（岩土工程专业论文）倾斜偏心荷载下基桩受力分析与室内模型试验研究.pdf

硕士学位论文 摘要 桥梁工程中慕桩往往承受竖向苟载、水平荷载、偏心弯矩等复杂荷载作用，其受力 特性较单一荷载情况下要复杂得多。本文结合国家自然科学基金“陡坡段桥梁桩基设计 理论与数值模拟方法研究”课题，对倾斜偏心等荷载下基桩的受力特性及其分析方法进 行较系统深入的研究，具有重要的理论与工程实际意义。 本文首先在综合分析和评价国内外倾斜受荷桩研究工作的基础上，系统论述了倾斜 荷载下基桩的受力特性、荷载传递机理及其影响因素，从而假定地基系数分布函数为 c ( z ) = m z + c ，导得了成层地基中倾斜偏心荷载下、考虑p 效应及桩身自重与桩侧摩阻 力等复杂情况下基桩内力及位移分析的幂级数解，并开发出相应的i n c l i n s y s 计算程序。 继而假定桩身位移为三次幂函数，结合幂级数解答中倾斜偏心荷载下基桩受力微分方稃 确定的桩身弯矩、剪力与桩身水平位移关系，提出了计入p 一效应的杆单元刚度方程及 改进的有限杆单元方法，并开发出能考虑成层地基倾斜偏心荷载、桩自重、水平或蛏向 分布荷载等复杂荷载综合作用及桩身初始倾斜时的基桩内力及位移分析程序p l i s y s 。然 后自行设计并完成了三组8 根倾斜偏心荷载下木质柔性桩模型试验，探讨了地丽以j ：桩 自由长度、桩身刚度、桩身微倾斜角度等因素对倾斜偏心荷载下基桩位移特性的影响， 试验结果与理论计算吻合良好。最后，通过理论计算与试验结果分析，总结出套倾斜 偏心荷载下基桩桩项水平位移计算和桩身地面水平位移计算的半经验公式，并获得一些 有益的结论。 关键词：桩基础，倾斜偏心荷载，幂级数解，改进有限杆单元，成屡地基，p 一效应 自平衡加载 i l l 倾斜偏心荷载下基桩受力分析及室内模型试验研究 a b s t r a c t b e h a v i o ro fb r i d g ep i l e sl o a d e dv e r t i c a l ，h o r i z o n t a l ，e c c e n t r i ca n do t h e rc o m p l e xl o a d s ， i sm u c hm o r ec o m p l e xt h a nt h eb e h a v i o ro fp i l e so n l yl o a d e dv e r t i c a lo rh o r i z o n t a ll o a d s i n t e g r a t i n gw i t hp r o j e c t s t u d yo nt h ed e s i g nt h e o r ya n dn u m e r i c a la n a l y s i sf o rt h eb r i d g ep i l e i ns t e e ps l o p e ”s u p p o r t e db yn a t i o n a ln a t u r a ls c i e n c ef o u n d a t i o no fc h i n a ，r e s e a r c ha b o u t b e h a v i o ra n da n a l y s i sm e t h o do fp i l ef o u n d a t i o nu n d e ri n c l i n e da n de c c e n t r i cl o a d s c o n s i d e r i n gp - ae f f e c t s ，h a sb e e nd o n ei nt h ep a p e r , w h i c hi so ft h e o r e t i c a la n dp r a c t i c a l v a l u e f i r s t l y , b e h a v i o r , b e a r i n gm e c h a n i s ma n di n f l u e n c i n gf a c t o r so fp i l e s u n d e ri n c l i n e d l o a d sa r es y s t e m a t i c a l l yd i s c u s s e db a s e do ns u m m e r yo fr e s e a r c ho np i l eu n d e re c c e n t r i ca n d i n c l i n e dl o a d sh o m ea n da b r o a d s e c o n d l y , i ti sa s s u m e dt h a tb e d d i n gv a l u ed i s t r i b u t i o n f u n c t i o ni nas i n g l el a y e ri sc ( z ) = m z + c ，a n da c c o r d i n g l yp o w e rs e r i e ss o l u t i o ni sp r e s e n t e d f o rd i s p l a c e m e n t ，s t r e s sa n ds o i lp r e s s u r ec a l c u l a t i o no f p i l eu n d e re c c e n t r i ca n di n c l i n e dl o a d s i nl a y e r e ds o i l s ，a n dt h e nac o r r e s p o n d i n gc o m p u t e rp r o g r a m i n c l i n s y s i sd e v e l o p e d t h i r d l y ， h o r i z o n t a ld i s p l a c e m e n to f p i l ei sa s s u m e dt oh a v eal o n g i t u d i n a l l yc u b i cp o w e rf u n c t i o n ，a n d a c c o r d i n g l yi m p r o v e dp o l ee l e m e n tr i g i de q u a t i o nw e l lc o n s i d e r i n gp ae f f e c ti sd e r i v e d i n t e g r a t i n g 、析t hm o m e n t h o r i z o n t a l - d i s p l a c e m e n tr e l a t i o n s h i p a n ds h e a r h o r i z o n t a l d i s p l a c e m e n tr e l a t i o n s h i pb o t hd e r i v e di np o w e rs e r i e ss o l u t i o n , a n dt h e ni m p r o v e df i n i t ep o l e e l e m e n tm e t h o di sd e v e l o p e d ac o r r e s p o n d i n gc o m p u t e rp r o g r a m p l i s y s h a sb e e nd e v e l o p e d w h i c hc a l lb ea p p l i e dt od i s p l a c e m e n ta n ds t r e s sc a l c u l a t i o no fp i l ei nl a y e r e ds o i l su n d e r i n c l i n e da n de c c e n t r i cl o a d s ，m o m e n t ，p i l eg r a v i t y , h o r i z o n t a ld i s t r i b u t e dl o a d s ，v e r t i c a l d i s t r i b u t e dl o a d s ，s c a t t e r i n gv e r t i c a lf o r c e sa n ds o i l - p i l ef r i c t i o n f o u r t h l y , m o d e lt e s t so fe i g h t f l e x i b l et i m b e rp i l e si nt h r e eg r o u p sh a v eb e e nd o n et os t u d yt h ee f f e c t so ff l e el e r l g t ha b o v e g r o u n d ，p i l er i g i d i t ya n ds l i g h ti n c l i n a t i o nt ob e h a v i o ro fp i l eu n d e re c e e n 廿i ca n di n c l i n e d l o a d s ，a n dt h et h e o r e t i c a lr e s u l t sf i tt h et e s tr e s u l t sw e l l f i n a l l y , s e m i e m p i r i c a lf o r m u l af o r d i s p l a c e m e n tc a l c u l a t i o no fp i l e su n d e re c c e n t r i ca n di n c l i n e dl o a d sa r ep r e s e n t e db a s e do n t h e o r e t i c a la n a l y s i sa n dt e s tr e s u l t sa n a l y s i s ，a n ds o m eb e n e f i c i a lc o n c l u s i o n sh a v eb e e n r e a c h e d k e yw o r d s ：p i l ef o u n d a t i o n ，e c c e n t r i ca n di n c l i n e dl o a d s ，p o w e rs e r i e ss o l u t i o n ，i m p r o v e d f i n i t ep o l e e l e m e n t ，l a y e r e ds o i l s ，p ae f f e c t ，s e l f - b a l a n c i n gl o a d i n g 湖南大学 学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所 取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任 何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡 献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的 法律后果由本人承担。 作者签名：忍撇 日期：年月曰 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意 学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文 被查阅和借阅。本人授权湖南大学可以将本学位论文的全部或部分内容编 入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇 编本学位论文。 本学位论文属于 1 、保密口，在年解密后适用本授权书。 2 、不保密团。 ( 请在以上相应方框内打“”) 作者签名：4 叶识翔日期硝年，月却日 导师签名：缈t # 日期：年月日 硕士学位论文 1 1 桩基础概述 第1 章绪论 桩是将上部结构荷载分散传递到周围土体和底部土层中的柱形构筑物，是最主要和 最古老的基础形式之一。 桩基础历史悠久，广泛应用于古代建筑和现代建筑中。重建于公元9 9 7 年的上海龙 华塔，公元1 0 2 3 年至公元1 0 3 1 年间建成的山西太原晋祠圣母殿，以及重建于公元l1 8 9 年至公元1 1 9 2 年的北京西郊闻名中外的芦沟桥，均采用木桩基础，至今风貌尤存1 1 1 。中 世纪建于东安格里拉( e a s ta n g l i ) 沼泽地区的大修道院，采用了橡木和赤杨木桩基础 拉j 。限于古代的生产力水平，木材以其强度高、耐久、易切割和易操作、取材方便等其 它材料无可比拟的优越性，成为古代主要桩材。同时，将木材表面烧黑等防腐技术亦在 占代得到了长足的发展与应用。自1 9 世纪波特兰水泥问世和钢材批量生产以来【3 l ，混泥 土桩、钢筋混泥土桩、预应力混泥土桩、钢桩等以其抗压性能良好、成型方便、造价低 廉等巨大优势逐渐取代了木桩的主导地位，新桩型有如雨后春笋大量涌现。现在，桩基 础不仅广泛用于房屋、桥梁建筑，在海洋工程、港口工程、矿山工程、管道工程、电力 工程、水利工程、道路和铁道工程等领域中亦是应用广泛，在国家和社会的基本建设中 发挥了极其重要的作用。 桩基础种类较多，不同标准分类不同，不同国家地区分类方法亦不尽楣同2 + 4 m ， 按桩土相互作用特点可将桩分为摩擦桩、端承桩和端承摩擦桩：按施工方法不同可分为 沉桩( 又称预制桩) 、灌注桩和管柱，我国常用的灌注桩有干作业长螺旋钻孔桩、泥浆护 壁钻 3 0 m 称为长 桩，1 0 m ，3 0 m 称为中长桩，l 1 0 m 称为短桩；按桩的设置效应不同分为非排土桩、 小量排土桩和大量排土桩，即与英国基础工程标准技术规, 范( c r 2 0 0 4 ) 分类方法大致相 同，该规范将桩分为挤压桩、少量挤压桩和非挤压桩；按桩基础承台的高低可分为高桩 承台桩基础和低桩承台桩基础；按桩的刚度不同分为柔性桩( 2 ，5 三吐) 和刚性桩( a 薹2 。5 ) ； 按桩的数量分为单桩基础和群桩基础。 桩基础承载力高、稳定性好、沉降量小且相对较均匀，作为深基础中有耗材少、施 ： 方便的优点。一般，桩基础在下列情况采用【6 】：1 ) 荷载较大，地基上部十层软弱，适 宜的地基持力层位蚤较深，采用浅基础或人工地基在技术上、经济上不合理时：2 ) 河床 冲刷较大，河道不稳定或冲刷深度不易计算准确，且采用浅基础施工困难或不能保证基 础安全时；3 ) 当地基计算沉降量过大或结构物对不均匀沉降敏感时，则采用桩基础穿过 软弱土层，将上部荷载传递到较坚硬土层，以减少结构物沉降和不均匀沉降：4 1 当施工 水位或地下水位较高时，采用桩基础可避免水下施工，减少施工困难；5 1 地震区可液化 地基中，采用桩基础可增加结构的抗震能力，桩基础穿过可液化土层伸入密实稳定土层， 从而可减少或消除地震对结构的损坏。 1 2 桩基设计理论研究现状 自1 9 世纪末钢筋混凝士问世以来一个多世纪中，随着生产实践的经验积累和科学 研究的不断深入，结构设计观念和理论经过了好几次大的发展和更新【l l 】：最早的结构设 计理论是以弹性理论为基础的容许应力计算方法，这种方法要求结构在规定的标准荷载 下，按弹性理论计算得到的结构任意截面任一点应力不超过容许应力，而容许应力则是 由材料强度除以安全系数求得：2 0 世纪3 0 年代，前苏联首先提出考虑材料塑性性能的 破坏阶段设计计算方法，以达到充分利用材料的目的，这与当时苏联战后栩料紧缺的背 景密切相关：5 0 年代，苏联又提出了极限状态设计计算方法，这种方法是破坏阶段计算 方法的发展，该方法规定了结构的极限状态，并把单一的安全系数分为荷载系数、材料 系数、工作条件系数，而部分荷载系数和材料系数则是根据试验统计资料确定的，无疑 这是设计方法、观念和理论上的大发展，而目前我国公路桥规正是采用这种半经验、 半概率的“三系数”极限状态方法；自7 0 年代以来，国际上开始慢慢采用以概率论为 基础的极限状态设计方法，通常简称为“概率设计法”，但这种方法目前仅在少数几个 国家进入了实用阶段。然而全概率设计理论无疑是一个十分值得开拓的研究方向。 桩基设计理论也基本经历了上述几个阶段，目前广泛采用的是半经验、半概率的“三二 系数”极限状态设计方法。极限状态分为一般可分为承载能力极限状态、正常使用极限 状态和破坏一安全极限状态j 。目前对桩基设计理论研究得较多的是以承载能力极限状 态设计理论为基础的桩基设计计算方法，对以正常使用极限状态设计理论为基础的设训 计算方法研究相对要少得多。以承载能力极限状态设计理论为基础的桩基设计计算方法 中，竖向荷载下、水平荷载下桩基设计计算方法研究较多，倾斜荷载、倾斜偏心荷载下 桩基设计计算方法则研究较少，倾斜荷载下、倾斜偏心荷载下桩基水平、竖向位移计算 方法研究亦十分少。现将国内外对桩基设计计算理论研究状况简要介绍如下： 基桩竖向承载力计算方法研究。基桩竖向承载力由桩端阻力和桩侧摩阻力组成，冈 此研究单桩竖向承载力即研究基桩端阻力和桩侧摩阻力计算方法。因土质不均匀及力学 上表现明显的非线性，目前计算桩端极限承载力和桩侧极限承载力皆为半理论半经验方 硕j 一学位论文 法或经验方法，或干脆通过试验确定。桩端极限承载力半理论半经验计算方法有太沙基 方法( 1 9 4 3 ) 、别列赞采夫方法( b e r e z a n t z e v , k h r l s t o f o r o v 和g o l u b k o v1 9 6 1 1 和梅耶霍夫方法( m e y e r h o f1 9 5 1 、1 9 7 6 ) t 1 , 1 2 , 1 3 ，它们有统一的计算公式，仅是系数计 算方法不同，公式具体形和系数计算方法可参考文献【l ，1 2 ，1 3 】。桩侧极限承载力半理论 半经验计算方法有口法、芦法和a 法【“。t o m l i n s o n l 9 7 1 年提出仅法，即认为桩侧极 限摩阻力r = n “，仅为与土类别、桩类别、设置方法及时问效应等因素有关的系数，o 为桩侧土平均不排水抗剪切强度；c h a n d l e r l 9 6 8 年提出口法，认为桩侧极限摩阻力 f = 舰，为与桩土摩擦角及土内摩擦角有关的系数，唧为土有效应力；b i j a y v e r g i r a 和f o c h t1 9 7 2 年提出法a ，认为桩侧极限摩阻力f 矗( 咿c j ，a 为经验系数。 水平荷载下桩基计算分析方法研究。过去相当长时期内，人们偏重于研究竖向荷载 下桩基工作性能，对水平荷载下桩基工作性能研究较少，直至2 0 世纪3 0 年代国内外学 者才对水平荷载下桩基工作性能及内力位移计算方法进行探讨。1 9 3 7 年张有龄f y l c h a n g ) 提出张氏法，即假定桩侧地基土系数为常数，得出水平荷载下桩基内力位移计 算的解析解答，该法在日本应用时间相当长，真至2 0 世纪7 0 年代才予以取缔1 ”。前苏 联安盖尔斯基1 9 3 7 年提出k 法，即假定地基系数在第一弹零点至地面间随深度增加呈 二次抛物线增长，而在第一弹性零点以下则为常数，该法曾在我国广泛应用j 。n b y p o d h1 9 3 9 年在计算板桩墙时提出m 法，即假定地基系数随深度呈线性增长关系，该 法目前在我国应用广泛，铁路、公路桥梁桩基以及现行国家标准建筑地基基础设计规 范( g 85 0 0 0 7 2 0 0 2 ) 均推荐使用【l l 。日本久保浩1 9 6 4 年提出c 法，即假定地基系数与 深度的o 5 次方呈线性关系“i 。横山幸满( 1 9 7 7 ) ( 7 1 和王伯惠( 1 9 7 8 ) 1 1 4 | 分别给出了地基系数 与深度任意次方呈线性关系时的通解。鉴于线弹性地基反力法的局限性，里法特等对非 线弹性地基假定下桩基计算进行了探讨，提出了港湾研究所方法。1 9 9 0 年吴恒立推导出 桩侧土压力与桩侧土水平位移1 厶次方呈线性关系时的通解，并提出了综合刚度原理和 双参数法 1 卯。马特洛克( m a t l o c k ) 、里斯一考克斯( t e e s e - - c g x ) 等提出安实际应力 应变关系进行计算的方法，即p y 曲线法，该法计算结果与实际吻合最相符，是目前 最流行的计算方法【1 1 。 1 3 倾斜荷载下基桩受力研究综述 工程实际中，桩基础不仅承受竖向荷载，还承受水平荷载，又因现场地质复杂性和 施工中不可避免的误差，竖向荷载与桩顶面形心存在偏差，该偏差即是竖向荷载的偏心 距，竖向荷载与偏心距的乘积即是偏心弯矩，因此桩基础还承受偏心弯矩荷载。由于施 ：工= 偏差，桩基础不可能绝对竖直，桩基础还承受由于施工造成的微小倾斜而产生的附加 荷载。因此研究倾斜偏心荷载下竖直桩和微倾桩的计算方法与受力性能具有十分重要的 = i ：程实际意义。 倾斜偏心荷载下，不仅其水平分力和偏心矩将使桩身产生较大内力和位移，峰向分 倾斜偏心荷载下肇桩受力分析及室内模型试验研究 力也将囡桩身挠曲变形而产生附加弯矩，尤其是地基土质较差、地面以上桩长较大，附 加的桩身挠曲变形和弯矩不可忽略，即所谓的p a 效应。因此，倾斜荷载下基桩受力性 能比单一竖向荷载下或水平荷载下的受力性能复杂得多。鉴于该问题的复杂性，工程中 往往采用简化计算方法，即将桩顶竖向荷载和水平荷载分开计算，然后按小变形迭加原 理计算桩身内力和位移，并在桩身截面强度检算时将弯矩乘上一偏心矩增大系数加以修 正，显然，该简化计算方法精度欠佳，且不能定量评定竖向荷载和水平荷载共同作用对 桩身内力位移大小及分布影响。基于传统方法的不足，近年来，国内外已有部分学者对 倾斜偏心荷载下基桩承载力性能、受力特性和内力位移计算方法进行了理论探讨和室内 模型试验研究，如下： 1 倾斜偏心荷载下基桩承载力研究 k i s h i d ah 和m e y e r h o f , g g ( 1 9 6 5 ) 对砂土地基中竖向偏心荷载下群桩承载力 计算方法进行了理论探讨和试验研究，认为：松散砂土地基中群桩承载力大于单桩承载 力的和，密实砂土地基中则相反；竖向荷载偏心距小于某一限值时，对群桩承载力几乎 没有影响，但大于该限值时，承载力将随偏心距增大而急剧减小【i 。 m e y e r h o f , g g 和r a n j a n ，g 对均匀砂土地基中倾斜荷载下打入剐性单桩承裁力 性能( 1 9 7 2 ) 【1 7 l 和群桩承载力性能( 1 9 7 3 ) 1 s l 进行了理论探讨和试验研究，并总结出了匀质 砂土中倾斜荷载下单桩承载力计算半经验公式。 m e y e r h o f , g g ，m a t h u r ，s k 和v a l s n a g k a r ，a j ( 1 9 8 1 ) ”w 对成层砂土地基 中倾斜荷载下刚性单桩和群桩承载力性能进行了理论和试验研究，总结出了成层砂土地 基中倾斜荷载下单桩承载力与竖向承载力和水平承载力的关系式。 c h a r i ，t r 和m e y e r h o f , t 2 g ( 1 9 8 3 ) ( ”l 进行了匀质砂土中倾斜荷载下刚性模型管 桩室内试验验证了m e y e r h o f , q g 等1 9 8 1 年提出的半经验公式，并褥出结论：荷 载倾斜将显著减小基桩承载力，倾斜角度为3 0 。时承载力将减小3 0 ，倾斜角度为6 0 。 时承载力将减小5 0 。 m e y e r h o f , c 【g 。y a l c i n ，a s 和m a t h u r ，s k ( 1 9 8 3 ) 1 2 l 】通过砂土中倾斜偏心荷载 下单桩和群桩室内模型试验，总结出倾斜偏心荷载下单桩承载力计算半经验公式和群桩 承载力半经验计算公式， m e y e r h o f , c l c t 和y a l c i n 。a s ( t 9 8 4 ) ( 2 2 1 通过匀质粘士中倾斜偏心荷载下刚性桩 室内模型试验，总结出匀质糕性土中倾斜偏心荷载下刚性单桩承载力半经验计算公式。 k o u m m o t o ，t ，m e y e r h o f , g g t 和s a s t r y , v n r n ( 1 9 8 6 ) t t m 深入研究了偏心 距、荷载倾斜角度等对刚性单桩承载力影响，在前人基础上总结出了更符合试验结果刚 性桩承载力计算公式。 s a s t r y , v v r nm e y e r h o e g q 和k o u m m o t o ，t ( 1 9 8 6 ) e 2 4 j 通过成层地基中倾 斜偏心荷载下刚性桩室内模型试验，总结了上层软粘土下层松散砂土的双层地基中偏心 荷载下刚性单桩承载力经验公式。 硕士学位论文 m e y e r h o f , g g 和g h o s h ，d p ( 1 9 8 9 ) 1 2 5 】通过匀质松散砂土中和软粘土中倾斜偏 心荷载下柔性单桩室内模型试验，认为倾斜偏心荷载柔性单桩承载力f j 类似按文献 2 3 1 中公式计算，但埋深d 应修正为等效埋深趣。，相应的极限弯矩弯矩承载力和水平承载 力也都应将d 应修正为现。，既计算公式详见文献【2 5 】。 y a l c i n ，a s 和m e y e r h o f , g g ( 1 9 9 1 ) 【2 6 】通过上层软粘土下层松散砂土的双层地 基中倾斜偏心荷载下柔性单桩室内模型试验，认为成层地基中倾斜偏心荷载下柔性单桩 承载力可类似按文献 2 3 1 q b 半经验公式计算，但埋深d 应修正为等效埋深仇。 候运秋、赵明华和曹喜仁( 1 9 9 8 ) 结合文献 2 7 ，2 8 1 中室内模型试验研究成果，总结了 倾斜偏心荷载下单桩承载力计算半经验公式。 2 倾斜偏心荷载下基桩受力特性研究 d a v a i s s o n ，m t 和r o b i n s o n ，k e ( 1 9 6 5 ) 指出倾斜偏心荷载下，竖向荷载将使水 平荷载和弯矩下基桩内力位移计算增大【3 0 】。 m e y e r h o f , g g 和s a s t r y , v v r n ( 1 9 8 5 ) 1 3 1 1 对松散砂中和软粘土中的倾斜荷载 和竖向偏心荷载下刚性桩侧土压力分布进行了室内模试验研究。认为倾斜荷载或竖向偏 心荷载下基桩达到极限承载力时，松散砂土中桩侧土压力近似三角形分布，软土中近似 矩形分布和梯形分布。 s a s t r y , v v r n 和m e y e r h o f , g g ( 1 9 8 6 ，1 9 8 7 ) 1 3 2 3 3 1 进行了匀质松散砂土和匀质 软粘土中倾斜偏心荷载下刚性单桩室内模型试验研究，认为倾斜偏心荷载下，松散砂土 中桩侧土压力近似里三角形分布，软粘土中则近似呈矩形分布：桩身地面水平位移与荷 载为非线性关系。倾斜偏心较小时桩身水平位移荷载近似呈线性关系。 s a s t r y , v v r ，n 和m e y e r h o f , g g ( 1 9 8 7 ) 3 4 1 进行了粘性土中水平荷载和纯弯矩作 用下刚性单桩室内模型试验，认为：不同成桩方法对桩的受力性能有显著的影响，即当 地基土、桩材、荷载相同时，钻孔灌注桩地面处水平位移是打入桩地面处位移l 。5 3 倍，尽管二者极限承载力基本相等。 s a s t r y , v v r n 和m e y e r h o f , g g ( 1 9 9 0 ) 3 5 1 进行了单层地基中倾斜偏心荷载下 黍性单桩桩内力位移特性试验研究，认为倾斜偏心荷载下柔性单桩桩侧土压力呈非线性 分布，难以用折线近似进行描述，地面处水平位移与倾斜荷载呈非线性关系。 3 ，倾斜偏心荷载下基桩内力位移计算方法研究 7 0 年代横山幸满给出了地基系数为常数时倾斜荷载下单桩内力位移计算的解析解， 并指出应力迭加原理不适于倾斜荷载下基桩计算分析口】。 b a n e r j e e ，p k 和d a v i e s ，t g ( 1 9 7 8 ) 结合弹性半空问m m i n d l i n 解和边界无法， 认为非匀质土层中轴向荷载、水平荷载和弯矩共同作用下桩顶竖向位移、水平位移、转 角计算式如下： 倾斜偏心荷载_ f 基桩受力分析搜室内模型试验研究 1 w im 石：z ，li p l “ = 。 ： ， 何 ( 1 1 5 ) 1 0 j【氏五：厶j m 】 式中f 为与土有关的系数，对竖向桩厶= 疋。= 兀= 五，= 0 ，没考虑p - a 效应【3 6 1 。 王用中、张河水( 1 9 8 5 ) 结合势能原理导得了倾斜荷载下文克尔地基模型中弹性地基 梁的单元刚度矩阵，将有限元方法应用到倾斜荷载下桩基计算分析1 3 ”。 范文1 丑( 1 9 8 6 ) 将地基系数为常数对倾斜荷载柔性单桩内力位移计算解析解用于基枕 内力位移计算，认为计算桩身地面水平位移时应考虑轴向力的影响弘8 1 。 赵明华( 1 9 8 7 ) 在现行m 法假定基础上导得倾斜荷载下单桩内力位移计算幂级数解， 并结合结构稳定理论给出了各种荷载形式下单桩计算分析的半解析解p 。 s a s t r y , v v r n 和m e y e r h o f , g g ( 1 9 9 4 ) 4 0 1 进行了上层松散砂土下层为中等密实 砂土的双层地基中柔性单桩室内模型试验，认为倾斜偏心荷载下成层地基中柔性单桩最 大弯矩、水平承载力、水平位移可按刚性桩计算方法计算，但计算埋深。应取等效埋深 d 。 赵明华、候运秋和单远铭( 1 9 9 9 ) 给出了倾斜荷载下所法或f 法假定基础上纂桩内力 位移计算幂级数解，并将其用于桥粱桩基计算，取锝了较为满意的结果j 。 彭文祥、赵明华( 1 9 9 9 ) 提出当量m 值概念，将m 法假定基础上基桩内力位移计算幂 级数解用于成层地基中倾斜荷载下基桩内力位移计算1 4 2 1 。 吴鸣、赵明华、张天翔( 2 0 0 l ，2 0 0 2 ) 以层状土模拟弹性半空间地基，将有限元有限 层法用于倾斜荷载下单桩内力位移计算 4 4 , 4 5 和大变形条件下近似考虑土的非线性特性 的倾斜荷载下单桩计算狮】。 赵明华、邬宝林和曹文贵( 2 0 0 3 ) 采用g o o d m a n 接触面单元模拟桩土共同作用， 结合桩士体无拉力单元进行倾斜荷载下群桩平面有限元分析，认为：采用g o o d m a n 接触面单元可较好模拟桩土界面力学性能1 4 7 ，柏1 。 吕凡任、陈云敏、陈仁朋和程泽海( 2 0 0 4 ) 用g a u s s 数值积分方法解答了倾斜荷载 下单桩位移积分方程，对倾斜荷载下竖向桩和竖向荷载下斜桩位移内力进行了理论性算 例分析，认为：桩基可以承受 1 0 。的倾角，且倾角对倾斜荷载下单桩竖向位移影响较小， 对水平位移影响较大 4 9 1 。 赵明华、邹新军、邹银生和郭玉荣( 2 0 0 4 ) 提出加权刚度概念并改进有限元一有限层 方法，将其用于成层地基中或非均匀地基中倾斜荷载下单桩计算分析1 5 “。 4 倾斜偏心荷载下基桩室内模型试验研究 k i s h i d a , h 和m e y e r h o f , g ( i ( 1 9 6 5 ) 进行了均匀砂土中竖向偏心荷载下群桩室内 模型试验【1 6 l ，重点观测破坏荷载，不研究位移特性。钢筋模型桩直径0 5 英寸，长1 2 英寸，桩靴成6 0 0 角，群桩为2 x 2 6 d 或3 x 3 6 d ，静压成桩；砂土，级配，内摩擦角 3 5 0 ( 松散) 或4 3 。( 密实) ；埋深为1 1 英寸或1 2 英寸；对模型桩施加竖向偏心衙载至破坏。 硕士学位论文 m e y e r h o f , g g ，m a t h u r ，s k 和扎s n a g k a r ，a j ( 1 9 8 1 ) 进行了成层砂土地 基中倾斜荷载下单桩和低桩承台室内模型试验研究o ”1 ，重点观测破坏荷载，不研究位移 特性。钢筋模型桩0 1 2 5 m m ，埋深2 3 0 m m ，群桩2 x 2 3 8 m m ，桩身倾斜角度为o 3 0 。； 砂土d j o = o 3 m m ，g = 3 0 ，相对密实度d ，范围( 0 3 5 o 7 ) ，内摩擦角范围3 3 4 6 。； 2 5 m m m i n 的等变形速率加载：破坏时，桩顶发生2 5 桩长的位移，转角为1 - - 2 。 c h a r i ，t r 和m e y e r h o f , g g ( 1 9 8 3 ) t 2 0 l 砂土中倾斜荷载下剐性单桩极限承载力更 ：犬比例的室内模型管桩试验。模型钢管桩咖7 5 m m ，壁厚7 m m ，埋深9 9 1 m m ，d b = 1 3 ， 桩身贴又应变片；砂土d l o = 0 9 m m ，g = 1 7 ，尸1 5 2 5 k n m 3 ：砂箱内径o 9 2 m ，高1 2 2 m ： 试验结果包括荷载位移曲线和桩身土压力分布曲线。 m e y e r h o f , g , g ，y a l c i n ，a s 和m a t h u r , s k ( 1 9 8 3 ) i 圳进行了匀质砂土中倾斜偏 心荷载下单桩和群桩室内模型试验。钢筋模型桩咖1 2 5 ，埋深2 0 0 m m ，群桩为 2 2 3 8 m m ，静压成桩；砂土函o = o 3 m m ，g = 3 0 ，松散( d r = o 3 5 ，p = 3 3 。) 或密实( 口一o 7 ， p ：3 3 0 ) ；砂箱4 5 0 m m x 4 5 0 m m x 3 5 0 m m ；偏心距f = o 1 5 0 m m ( e d = 0 0 7 5 ) ；2 5 m m m i n 的等变形速率加载；破坏时，桩顶发生2 5 桩长的位移，转角为l 2 4 m e y e r h o f , g g 和y a l c i n ，a s ( 1 9 8 4 ) 1 2 2 l 进行了匀质粘土中倾斜偏心荷载下刚性 单桩和低桩承台室内模型试验。钢荔模型桩西1 2 5 ，埋深1 9 0 m m ，群桩2 x 2 3 8 r a m ； 饱和粘土，w l = 4 3 ， 铲2 1 ，w = 3 0 ，三轴u u 试验得不排水抗剪强度为1 5 3 0 k p a ， 竖向平均不排水抗剪强度为2 0 k p a ，水平向为2 4 k p a ，分层填入砂箱后静置一星期后进 行试验；偏心距p = o 1 5 0 m m ( e d = 0 0 7 9 ) ：2 5 m m m i n 的等变形速率加载；破坏时， 桩顶发生2 4 桩长的位移，转角为1 4 2 。 m e y e r h o f , g g 和s a s t r y , v v r n ( 1 9 8 5 ) 3 l l 进行了松散砂土中和软粘土中的倾斜 偏心荷载下刚性单桩室内模型试验。钢管模型桩面，7 4 m m ，壁厚7 r a m ，长1 1 0 0 r a m ，埋 深9 5 0 m m ( 科丑一1 2 8 ) ，桩身贴有1 8 个应变片，桩端接有压力传感器；软粘，w e = 4 3 ， _ 2 1 3 ，w = 3 3 ，不排水抗剪强度为1 5 k p a ；松散砂土d z o = 0 3 8 m m ，g _ 2 8 ，肛= o 2 ， 舻1 3 0 0 ，n = 4 7 ，y = 1 3 6 k n m 3 ；砂土箱咖1 0 m x l 6 m ，粘土箱鳓6 m x l 4 m ：分1 0 1 2 级加载，荷载稳定标准为0 0 2 5 m m m i n ( 粘性土) 和0 0 1 0m m m i n ( 砂土) ； e d = 0 1 6 ，0 3 8 ，1 1 7 或m ( 纯弯矩) ：测量的参数有桩顶水平位移、桩顶竖向位移、桩顶转 角、桩身弯矩、轴力和桩端压力；破坏时桩顶发生o 5 3 5 桩长的位移，转角为1 2 。 s a s t r y , v v r n m e y e r h o f , g g 和k o u m m o t o ，t o9 8 6 ) t 2 4 】进行了上层软粘士 下层松散砂土的双层地基中倾斜偏心荷载下刚性桩室内模型试验。钢管模型桩西7 4 m m ， 壁厚7 r a m ，长1 1 0 0 m m ，埋深9 5 0 m m ：软粘土不排水抗剪强度为1 5 k p a ，厚4 8 0 m m ； 松散砂土6 p = 3 0 0 。y = 1 3 6 k n m 3 ；分1 0 1 2 级加载，荷载稳定标准为o 0 2 5 m m m i n ( 粘性 二t ) 和0 0 1 0r a m r a i n ( 砂土) ；e d = o ，3 8 或暖纯弯矩) 。 s a s t r y , v v r n 和m e y e r h o f , g g ( 1 9 8 6 ) t 吲进行了匀质松散砂土和匀质软粘土 中倾斜偏心荷载下刚性单桩室内模型试验研究。试验资料同文献【3 l 】。 倾斜偏心荷载下基桩受力分析及室内模型试验研究 m e y e r h o f , g g 和g h o s h ，d p ( 1 9 8 9 ) 2 5 1 进行了匀质松散砂土中和软粘士中倾斜偏 心荷载下柔性单桩室内模型试验。尼龙模型桩垂1 2 5 ，埋深1 9 0 m m ，群桩为2 x 2 3 8 m m ； 砂土d j o = 4 ) 3 m m ，巴= 2 8 ，三轴试验q s t = 3 2 。，直剪试验咖f 3 5 。，y = 1 4 k n m 3 ，e s = 1 0 m p a ； 软粘土，w l = 4 3 ，w p = 2 1 ，由w = 5 7 的粘土和2 石灰拌和而成，不排水抗剪强度为 2 2 k p a ，e 严1 2 m p a ；砂箱4 5 0 m m x 4 5 0 m m x 3 5 0 m m ；偏心距e = o1 5 0 m m ( e d - - - 0 0 7 9 ) ； 2 0 m m m i n 的等变形速率加载。 s a s t r y , v v r n 和m e y e q o r , g g 0 9 9 0 ) 1 t m 进行了更大比例的单层地基中倾斜偏 心荷载下柔性单桩室内模型试验。p v c 模型管桩西7 3 ，壁厚7 4 m m ，长1 2 5 0 m m ，埋深 1 1 3 5 m m ( d d = 1 5 5 ) ：粘土g = 1 5 k p a ，e s = 3 1 m p a ；砂土d l o 一0 3 m m ，c 。= 2 8 ，三轴试验 t = 3 0 0 ，直剪试验曲f 3 5 。，p = 1 4 k n m 3 ，地面处e s = 0 ，线性增长至埋深1 1 3 5 m m 处 最= 2 5 m p a ，n = 4 7 ；砂箱4 5 0 m m x 4 5 0 m m 3 5 0 m m ；偏心距口= o 1 5 0 m m ( e d = 0 0 7 9 ) ： 2 0 m m m i n 的等变形速率加载。 y a l c i n ，a s 和m e y e r h o f , g g ( 9 9 1 ) 1 2 6 】进行了上层软粘土下层松散砂土的双层 地基中倾斜偏心荷载下柔性单桩室内模型试验。尼龙模型桩西1 2 5 ，埋深1 8 0 m m ，群桩 为2 x 2 3 8 m m ；砂土d l o ；1 5 m m ，三轴试验q b t = 3 0 0 ，直剪试验曲旷3 3 。，7 = 1 4 k n m 3 ；软 粘土，w 叫3 ，w 。= 2 l ，w = 3 2 ，由w = 5 5 的粘土和2 石灰拌和而成，厚，不排水 抗剪强度为2 4 k p a ，y = 1 6 8 k n m 3 ；砂箱4 5 0 m m x 4 5 0 m m x 3 5 0 m m ；e d = 0 1 4 ，0 4 1 ，0 8 l 和 ( 纯弯矩) ；粘土厚度与埋深比例d 印，0 2 5 ，o 5 ，o 7 5 或1 0 ；2 0 m m m i n 的等变形速 率加载。 赵明华、候运秋和曹喜仁( 1 9 9 7 ) 1 2 7 - 2 8 0 94 1 】进行了均匀砂土柔性单桩室内模型试验。铝 合金模型管桩外径1 6 m m ，壁厚2 m m ，长度有8 0 0 m m 、9 0 0 m m 和1 0 0 0 m m 三种；砂土二 d 6 0 = o 4 6 m m ，d m = o 2 2 m m ，g 严2 0 9 ，p = 1 5 2 1 5 4 9 e r a ，q b = 3 6 。 彭文祥、赵明华进行了双层砂土地基中倾斜荷载柔性单桩室内模型试验。锅合金模 型管桩外径1 6 r a m 、壁厚2 m m 、长度有1 0 0 0 m m 、l l o o m m 、1 2 0 0 m m 和1 3 0 0 m m 四种， 砂土g = 2 0 9 ，上层松散砂土15 c m 自然填实，下层砂土击实 4 2 】。 5 倾斜偏心荷载下基桩受力研究展望 m e y e r h o f , g g ( 1 9 9 5 ) t ”】总结了倾斜偏心荷载下基桩受力研究状况，指出：目前试 验研究仅限于模型试验研究，而足尺试验则未见报道，倾斜偏心荷载下桩基位移性能研 究较少。 赵明华、吴鸣和邹新军( 2 0 0 3 ) 总结倾斜荷载下桩基研究现状，并对以后研究发展动 态作了预测估计，认为：倾斜荷载下群桩基础内力位移计算方法和模型试验乃至现场试 验研究、周期或动力荷载下桩基受力性能研究、粘性土中倾斜荷载下桩基计算分析研究 和现场试验研究是以后桩基研究的重要发展方向