软土地区组合荷载作用下单桩的承载特性及试验研究

When subjected to combined load , the single pile bends and deflects under hirzontal load or moment and meanwhile an additional moment occurs in pile under vertical load with effect from deflection, which will futher aggravate deflection of pile in return. In the case of pile deflecting, the soil around pile experienced different stress path, one side in state of oading and unloading area in the both side of pile. That certainly induces to arise different mechnism of shaft resistence between two sides of pile and then influence the internal force distribution in pile. In conclusion, apart from the magnide of loads, the bearing behaviour of pile under combined load is also decided by the the interaction among each load components.Therefore, it exists defects to apply the assumption of small deformation to anlyze pile under combined load. Because of the widely appliction of pile foundaiton in geotechnical engineering, it is urgent to carry out the systematic research into the bearing behaviour of pile under combined incorporating the effect of unloading in surrounding soil and interaction of each load components. By employing laboratory model test, theoretical deviation and numerical simulation, present study aims at discussing the horizontal resistance of surround soil incorporating loading and unloading effects, shaft frictional resistance and internal force's distribution in pile and establishing the theory on bearing behaviour of pile under combined load. The results will play significant roles in the basic theory of pile foundation and exist practical value as applied into the design and construction of pile engineering.

桩受组合荷载作用时，水平或弯矩荷载会使桩身产生弯矩和挠曲变形，竖向荷载也将由于桩身挠曲变形而产生一附加弯矩，这一附加弯矩又将影响到桩身挠曲变形。桩身发生绕曲变形时，同一水平位置桩身两侧土体一部分处于加载，而另一部分则处于卸载，使得同一水平位置桩身两侧摩阻力发挥机制不同，进而影响到桩身内力，即组合荷载桩的承载特性不仅取决于各荷载的大小，还取决于各荷载的相互关系。因而，采用小变形叠加原理对桩进行分析在机理上存在缺陷。随着桩基工程的大量使用，有必要在考虑土体加卸载效应和各荷载之间相互影响的基础上，对组合荷载作用下单桩的承载特性进行系统深入地研究。本课题采用室内模型试验、理论分析和数值模拟相结合的研究方法，探讨组合荷载下考虑土体加卸载效应的土体水平反力、桩侧摩阻力及单桩内力特征，建立考虑各荷载分量相互影响的组合荷载下单桩承载分析理论。其成果对今后桩的设计、施工等具有重要基础理论意义和实际应用价值。

基桩承受水平荷载并产生水平位移，改变了桩侧阻力的分布，进而对单桩的竖向承载特性产生影响；在存在水平位移的情况下，桩身产生挠曲变形，竖向荷载的作用会使桩顶产生附加弯矩并导致桩周土体抗力发生改变，从而影响单桩的水平承载特性。基于基桩实际经常受到水平、竖向和弯矩荷载（组合荷载）共同作用的事实，而目前工程上不考虑组合荷载的相互影响，且对荷载组合情况下单桩承载特性的研究结论不一致的现状，本课题进行了三次在不同情况下的室内模型试验，通过理论研究建立了考虑组合荷载各分量间相互影响的单桩承载特性分析理论，并结合现场试验和数值模拟对其进行了进一步的修正和补充，得出了考虑桩周土体性质和土体加卸荷效应的桩周土体水平反力、桩侧阻力和桩端阻力的变化规律，建立了组合荷载下桩身内力的分析理论，并给出了考虑组合荷载各分量间相互影响的单桩极限承载力建议公式。本课题的主要研究结论如下：.（1）室内模型试验结果表明，水平和弯矩荷载对桩侧阻力的影响主要集中在地面以下10倍桩径范围，在该范围内，随着桩顶位移的增大，桩侧阻力不断减小。现场试验结果显示，该影响范围为地面以下0~15倍桩径深度。建议在工程设计中，应重点加强地面以下0~15倍桩径深度范围内的桩身配筋和桩周土体的加固，以提高单桩的抗弯能力和桩周土体抗力，减小桩身侧向位移。.（2）水平或弯矩荷载的增大，均会降低单桩的竖向极限承载力，但只有水平荷载大于相应水平荷载作用点位置的极限承载力的0.5倍时，这种降低程度才较明显。水平或弯矩荷载对单桩沉降的影响程度与其产生的水平位移大小正相关。.（3）在存在水平位移的情况下，竖向荷载的施加会产生P- 效应，导致水平位移的进一步增大，从而削弱了单桩水平承载力。.（4）室内模型试验表明，水平、弯矩和竖向荷载共同作用对单桩承载特性的影响存在组合效应。数值模拟结果显示，先施加竖向荷载再施加水平荷载时，当竖向荷载介于0.4~0.5倍竖向极限承载力时对桩顶侧移的减小作用最为明显。