抗滑桩的桩周土破坏机理与极限阻滑力研究

The failure mechanism of the Stabilizing Pile is divided into two categories by Prof. Broms, the pile failure and the soil failure. At present, most Stabilizing Pile's design theory generally established on the pile failure mode ,only a few of the studies based on soil failure mode.In this application, the slip line and the failure surface, and the soil-pile interaction region will be studied by the detailed large scale simulating model tests. The limit resistance of the pile under multi-type failure mode will be developed in the framework of plasticity theory. The centrifugal model test will be used to study the soil-pile interaction and Verify the research results.

国际土力学及基础工程协会前主席Broms把抗滑桩的破坏机理分为两大类，（1）桩身折断破坏；（2）桩周土体破坏。目前抗滑桩的设计理论多属于在地基反力系数基础上建立的桩身折断破坏理论，在桩土作用机理方面，属于桩土作用的变形机理。而对基于桩周土体破坏的理论研究则相对较少，特别是桩周土的破坏机理研究很少。因此，开展桩土作用的破坏机理研究，研究基于桩周土破坏的理论方法，对提高抗滑桩设计理论的完整性、科学性有重要意义。本申请拟从桩周土的破坏机理入手，研究基于桩周土破坏的抗滑桩计算方法。通过大比尺精细模拟试验，研究桩土相互作用的滑移线与破坏模式，研究桩土作用的影响范围，研究桩间土拱效应。在塑性理论的框架下开展多破坏模式的极限阻滑力理论研究与分析。进行桩土相互作用离心模型试验研究，研究多滑动面条件下的抗滑机理，验证比对理论研究成果，形成完整的基于桩周土体破坏的抗滑桩计算理论与方法。

本研究在抗滑桩破坏机理和横向受力桩极限承载力两个方面取得了重要进展。. （1） 在抗滑桩方面，本研究在滑动面从桩顶到桩底逐步变化的过程中，研究了不同滑动面位置对土体抗滑桩阻滑工作机理与破坏模式的影响及其演变规律，提出了四种土体抗滑桩阻滑与破坏模式。基于塑性力学极限平衡理论，得到了四种模式的极限阻滑力理论解，给出了它们的界限判别条件。通过试验证明，抗滑桩存在四种阻滑破坏模式，而不是Viggiani假定的三种。提出的桩土相互作用机理模型及其解析解更为合理地描述了任意滑动面位置条件下抗滑桩的阻滑机理与破坏模式。研究表明，滑动面的相对位置决定抗滑桩的工作阻滑模式和极限阻滑力的大小，同一根抗滑桩对沿不同滑动面的滑动所产生极限阻滑力会有很大的不同。该成果对提高抗滑桩工作破坏机理的认识有重要意义。发表在土木工程学报。. （2）在横向受力桩方面，迄今为止，国内外还没有一般c-φ土中刚性桩横向极限承载力的解析解。本研究采用新的无量纲参数锚固比作为控制参量，首次得到了c-φ土中刚性桩横向极限承载力和转动中心的严格的解析解。与国内外93例现场试验和实验室测试的比较表明，理论值与试验值的平均比值为0.85〜1.15，本文理论值与试验值显示了良好的一致性。本研究提出的无量纲横向极限承载力和无量纲转动中心都是锚固比的单变量函数，极大地简化了自Broms以来，国内外传统沿用了50多年的复杂双变量关系。研究提出，c-φ土中刚性桩的横向极限承载力是粘土中桩的横向极限承载力（fc）和砂中横向极限承载力（fφ）的组合叠加。研究还从理论上证明，长期以来一直采用的Broms、Poulus & Davis的粘性土解（φ = 0），Petrasovits & Awad的砂性土解（c = 0）以及Kondner的极限弯矩都是本研究c-φ土一般解的特解。该成果发表在China Ocean Engineering。