由单桩载荷试验预测桩筏基础沉降的简化分析方法

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1、由单桩载荷试验预测桩筏基础沉降的简化分析方法第28卷第8期岩土工程学报Vol.28No.82006年8月ChineseJournalofGeotechnicalEngineeringAug.,2006孙晓立，杨敏(同济大学土木工程学院地下系，上海200092)摘要：在桩筏基础设计中,单桩载荷试验结果通常只用于确定桩的承载力,而很少用于群桩沉降分析中。本文通过载荷试验初始刚度反分析地基的弹性参数，同时将桩假定为相互作用的非线性弹簧,使用双曲线函数拟和载荷试验数据,并用它来模拟桩–土界面的非线性关系。使用相互作用系数的方法分析桩–桩之间的相互作用,同时考虑桩的“加筋”对

2、土的位移场的影响。经过实例分析比较，该方法不但可以大量节省计算时间，而且计算结果与实测数据相比也比较满意。关键词：桩筏基础；相互作用系数；非线性；载荷试验中图分类号：TU473文献标识码：A文章编号：1000–4548(2006)08–1013–06作者简介：孙晓立(1975–)，男，博士研究生，主要从事道路工程和岩土工程方面的研究。ApproximativeanalysisforpiledraftsbypileloadtestsSUNXiao-li，YANGMin(CollegeofCivilEngineering,TongjiUniversity,Shangha

3、i200092)Abstract:Pileloadtestsareusuallycarriedoutfordeterminingtheultimatebearingcapacity,butnotforpredictingthesettlementofpiledraft.Theelasticparametersofthesubsoilwereachievedthroughtheinitialstiffnessofthepileloadtests.Pilesweremodeledasinteractingnonlinearsprings.Thenonlinearbeha

4、viourofpile-soilinteractioncouldbematchedbythehyperbolafunction.Theinteractionbetweenpileswasanalyzedwithinteractionfactors,and“restraint”actionbetweenpileswasconsidered.Comparedwiththeoreticalandexperimentalresults,thisapproximatemethodcouldsavealargeamountofcomputingtimeandgivereason

5、ableresults.Keywords:piledraft;interactionfactors;nonlinear;loadtest0前言桩筏基础的共同作用的研究一直是岩土工程中的热点问题。目前最有效的分析方法是使用有限元或边界元方法来研究桩筏基础的共同作用。Ottaviani把桩连同地基一起划成六面体单元,使用三维有限元分析刚性筏板下的群桩，可有效的分析桩筏基础各部分的相互作用[1]。然而使用三维有限元分析桩筏基础将耗费大量的计算时间，它通常只能分析桩数小于15的桩筏基础。Poulos和Davis应用边界元方法分析桩筏基础，并通过桩–桩相互作用系数分析桩和桩之

6、间的相互作用，使计算速度相对于有限元方法大大减少了[2]。然而使用边界元计算相互作用系数时，假定桩的存在不影响桩侧土的自由位移场，也就是不考虑桩的“加筋”作用，因此低估了群桩的刚度。而且传统的计算相互作用系数方法需要进行大量的积分运算，从而使得它仍难运用于大规模桩筏基础的分析中。以上数值分析方法都需要对桩进行划分单元，因此分析大规模桩筏基础时，需要建立很大的刚度矩阵，耗费大量的机时。同时这些数值分析方法预测桩筏基础沉降的准确性受土的参数的影响很大，而合理确定土的参数是岩土工程中最困难的工作。本文提出的简化方法将桩模拟为相互作用的非线性弹簧，从而避免了桩的单元划分，通

7、过载荷试验和其他的原位测试数据，采用模拟退火法反分析地基材料参数。KMLee的研究结果表明桩筏基础的非线性主要集中在桩–土界面的附近，离桩较远的地方则主要表现为弹性[3]。本文采用双曲线函数拟和载荷试验数据，并用它来模拟桩–土界面之间的非线性关系。使用相互作用系数法来分析群桩之间的相互作用。同时为了避免重复计算相互作用系数，采用多项式方法拟和相互作用系数，不但可以得到很好的拟和效果，而且可以大大减少运算时间。Cooke等的试验结果表明筏板和土的接触压力不会显著影响桩筏基础的沉降[4]。因此，本文中提出的简化方法没有考虑筏板和土的接触压力对沉降的───────收稿