不同剛度樁土接觸面對單樁承載變形效應的影響

張 瑞 海

(河北省靈壽縣第一建筑工程公司，河北 石家莊 050500)

不同剛度樁土接觸面對單樁承載變形效應的影響

張 瑞 海

(河北省靈壽縣第一建筑工程公司，河北 石家莊 050500)

指出樁土接觸面剛度的確定是研究樁土共同作用的重要一環，采用數值方法結果對其進行研究是一種有效的方法，針對不同地質條件，利用FLAC3D模擬不同剛度的地基土中的樁土作用體系，分析了樁土接觸面剛度對樁身承載變形的影響，得出了一些有意義的結論。

有限差分法，樁土接觸面，剛度系數，應力分布

0 引言

目前常用的研究接觸面性質的有現場試驗、室內試驗、理論分析等多種方法，通過對各種方法的優缺點進行對比分析，本文考慮采用數值方法對其進行理論分析研究。

1 分析方法

FLAC3D是基于有限差分法開發的一種軟件，在巖土、地質等領域具有廣泛的應用，下面對其一些基本概念進行介紹。

1.1 節點力

FLAC3D將模型分為由四邊形單元組成的有限差分網格，在單元格內部又將每一個四邊形單元格分為兩組可以各自相加為四邊形的常應變三角形單元，如圖1所示。

由應變速率推導出應力后可以確定每個節點的等效力，作用在三角形各邊上的力即為每個三角形子單元的應力，每個三角形的角都受兩個力，這兩個力都由鄰邊產生，由下式計算：

(1)

1.2 接觸面

一般描述接觸面有法向剛度kn與切向剛度ks兩個參數，為對其進行精確分析，軟件中采用彈塑性模型對其進行模擬，簡圖如圖2所示。

兩個參數物理意義如下：

kn=-Δσn/Δun，ks=-Δτ/Δus

(2)

也可采用如下近似算法：

(3)

2 樁土接觸模擬分析

利用FLAC3D模擬幾組簡單地質條件下的單樁載荷試驗，研究接觸面法向剛度與切向剛度對樁的豎向承載力影響的大小，根據實際情況，主要通過樁頂沉降、應力分布對樁土系統進行分析。

2.1 硬土

1)樁頂沉降曲線。圖3中橫軸表示計算時步，縱軸表示樁頂沉降。根據模擬分析結果，試驗1的樁頂沉降最大為3.09 mm，試驗2的樁頂沉降3.03 mm，試驗3的樁頂沉降為2.78 mm，其沉降值最小。根據地基土模型參數分析模擬結果可知，當切向剛度相同時，法向剛度相差3倍時，其樁頂沉降變形幾乎相同，可見法向剛度對沉降變形的影響較小；而樁土接觸面法向剛度相同時，切向剛度相差3倍時，樁土界面切向剛度小的試樁沉降比剛度大的沉降增加約11%，此次樁土界面切向剛度對樁頂沉降量影響較大。

2)應力分布。圖4為不同條件下硬土地基土中的豎向應力分布，由其分布特征來看，三圖中的豎向應力分布差別不大說明硬土中樁土接觸面切向剛度與法向剛度對樁土體系中的豎向應力分布影響較小。

3)豎向位移分布云圖。圖5為樁土共同作用體系中的豎向位移分布云圖，由圖可知，試樁1與試樁2中樁土體系的豎向位移差別很小，試樁3中樁土體系的豎向位移與試驗1、試驗2差別較大,可見硬土中樁土接觸面切向剛度對樁土體系的豎向位移分布影響較大，樁土接觸面法向剛度對樁土體系的豎向位移分布影響很小。

2.2 軟土

1)樁頂沉降。圖6中橫軸表示計算時步，縱軸表示樁頂沉降。根據模擬分析結果，試樁4的樁頂沉降最大為2.38 mm，試樁5的樁頂沉降2.32 mm，試樁6的樁頂沉降為1.65 mm，其沉降值最小。根據地基土模型參數分析模擬結果可知，在軟土地基中，當切向剛度相同時，法向剛度相差3倍時，其樁頂沉降變形幾乎相同，可見法向剛度對沉降變形的影響較小；而樁土接觸面法向剛度相同，切向剛度相差3倍時，樁土界面切向剛度小的試樁4沉降比剛度大的試樁6的樁頂沉降增加約20.7%，因此，樁土界面切向剛度對樁頂沉降量影響較大。

2)豎向應力分布云圖。圖7為不同條件下軟土地基土中的豎向應力分布，由其分布特征來看，三圖中的豎向應力分布差別不大說明軟土中樁土接觸面切向剛度與法向剛度對樁土體系中的豎向應力分布影響較小。

3)豎向位移分布云圖。圖8為軟土地基樁土作用體系豎向位移分布云圖，由圖可知，試驗4與試驗5中樁土體系的豎向位移差別很小，試驗6中樁土體系的豎向位移與試驗4、試驗5差別較大,可見硬土中樁土接觸面切向剛度對樁土體系的豎向位移分布影響較大，樁土接觸面法向剛度對樁土體系的豎向位移分布影響很小。

3 結語

1)采用有限差分法可以較好的模擬考慮樁土作用面剛度條件下，樁土作用體系應力和位移的空間分布特征；2)在不同接觸面剛度的硬土與軟土中，接觸面的切向剛度對樁體的變形和承載性狀有較大影響；接觸面的法向剛度對樁身承載力的影響不顯著；3)通過增加樁土作用面的粗糙度和樁土作用區的抗剪強度，對提高樁身承載力有明顯的效果。

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Influence of stiffness of pile-soil contact on the bearing capacity and deformation of single pile

Zhang Ruihai

(HebeiLingshou1stBuildingEngineeringCompany,Shijiazhuang050500,China)

The determination of pile-soil interface stiffness is very importance for studying mutual interaction of pile and soil. Applying numerical method is an effective method. In light of various geological conditions, the paper simulates pile-soil interaction with different stiffness by applying FLAC3D model, analyzes the impact of pile-soil interface stiffness upon pile bearing deformation, and finally draws some meaningful conclusions.

finite-difference method, pile-soil interface, stiffness coefficient, stress distribution

2014-12-12

張瑞海(1969- )，男，工程師

1009-6825(2015)06-0079-02

TU473.11

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