偏心距对水平受荷双桩基础响应影响

1、偏心距对水平受荷双桩基础响应影响孔令刚 1，2，顾明 1，2，陈仁朋 1，2，陈云敏 1，2(1. 浙江大学 岩土工程研究所，浙江 杭州 310058；2. 浙江大学 软弱土与环境土工教育部重点实验室，浙江 杭州 310058)摘要：通过双桩基础的大比尺模型试验研究水平偏心荷载下基桩的受力变形性状；采用 ABAQUS 数值模型分析荷载偏心对双桩基础工作性状的影响。研究表明，双桩基础水平荷载承台水平位移曲线与水平单桩曲线变化规律 相同，荷载偏心对双桩基础水平变形有一定影响，水平刚度随偏心距增加而降低；水平偏心荷载导致双桩基础中 基桩桩头剪力不均匀，接近加载点的基桩桩头剪力最大，随偏心距增加基桩桩

2、头剪力与运动方向出现相反的情况； 水平和扭转荷载耦合使基桩扭转刚度较单桩明显增加，但偏心距增加使该耦合效应影响减小；基桩扭转反力对抵 抗外加扭矩的贡献随着水平荷载增加减小。关键词：桩基础；水平偏心荷载；大尺寸模型试验；数值模拟中图分类号：TU 473文献标识码：A文章编号：10006915(2013)增 2417409INFLUENCE OF ECCENTRICITY ON TWO-PILE FOUNDATIONSUBJECTED TO LATERAL LOADINGKONG Linggang1，2，GU Ming1，2，CHEN Renpeng1，2，CHEN Yunmin1，2(1. In

3、stitute of Geotechnical Engineering，Zhejiang University，Hangzhou，Zhejiang 310058，China；2. Key Laboratory of Soft Soils and Geoenvironmental Engineering of Ministry of Education，Zhejiang University，Hangzhou，Zhejiang 310058，China)Abstract：A large scale model test of two-pile foundation in saturated si

4、lt is carried out to investigate the responseunder eccentric lateral loading. An ABAQUS numerical model is built and validated by the model test result. The effect of eccentricity of applied lateral loading on the behavior of the foundation is further studied using the validated model. It is found t

5、hat the applied load-horizontal displacement curves of the pile cap of the two-pile foundation are close to a laterally loaded single pile curve in shape. The lateral stiffness decreases with the increasing eccentricity of the applied load. Eccentricity can induce significant difference in pile-head

6、 shearing between the two piles. The pile next to the load point undertakes more shear force and the pile-head shear resistance of another pile can be opposite to its displacement in direction under a certain eccentricity. The torsional rigidity of the individual piles is far greater than that of a

7、corresponding single pile subjected to torsion because ofthe deflection-torque coupling effect in the piles，but the influence of the coupling effect decreases with theincreasing eccentricity. Both torsional and lateral resistances of the individual piles contribute to resist the applied torque；and t

8、he contribution of torsional resistances of the individual piles to the applied torque significantlydecreases with the increasing applied load.Key words：pile foundations；eccentric lateral load；large-scale model test；numerical simulation收稿日期：20120517；修回日期：20120702基金项目：国家自然科学基金资助项目(50809060)；中央高校基本科研业

9、务费专项资助项目(2011QNA4013)；浙江省重点创新团队支持计划项目(2011R09050)作者简介：孔令刚(1974)，男，2006 年于香港科技大学土木系岩土工程专业获博士学位，现任副研究员，主要从事桩土相互作用方面的研究 工作。E-mail：klg第 32 卷 增 2孔令刚等：偏心距对水平受荷双桩基础响应影响 4175 100引言180海上桥梁、水上平台及输电塔等大型结构长期受到风、浪、波流等荷载的作用，服役期内甚至遭 受船舶撞击。实际上，对于这些主要受到水平荷载 作用的结构，会因所受荷载存在偏心而受到扭矩作 用，这就使结构下部的群桩基础受到水平荷载和扭 矩的联合作用。B. J.

10、Vickery1对偏心荷载导致群桩 基础产生了永久性扭转变形进行报道；我国 2007 年发生的广东九江大桥事件也是偏心荷载导致基础 破坏的案例。目前人们对水平偏心荷载下群桩响应 的认识仍十分有限，因此，深入认识不同荷载偏心 对群桩基础工作性状的影响具有理论研究和工程应 用价值。陈仁朋等2针对水平偏心受荷 3×3 群桩基础研 究和 L. G. Kong 等3-5群桩扭转试验研究表明：群桩 所受水平荷载和扭转荷载之间存在显著的耦合效 应，外加扭矩显著降低群桩水平承载能力；群桩中 各基桩内力也表现出明显的差异，且随着偏心距增 加，差别更加明显；桩头水平剪力与扭转反对抵抗 外加扭矩都发挥了重

11、要作用。本文的研究是上述研究工作的继续和深入。通 过双桩基础的水平偏心加载大尺寸模型试验，进一 步验证和揭示荷载偏心条件下桩基的受力和变形规 律；采用 ABAQUS 有限元数值对该双桩试验结果 进行模拟，并通过进一步分析揭示不同偏心距对双 桩基桩受力和变形特性的影响。6040200100103102101土粒直径/mm图 1 模型土样的颗粒级配曲线Fig.1 Particle size distribution curve of model soil给出了试验土样的颗粒级配曲线，由图可见，试验土体颗粒较均匀，不均匀系数为 2.56。土体的主要13指标见表 1。表 1 地基土主要性质参数13Ta

12、ble 1 Main properties of model soil13最大干密度/有效土粒相对密度最优含水量/%有效内摩擦角/(°)塑性黏聚力/ 液限/% 塑限/%指数kPa3(g·cm )2.691.571830132239模型土体采用分层振实法填筑，每层填土质量和振实过程保持一致，保证制备土体有较好均匀度， 土体填筑到预定标高后通过水位控制系统饱和。振 实机械采用 NZH 型振实机，振实力 2 0 kN，振动频 率 22 Hz，总质量 190 kg。填土前控制土体含水量14%16%；采用分区方式控制放土量，使每区块 土体达到控制质量，平整各区域土体使土体均匀分 布。

13、振实机械蛇行前进往复振实，振实过程中机械 行走路线与已振实部分重叠 1/2，经 3 次振实该层填 土厚度达到 20 cm。土体填筑到预定标高后，通过 试验槽底部设置的进水网路向土层中缓慢注水，使 粉土层达到饱和。土体填筑过程中，采用环刀法测量每层土体密 度，采用烘干法测量土体含水量，从而计算得到土 体的平均饱和密度为 1.78 g/m3。最后选择 9 个不同 位置进行静力触探试验，测得平均侧摩阻力和锥尖 阻力分别为 8 和 1 200 kPa。地基土的制备方法和测 试结果可参考王书行等6，8的研究。2.3 模型桩基本试验模型桩采用 2 根长 6 m、外径 0.114 m、2试验概况2.1 试验

14、模型槽本试验在浙江大学软弱土与环境土工教育部重 点实验室的大型土工物理模型试验槽中进行。该试 验槽尺寸为 15 m×5 m×6 m(长×宽×深)，主体采用钢 结构，梁柱上通过卡扣安装反力横梁，各种加载及 量测装置可以安装于反力梁上。试验槽安装有一套 水位控制系统用于饱和土体和调节水位。该系统由 试验槽底部管网、水箱和上水压力泵组成。该试验 槽已用于模拟多种复杂条件下的岩土工程问题6-12。2.2 试验土样制备模型试验用地基土为钱塘江边采集的粉土。图 1小于某粒径土累计质量百分比/% 4176 岩石力学与工程学报2013 年壁厚 4.5 mm 的无缝钢管，

15、在桩端焊接高 0.11 m 的锥形桩尖形成闭口桩。承台利用 2 根工字钢焊接而 成，尺寸为 0.57 m×0.26 m×0.30 m(长×宽×高)。2 桩 间距为 3 倍桩径，即 0.342 m，模型桩顶高出承台上 表面 50 mm，如图 2 所示。力。土面以下也布置了 8 道应变片测量弯矩及扭矩沿桩身分布。2.4 试验装置及试验过程本试验设计了一套压桩装置来完成模型桩的压 入。该装置由钢框架和液压油缸组成。钢框架固定 于模型槽反力梁上，液压油缸安装在钢框架顶端的 横梁上。打桩时，先将单根钢管模型桩放入压桩架， 调整液压油缸与钢管模型桩在同一铅垂线上；然

16、后 控制液压油缸将模型桩匀速压入土中；当液压油缸 达到最大行程后，缩回油缸作动杆，在桩头连接套 延长筒，然后继续压桩；重复上述过程直到将单桩 压到设定深度。采用上述装置，按照先桩 P2、后桩 P1 的顺序 (基桩编号见图 3)将 2 根桩压入土体中 3.52 m 深度， 然后现场拼装工字钢，将工字钢翼缘与钢桩焊接牢 固，在工字钢与模型桩之间的空隙填筑混凝土。另 在承台侧边焊接一延长臂作为水平加载臂，荷载偏 心距为 320 mm，如图 3 所示。图 3 还给出了试验加载及测量装置的布置情 况。水平荷载通过钢丝绳绕过固定滑轮悬挂重物的 方式施加，水平荷载大小由连接在钢丝绳前端的轴力计测量。为获得承

17、台位移，在 y 向布置了 4 支LVDT 测量水平位移及转角，在承台上方布置 3 支 激光传感器监测承台竖向位移及倾覆角。从完成压桩工作到开始加载试验通常需要 3 d时间。加载过程采用快速维持荷载法加载，即在每 级荷载加载后维持 1 h，按 5，10，15，30，45，60min 测读桩头扭转角，然后施加下一级荷载。为进行对比验证，本文在同一场地还开展了单 桩水平静载试验和扭转加载试验。其中，单桩扭转加载试验采用桩头反对称连接钢丝绳悬挂重物的方式实现加载，该单桩试验详细介绍参见王书行6的 研究。P2P1第 10 道第 9 道第 8 道第 7 道道MM N MM N M第 6 道第 5 道9 道

18、 MM T MM T M第 4 道x'y'x'y'x'第 3 道弯矩应变片轴力应变片第 2 道扭矩应变片第 1 道图 2 模型桩应变片布置(单位：mm)Fig.2 Layout of strain gauges along model piles(unit：mm)为测量桩头内力，在承台下 1.0 和 1.3 m 位置桩身布置 2 道应变片，如图 2 所示。每道弯矩应变片 沿 y 和 x 水平 2 个方向(见图 3)各布置 1 组桥路，即 桩身同一高度设置互成 90°的 2 组桥路。根据实测 的 2 道弯矩值即可计算得到相应方向上的桩头剪水平荷载

19、3试验结果及分析3.1 承台荷载位移曲线图 4 给出了水平荷载承台水平位移曲线。承 台水平位移指承台中心点(图 3 中点 O)在 y 向的位 移。在 110 mm 的水平位移范围内，水平荷载随位 移呈近似线性增加。图 4 中也给出了单桩水平静载试 验曲线，双桩基础水平荷载承台水平位移曲线与水平受荷单桩变形规律相似。图 5 给出了外加扭矩 与承台扭转角曲线。在 1°左右位置存在明显的拐点。加载臂激光计yy'O(O¢)图 3 试验加载及测量装置(单位：mm)Fig.3 Loading and measuring devices for the model test(un

20、it：mm)300260600500500400 400 400 400 940 300 1 000 350LVDTLVDT位移计位移计570342P2OP1320x' xLVDTLVDT位移计位移计TNM承台350地基表面1 000300940400第 10第 1400400400500500600第 32 卷 增 2孔令刚等：偏心距对水平受荷双桩基础响应影响 4177 3.2 基桩桩头内力受水平偏心荷载的双桩基础，由于荷载垂直于2 桩连线，水平力和扭矩产生的基桩桩头剪力和桩 头位移在同一方向，因此可以得到基桩桩头剪力 水平位移曲线，如图 7 所示。图中，基桩桩头水平 位移是通过承台

21、水平位移和承台扭转角度计算得到 的。实测承台存在 x 向位移，但仅为 y 向位移的 1/11， 在基桩桩头水平位移计算时忽略该影响。图中桩头 剪力采用 y 向应变片实测值。在加载过程中，桩身 应变片会随基桩一起旋转，如图 3 所示，由 y 轴至 y¢轴，最大转动了 6°(见图 5)，因此在 x 向应变片测 到桩头剪力，约为 y 向的 1/10。虽然应变片所测剪 力不是 y 向桩头剪力，由于转动角度下，应变片实 测值与桩头 y 向的剪力值相差小于 1%，因此可以采 用实测值作为桩头 y 向剪力。65单桩水平静载数值结果43210020406080100120承台水平位移/mm

22、图 4水平荷载承台水平位移曲线Fig.4 Applied load-horizontal displacement curves of pile cap2 0001 6001 2006试验结果5数值结果8004数值结果400数值结果30012345672承台扭转角/(°)图 5 外加扭矩承台扭转角曲线Fig.5 Applied torque-twist angle curves of pile cap10020406080100 120 140 160桩头水平位移/mm当转角小于 1°时，扭转刚度较大；当超过 1°，扭矩的增长明显减缓但仍呈线性变化。该规律与陈仁朋

23、 等2，5的试验结果相似。图 6 给出了 y 向承台倾覆 角随水平荷载的变化关系。试验测得承台最大倾覆 角为 2°，且倾覆角随水平荷载近似呈线性变化。图 7 基桩桩头剪力水平位移曲线Fig.7 Pile-head shear force-horizontal displacement curves由图 7 可见，靠近加载点的 P1 随着桩头位移增加，其剪力近似线性增大；而远离加载点的 P2 剪力 则增加缓慢，当位移大于 50 mm 后，剪力出现下降。 图 7 也给出了单桩水平加载下的桩头荷载水平位 移曲线。对比单桩水平静载试验结果可以发现，P1 的水平承载能力增强明显，而 P2 则明

24、显减弱。上述 现象可结合桩头弯矩变化规律加以分析。图 8 给出了基桩桩头弯矩随水平荷载的变化规 律。桩头弯矩由土面上 2 道应变片(第 9 和第 10 道) 数据外推到加载点高度得到。由图 8 可见，P1，P2 桩头弯矩在加载过程中大小基本相等，而方向相反。 在水平偏心受荷的双桩基桩中，与 2 桩连线垂直的 水平力不会在桩头产生弯矩，而由于偏心产生的扭 矩则会在桩头产生大小相等、方向相反的弯矩。P165432数值结果100.00.51.01.52.02.5承台倾覆角/(°)图 6 水平荷载承台倾覆角曲线Fig.6 Applied horizontal load-rotation an

25、gle curves of pile cap扭矩/(N·m)水平荷载/kN水平荷载/kN桩头剪力/kN 试验结果P1 P2单桩 单桩 P1P2水平静载试验结果 水平静载数值结果试验结果 数值结果 双桩试验结果 双桩数值结果 单桩水平静载试验结果 4178 岩石力学与工程学报2013 年这一规律与 L. G. Kong 等3-5在群桩扭转加载试验及陈仁朋等2在 3×3 群桩偏心加载试验结果较一 致。对于 P1，水平向位移和荷载较大，因此耦合作 用更为明显，表现为承担的扭矩随转角持续增加， 且达到一定转角后大于 P2。由于 P2 桩头剪力和弯 矩均促进桩头水平位移沿同一方向发展

26、，因此小扭 转角下桩身头扭转反力大于 P1；随着荷载增加，桩 头剪力下降(见图 7)和桩头弯矩增加(见图 8)同时出 现，P2 桩头扭转反力不再增长。3.3 荷载分配规律图 10 给出了 2 根桩在加载过程中承担水平外荷 载的比例关系。总体而言，P2 在加载过程中所承担 的剪力小于 P1，并且 2 桩之间的差异随加载不断增 大。图 11 给出了群桩偏心加载过程中桩头扭矩占总 扭矩的比例变化，该比例从开始的 97%下降至 70% 左右。实际上，各基桩的桩头扭矩及桩头剪力形成 的力矩都对抵抗扭转荷载有贡献。图 11 说明，加载 初期，当群桩水平位移和转角较小时，外加扭矩主 要由各基桩的扭转反力来承

27、担；随着荷载增加，水 平变形引起的土体反力对群桩抗扭的贡献不断增 大。该规律同群桩扭转离心机试验3-5和 3×3 模型试 验2得到的规律一致。54321012345P2 试验结果0123水平荷载/kN456图 8基桩桩头弯矩水平荷载曲线Fig.8 Pile-head bending moment-horizontal displacementcurves桩头弯矩抑制了桩头水平荷载方向上的水平位移，而 P2 桩头顶弯矩促进了桩头水平位移的发展，因 此图 7 中 P2 桩头剪力在位移相等的情况下，剪力 明显小于 P1，且随着桩头弯矩的增加，2 桩剪力差 异不断增大。图 8 中，当荷载大于

28、 3 kN 时，桩头弯 矩随荷载增加明显，这能解释当 P2 桩头位移大于50 mm 时，剪力随位移出现下降的规律。图 9 给出了 P1 和 P2 的桩头扭矩扭转角曲线。 可以看出，在水平偏心荷载下，群桩中 2 基桩的扭 转性状明显不同。在初始阶段，2 桩承担扭矩均随 转角增大而迅速增大，其中 P2 增长更快，当扭转角 达到 1°后，P1 扭矩继续随转角增加，而 P2 扭矩则 缓慢增加趋于恒定值(550 N·m)。图 9 还给出了单桩 扭转试验的桩头扭矩扭转角曲线，可以看出，单桩 在扭转角约等于 1°时达到 270 N·m 的极限扭矩。 相比单桩，双桩基础

29、中的基桩抗扭承载能力均显著 提高。这说明桩头剪力和弯矩对桩头扭转产生影响， 即群桩中水平与扭转荷载之间存在耦合效应。10080604020P1 数值结果700001 0002 0003 0004 0005 0006 000水平荷载/N600500图 10基桩剪力分配曲线Fig.10 Pile-head shear force contribution to applied loads400300数值分析4200P1 数值结果P2 数值结果单桩扭转试验结果100为了进一步研究不同偏心距对双桩基础受荷性状的影响，本文采用大型有限元程序 ABAQUS 对 双桩基础进行了模拟。ABAQUS 建模过程中

30、，桩身材料采用线弹性模001234567桩头扭转角/(°)图 9 基桩桩头扭矩扭转角曲线Fig.9 Pile-head torsion-twist angle curves桩头扭矩/(N·m)桩头弯矩/(kN·m)桩头剪力占水平外荷载比例/%P1 试验结果P2 试验结果单桩扭转数值结果P1 试验结果 P2 试验结果P2 数值结果P1 试验结果 P1 数值结果P2 数值结果第 32 卷 增 2孔令刚等：偏心距对水平受荷双桩基础响应影响 4179 6100580460基桩扭矩承担试验结果3基桩剪力承担试验结果基桩扭矩承担数值结果40基桩剪力承担数值结果2偏心加载 e

31、= 2.8D120002040608010012000400800120016002000承台水平位移/mm扭矩/(N·m)图 12 不同荷载偏心下双桩承台荷载水平位移曲线Fig.12 Applied load-horizontal displacement curves of two-pile subjected to lateral loading with different eccentricities图 11桩头剪力和扭矩对总扭矩的贡献Fig.11 Contributions of pile-head shear forces and torques toapplied t

32、orque2 0001 7501 500型，土体采用莫尔库仑模型，桩土单元均采用C3D8R(8 节点六面体线性减缩积分)单元，在桩土接 触面处设置 3 节点接触单元，法向采用“硬接触” 允许桩土脱开分离，切向采用弹性库仑摩擦模型。 根据孔令刚等14的方法，由双桥静力触探结果计算 确定土体的弹性模量值为 8 MPa。图 4 对比了单桩 水平加载的数值结果与试验结果，两者吻合较好。 根据单桩扭转试验结果，经过试算确定桩土接触单 元摩擦因数为 0.6，图 9 表明计算结果和单桩扭转试 验结果吻合。但采用 0.6 的摩擦因数并未得到与双 桩试验结果相吻合的计算结果。可能是由于压桩施 工产生的 2 桩之

33、间相互影响增加了桩身正压力，从 而提高了桩身侧摩阻力。为获得与试验接近的数值 结果，采用提高摩擦因数的方法，经试算确定摩擦 因数为 0.7。图 9 中给出了数值结果与试验结果的对 比。计算结果与实测曲线的差异可能与压桩顺序和 施工扰动等因素有关。后压入土中的 P1 会增加 P2 桩周的土压力，从而提高 P2 的抗扭能力。图 411 给出了数值结果与试验结果对比情 况。对于双桩基础的整体变形，数值分析结果与试验结果吻合较好。图 10，11 中数值结果与试验曲线 的差异主要来源于图 9 中桩头扭转反力的差异。图 411 的对比说明建立的 ABAQUS 模型能够模 拟水平偏心加载双桩基础的基本规律。

34、1 2501 000750500偏心加载 e = 2.8D2500012345678承台转角/(°)图 13 不同荷载偏心下双桩承台扭矩转角曲线Fig.13 Applied torque-twist angle curves of two-pile group subjected to lateral loading with different eccentricities载承台水平位移曲线及外加扭矩扭转角曲线。由图 12 可见，群桩水平刚度随偏心距的增大有所降 低，说明偏心距对双桩基础的水平变形性状有影响。 图 13 显示偏心距对承台抗扭能力的影响较小。上述 规律同陈仁朋等2的研

35、究一致，但其研究中 3×3 群 桩中偏心距对群桩水平承载能力影响较大，其主要 原因可能在于双桩基础中的桩周土应力叠加效应与3×3 群桩相比不明显，即群桩效应较弱。上述偏心距 引起的承台水平位移增加应主要由土的非线性导致。 图 14(a)给出了不同工况下群桩基桩的桩头剪 力水平位移关系。随着偏心距的增加，相同位移 下 P1 承担的剪力不断增加；而 P2 出现了从桩头剪 力随位移下降到桩头剪力与位移反向再到桩头剪力 与位移同向(如双桩受纯扭)的变化过程。 3×3 群桩 试验2同样发现，当荷载偏心距较大时，不同位置 基桩桩头剪力无论方向和大小都存在巨大的差异。利用该模型

36、又分别计算了偏心距为4.2D(480mm)和 5.6D(640 mm)、纯扭转加载及水平加载 4 种工况，其中 D 为桩径。图 12，13 分别给出了不同加载条件下水平荷分担比例/%扭矩/(N·m)水平荷载/kN 扭转加载 偏心加载 e = 4.2D偏心加载 e = 5.6D 水平加载 偏心加载 e = 4.2D偏心加载 e = 5.6D 4180 岩石力学与工程学报2013 年10700860065004004P2：扭转加载 水平加载P1：e = 2.8D23002000 P1：e = 2.8D P2：e = 2.8D2100P1：e = 5.6DP2：e = 5.6D404004

37、080水平位移/mm12016020001234扭转角/(°)5678(a) 桩头剪力水平位移曲线图 15 不同荷载偏心下双桩基桩扭矩扭转角曲线Fig.15 Pile-head torque-twist angle curves of two piles under different load eccentricities1083 000 N，P13 000 N，P2616124284002481216401D2D3D偏心距4D5D6DP1：e= 5.6D(b) 桩头剪力随偏心距变化规律图 14 偏心距对基桩桩头剪力的影响Fig.14 Effect of eccentricity

38、on pile-head shear forces01 000 2 000 3 000 4 000 5 000 6 000水平荷载/N图 16 不同荷载偏心下基桩桩头弯矩Fig.16 Variation of pile-head bending moments under different load eccentricities图 14 (b) 给出了基桩桩头剪力随偏心距变化规律。当水平荷载无偏心时，2 桩桩头水平反力相同，随 着偏心距增加，2 桩桩头剪力出现明显差异；在一 定偏心距下，P2 桩头剪力反向，而 P1 桩头剪力数 值仍为最大；当受到纯扭荷载时，2 桩桩头剪力大 小再次相等，但方

39、向相反(见图 14(a)。从图 14 中还 可以发现，桩头剪力出现反向的情况不但受偏心距 的影响还与所受荷载大小有关。图 15 给出了不同偏心距下各基桩扭矩随扭转 角的发展情况。不同偏心距下，P1 承担的扭矩均大 于 P2；相同扭转角条件下，偏心距越大，2 基桩的 扭转反力越小，说明荷载耦合效应影响随偏心距增 加有所减弱。图 16 给出了不同偏心距下基桩桩头弯矩随荷 载的发展情况，由图可知，2 基桩始终承担大小相 等、方向相反的桩头弯矩。相同荷载下，偏心距增 大，承台约束引起的桩头弯矩也增加。当水平荷载 为 5 kN 时，偏心距由 2.8D 增加到 5.6D，P2 桩头弯 矩由 3.6 kN&

40、#183;m 增加为 11.1 kN·m，即偏心距增大 1倍，桩头弯矩增加 2.1 倍。综上所述，偏心距增加会显著增大双桩基础中 基桩桩头剪力和弯矩，因此荷载偏心会导致基础在 较小的荷载下出现桩头弯曲或剪切破坏。图 17 给出了不同偏心距条件下 P1 桩头剪力占 水平荷载的比例情况。图 17 说明，荷载偏心距越大， P1 承担的比例越高；偏心距较大时，P1 桩头剪力 大小可能大于水平外荷载，P2 相应产生反方向的剪 力。图 18 给出了不同偏心距条件下基桩桩头扭矩 反力占外加扭矩的比例情况，由图可见，随着偏心 距的增大，基桩扭矩所占外加扭矩的比例有所减小， 但均大于双桩基础仅受到扭矩

41、的情况。值得注意的是，图 17，18 中曲线在起始阶段均 较为平缓，该阶段基桩桩头剪力与外加水平荷载同 步增加，基桩扭转反力对抵抗外加扭矩荷载主导作 用；而当承台扭转角达到 1°时，基桩扭转刚度减小桩头剪力/kN桩顶剪力/kN桩顶弯矩/(103 N·m)扭矩/(N·m)P1：e = 2.8D P2：e = 2.8D P1：e = 4.2D P2：e = 4.2DP2：e = 5.6D1 000 N，P1 1 000 N，P25 000 N，P15 000 N，P2 P1，P2 扭转加载 P1：e = 4.2D P2：e = 4.2DP1：扭转加载P1，P2 P2：

42、e = 2.8D P1：e = 4.2DP2：e = 4.2DP1：e = 5.6DP2：e = 5.6D第 32 卷 增 2孔令刚等：偏心距对水平受荷双桩基础响应影响 4181 异，且随水平荷载增加不断加大，试验结果中桩头剪力相差达 4.5 倍，数值分析表明，随偏心距增加，2 基桩桩头剪力出现方向不一致情况，基桩桩头剪 力与位移出现反向。(3) 水平和扭转荷载的耦合作用使基桩扭转刚 度较单桩明显增加；数值结果表明，偏心距增加使 该耦合效应影响减少。(4) 基桩扭转反力对抵抗外加扭矩的贡献随着 水平荷载增加减小，桩头剪力所占总扭矩的比例越 来越大，数值分析表明，偏心距增大，基桩扭转反 力的贡献

43、下降，最大降幅为 10%。200150P1:e = 4.2D10050001 0002 0003 0004 0005 0006 000水平荷载/N图 17 不同荷载偏心距下 P1 桩头剪力占水平外荷载比例Fig.17 Variation of pile-head shear force contribution of P1 with load eccentricity参考文献(References)：1001VICKERY B J. Wind effects on building and structure-critical80unsolved problemsC/ Proceedings

44、of the IAHR/IUTAM Practical60Experiences with Flow-induced Vibrations Symposium. Karlsruhe，40Germany：s. n.，1979：823828.陈仁朋，王书行，孔令刚，等. 不同水平偏心距下群桩内力变化规220律试验研究J. 岩石力学与工程学报，2011，30(3) ：603609.0(CHEN Renpeng，WANG Shuhang，KONG Linggang. Test investigation04008001 2001 6002 000扭矩/(N·m)图 18 不同荷载偏心距下基桩

45、桩头扭矩占外加扭矩比例Fig.18 Variation of percent of pile-head torsques to applied torque with load eccentricityon distribution of internal forces in pile groups under different lateraleccentricitiesJ. Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering，2011，30(3)：603609.(in Chinese)KONG L G，ZHANG L M. Centrifug

46、e modeling of torsionally loaded pile3(见图 15)，桩头剪力开始更多地参与抵抗外加扭矩，因此图 17 中曲线开始迅速上升，相应地，图 18 中 基桩扭转反力占外加扭矩比例逐渐降低。groupsJ. Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering，2007，133(11)：1 3741 384.KONG L G，ZHANG L M. Experimental study of interaction and4coupling effects in pile groups subjected

47、to torsionJ. Canadian5结论Geotechnical Journal，2008，45(7)：1 0061 017.ZHANG L M，KONG L G. Centrifuge modeling of torsional response5本文通过双桩基础的大比尺模型试验研究了水平偏心荷载下基桩的受力变形性状，采用 ABAQUS 模型分析了荷载偏心对双桩基础工作性状的影响， 得到了以下结论：(1) 荷载偏心对双桩基础水平变形有一定影 响，水平刚度随偏心距的增加而降低；数值分析表 明，基桩中存在的水平与扭转荷载的耦合作用影响 不同偏心矩下双桩基础扭转变形，但影响较小。(2) 水

48、平偏心荷载导致双桩基础中基桩的不均 匀受力，基桩桩头剪力及扭矩等内力存在较大的差of piles in sandJ. Canadian Geotechnical Journal，2006，43(5)：500515.王书行. 水平偏心荷载下群桩受荷性状模型试验及设计方法研究6硕士学位论文D. 杭州：浙江大学，2011.(WANG Shuhang. Modeltests investigation and design method of the behavior of the pile groupunder eccentrically lateral loadingM. S. ThesisD.

49、Hangzhou ：Zhejiang University，2011.(in Chinese)陈仁朋，张革强，孔令刚，等. 饱和及非饱和粉土中扩底桩极限上7拔承载力大尺寸模型试验研究J. 岩石力学与工程学报，2010，分担比例/%桩头剪力占水平外荷载比例/% 扭转加载e = 2.8D e = 4.2De = 5.6DP1:水平加载P1:e = 2.8DP1:e = 5.6D 4182 岩石力学与工程学报2013 年29(5)：1 0681 074.(CHEN Renpeng，ZHANG Geqiang，KONGJournal of Geotechnical Engineering，2010，32(4)：521530.(in Chinese)Linggang，et al. Large-scale tests on uplift ultimate bearing capacities罗 军. 船舶撞击作用下高桩的水平大变形性状及柔性护墩桩式11防撞系统研究硕士学位论文D. 杭州：浙江大学，2008.(LUO Jun.of enlarged base piles in saturated and unsaturated silty soilsJ.Chinese Journal of Rock Mechanics