ro fh a l f - t u r n s 图1 3 砂土中不同间歇期的s p | 扭剪试验结果f 7 】 1 4 2 2 标准贯入上拔试验( s p t u p mt e s t ) r a s h e ( 1 9 9 5 ，1 9 9 6 ) 【9 】在中高塑性粘土中也进行了标准贯入试验的上拔试验。 试验时待标准贯入探头贯入土中后，分别在1 0 分钟、2 5 分钟、7 0 分钟进行上拔，测得 不同时刻的剪切力。初始时刻的剪切力与归一化了的标准贯入击数相关，7 0 分钟时的 剪切力与1 0 分钟的比值称为时效系数。通过试验发现上拔试验与s p t t 数据有较好 的一致性( 上拔力近似等于0 6 8 5 倍的峰值扭转剪力) ，上拔力处于扭剪力的峰值力与 残余力之间。 1 4 。2 3 孔压静力触探试验( c p t u ) 孔压静力触探可测定锥尖阻力、侧摩阻力、孔压，甚至倾斜度、温度等，采样间距 小。密度高，并不受钻孔扰动的影响，其数据可以用来估计土的不排水剪切强度s u 。 由于孔压静力触探试验的结果很大程度上依赖于贯入速率，因此试验必须基于标准的贯 入速率f 嘲。孔压探头贯入目标土层后，可根据孔压消散的不同程度以及消散结束后的不 同时问，熏新启动探头贯入，获得不同时刻的侧壁阻力，最后建立与桩基承载力时效的 关系。 r o b e t l s o n l 2 0 1 在粉土中进行孔压消散后，静力触探侧壁阻力力有很大提高；b u t l o k t l 母 发现经过不同问歇期后，静力触探侧阻力在初始阶段有明显升高，接着在粘性土中持续 升高，而在砂土中有下降的趋势；同时也发现c p t u 的数据与桩在粘土中的时效性较接 近。与在砂土中的时效性一致性差一些。 l a d a n y i 和l o n g t i n ( 2 0 0 5 ) f 2 】利用可以测量水平总应力和孔隙水压力的静力触探仪 ( i s c t ) 在中等坚硬的灰色粘土中进行了应变保持试验( s t r a i n - h o l d i n gt e s t ) ，发现 作用于触探杆壁上的水平总应力很快就衰减稳定下来，超静孔隙水压力消散的相对慢一 些，而水平向的有效应力是先下降然后不断增加( 见图1 - 4 ) 。 6 第一章绪论 图i - 4 总应力、超静孔压、有效应力随时间的变化犯1 l 1 4 2 4 旁压试验( p m t ) 自从上世纪七十年代自钻式旁压仪( s b p m ) 出现以来，它以对土层扰动小并能获 得与室内不排水试验相近的应力一应变关系曲线、解释理论较为成熟得到广泛应用。旁 压试验的过程类似于一个柱孔在径向不断扩张的过程，这一点与静力压入桩采用的解释 7 河海大学硕士学位论文 理论柱孔扩张原理相似之处，因此，旁压试验也多用来模拟静力压入桩的挤土效应。 在时间效应方面的研究主要集中在旁压过程终止后，周围土层固结过程中孔压的变 化和旁压压力的变化，按试验条件的不同可分为：保持旁压压力不变( p r e s s u r e - h o l d i n g t e s t ) 和保持旁压体积不变( s t r a i n - h o l d i n gt e s t ) 两种。p h t 与桩挤土结束后应力状态 不一致，主要用于确定土层的水平渗透系数( 1 【h ) ，而s h t 则与桩挤土结束后所处状态 相似，可以获得该边界条件下桩周土的孔压消散过程和作用在桩壁上作用力的过程， f i o r a v a n t e 阻】在f u c i n o 粘土做了大量的p h t 和s h t 试验，两种试验的旁压应力和旁压 体积是明显不同的( 见图1 - - 5 ) 。 _ b t i m a i i a t i m e o i n ( a ) s h t 试验( 左图：旁压应变一时间，右图：旁压应力一时间) ( b ) p h t i 式验( 左图：旁压应力一时间，右图：旁压应变一时间) 图1 - 5f u d n o 粘土中的p h t 和s h t 试验嘲， 1 4 2 4 载荷试验 相对于上述几种方法，载荷试验数据要更加准确一些，但测试成本要高出许多。为 确定桩基承载力的时效性，应至少进行两次载荷试验，而每次试验的时刻及间歇时间的 选择对桩的承载力预估是非常重要的。为准确测得桩基承载力的时效，第一次试验应尽 可能在桩贯入结束时刻进行，第二次试验间歇时间要尽可能长一些。 8 o 5 l o f q 第一章绪论 常规的载荷试验一般测得总阻力，而不能将桩侧土阻力和桩端土阻力分开，且不能 碍到侧阻力的分布，试验结果不容易用于桩的时效性预测( 目前大多数学者认为时效性 是由于侧阻力的随时间变化而引起的) ，这是因为无法分清端阻力与侧阻力的比例，从 而也无法准确预估承载力的时效性。为达到将侧阻力与端阻力的分开，可以进行上拔试 验及端部载荷试验。当知道端阻力和侧阻力分布后，各层土的深度、类型、有效应力、 强度参数等对时效性的影响就明显了，就有利于建立时效性与各参数之间的关系。 除了上述方法外，还可以采用动力测试法，比如国外的基于c a w a p 的分析法、国 内的大应变动力测桩法，亦可确定出桩侧土阻力的分布，从而确定桩基承载力的时效性。 1 4 3 理论研究 目前对桩基承载力时效性的理论研究主要可分为两个方向，一是基于超静孔隙水压 力的消散，引起的桩周土体的再固结，从而引起土体的密度、剪切强度等参数的变化， 最终导致桩基承载力的提高：二是基于土的老化作用( a g i n g ) 对土性参数的影响，这 是因为很多工程中超孔压已经消散完毕，但承载力仍随时间增加。也有一部分学者认为， 是由于贯入桩时桩周形成的土拱不断向桩方向蠕变，导致作用在桩壁上的有效应力不断 加大，而引起的桩基承载力的提高。 1 4 3 1 超静孔隙水压力的研究 用理论来研究沉桩引起的土中超静孔压的产生与消散过程方法很多，国内外的学者 做了许多工作，归纳起来可以分为以下几种方法：圆孔扩张理论、应变路径法、有限单 元法。 ( 1 ) 圆孔扩张理论 圆孔扩张理论首先由b i s h o p 于1 9 4 5 年提出， b u t t e r f i e l d ( 1 9 6 8 ) 将平面应变条件下的圆柱形孔 扩张来解决桩体贯入问题。他作了如下假定： 乱土是均匀的、各向同性的理想弹塑性材； b 土体饱和、不可压缩的； c 土体屈服满足m o h r - c o u l o m b 强度准则； d 小孔扩张前，土体具有各向同性的有效应 力，体力不计。 圆柱形孔在均匀分布的内压力尸作用下扩张 情况如图1 6 所示。当p 值增加时，围绕着圆孔 的圆柱形区域将由弹性状态进入塑性状态。塑性 区随p 值的增大而不断扩大。设圆柱孔的初始半 径为岛，扩张后半径为如，塑性区最大半径为 9 图1 - 6 小孔扩张示意图 河海大学硕士学位论文 彤，相应的孔内压力最终值为 ，在半径以外的土体仍然保持弹性状态。图中，为离扩 张孔中。t l , ( 桩轴) 的距离，o r 、珊、以为由挤土引起的径向、环向、轴向总应力，u p 为 塑性区边界的径向位移，g 为饱和软土的不排水强度。可以推导得到离扩张中心r 处一 点的应力平衡方程： 孥+ 生堕：0( 1 2 ) a i r， 在塑性区边界上满足m o h r - c o u l o l m b 准则： q 一。z 一。 1 3 j 可得塑性区内应力分布为： 旦：2 l n 生+ l 拿：2 l i l 墨一1 ( 1 4 ) e 7 孚：2 l n 生 后来，l a d a n y i ( 1 9 7 2 ) 、p a l m e r ( 1 9 7 2 ) 、v e s i c ( 1 9 7 2 ) 、h u g h e se ta l ( 1 9 7 7 ) 等人在考虑体 积变化、采用更合适的土体模型等方面做了进一步的研究。 在圆柱型孔扩张理论的基础上，v e s i c 利用h e n l d e 公式解出弹、塑性区孔压的分布 规律：