单桩桩侧荷载传递特性的粘弹性分析
桩的荷载传递分析的理论综述1复习进程
桩的沉降计算方法综述摘要：桩基础是一种常用的深基础形式，它由桩和桩顶的承台组成。
按桩的受力情况，桩分为摩擦桩和端承桩两类。
桩的沉降分为单桩和群桩两种沉降。
单桩受到荷载后，其沉降量由下述两部分组成:桩自身的压缩变形和桩底以下土层的压缩。
目前，计算单桩沉降量的计算方法主要有分层总合法、弹性理论法、荷载传递分析法、剪切变形传递法、数值计算法及其他简化算法，这些方法都是在一定的简化基础上考虑一种或几种因素对桩基沉降量的影响。
而对于群桩的沉降计算；当桩都为端承桩时，由于不需要考虑群桩效应，故可将单桩的沉降作为整个桩基础的沉降；当桩都为摩擦桩时，由于要考虑桩与桩之间的相互影响、承台的影响等。
其沉降计算方法有等代墩基法经验法、明德林一盖得斯法、建筑地基基础设计规范法等。
关键词：桩基础计算方法沉降现有方法评述分析1 单桩沉降的组成在竖向工作荷载作用下的单桩沉降由以下两部分组成[1]：(1)桩身混凝土自身的弹塑性压缩S s；(2)桩端以下土体所产生的桩端沉降S b；单桩桩顶沉降S。
可表示为：S。
=S s+S b现行规范通常假定桩身混凝土为弹性材料，用弹性理论进行桩身压缩计算。
桩端以下土体的压缩包括：土的固结压缩变形和钻孔桩的桩端沉渣压缩等。
除了土体的固结变形外，有时桩端还可能发生刺入变形(土体发生塑性变形)。
对固结变形可用土力学中的固结理论进行计算，固结变形产生的沉降，是随时间而发展的，具有时间效应的特征。
当桩端以下土体的压缩与荷载关系近似为直线关系时，也可以把土体视作线弹性介质，运用弹性理论进行近似计算。
对刺入变形目前还研究不够，无法很好预测[1I。
目前一般假定桩端位移和桩端力成线性关系。
另外，钻孔桩桩端沉渣也会产生压缩变形。
在工程上可根据荷载特点、土层条件、桩的类型来选择合适的桩基沉降计算模式及相应的计算参数。
沉降计算是否符合实际，在很大程度上取决于计算参数的选择是否正确。
2 各种单桩沉降计算方法的原理[1][2][3]2.1 荷载传递法荷载传递法亦称传递函数法，由Seed及Reese于1957年提出，它是目前应用最为广泛的简化方法，这种方法是从规定的荷载变形传递方式来计算桩对荷载的反应。
单桩在竖向荷载作用下的传递机理
单桩在竖向荷载作用下的传递机理
单桩在竖向荷载作用下的传递机理
单桩是一种常用的基础形式，其主要作用是将建筑物的荷载传递到地
基中，保证建筑物的稳定性和安全性。
在竖向荷载作用下，单桩的传
递机理主要包括桩身的受力特点、桩端土体的变形和桩身的变形等方面。
桩身的受力特点
在竖向荷载作用下，单桩的桩身会受到压缩力和弯曲力的作用。
其中，压缩力是由于建筑物的重量和荷载产生的，而弯曲力则是由于桩端土
体的变形和桩身的弯曲产生的。
桩身的受力特点决定了桩身的截面尺
寸和材料的选择，以保证桩身的强度和稳定性。
桩端土体的变形
桩端土体的变形是单桩传递荷载的重要机理之一。
在竖向荷载作用下，桩端土体会发生压缩变形和剪切变形。
其中，压缩变形是指土体在桩
顶和桩底之间发生的压缩变形，而剪切变形则是指土体在桩侧面发生
的剪切变形。
桩端土体的变形会导致桩身的弯曲和变形，从而影响桩
身的受力特点和传递荷载的能力。
桩身的变形
桩身的变形是单桩传递荷载的另一个重要机理。
在竖向荷载作用下，
桩身会发生弯曲和变形。
其中，弯曲是指桩身在荷载作用下发生的弯
曲变形，而变形则是指桩身在荷载作用下发生的长度变化。
桩身的变
形会影响桩端土体的变形和桩身的受力特点，从而影响单桩传递荷载
的能力。
综上所述，单桩在竖向荷载作用下的传递机理主要包括桩身的受力特点、桩端土体的变形和桩身的变形等方面。
了解单桩的传递机理对于
设计和施工具有重要意义，可以保证单桩的稳定性和传递荷载的能力。
基于荷载传递法的超长单桩侧阻力分析
摘
要 ： 长 单 桩 的 侧 阻 力 研 究 一 直 以来 是 超 长 桩 基 研 究 的一 个 重 要 方 向 ， 于 荷 载 传 递 法 对 超 长 单 桩 的 侧 阻 力 超 基
面受到 土 的向上 的摩 阻 力 ， 载 沿 桩 身 向下 传 递 的 荷
过 程就 是不 断 克服 这种 摩 阻 力 并 向土 中扩 散 的 过 程， 因而桩身 轴力 沿着深 度 而逐渐 减小 。 （） ２ 当荷 载较 小 时 ， 身 位 移 与 桩 周 土位 移 相 桩 同； 随着 荷载增 加 ， 身 压 缩 量 和位 移 量 增 大 ， 身 桩 桩 下 部 的摩 阻力 随之 逐步 调动起 来 ； 荷载再 加 大时 ， 沿 桩 周某些 点上 的抗 剪 阻 力 得 到充 分 发 挥 ， 出现 滑 并
第 ２ 卷第 ２期 ４ ２１ ０ ０年 ４ 月
土 工 基 础
Ｓ ｉ Ｅｎ ａ ｕ ｄ ｔｏ ｏ ｌ ｇ．ｎｄＦｏ ｎ ａ ｉ ｎ
Ｖ＿ ． ４ ０ ２ ＮＯ ２ １ ．
Ａ ｐｒ ２０１ ． ０
基 于 荷 载 传 递 法 的 超 长 单 桩 侧 阻 力 分 析
郑 权 ，郑雄 伟。
ｕ
ａｚ
式 中 ： 为桩 身截 面周长 ； 为桩 身 弹性模 量 ； 为 Ｕ Ｅ Ａ
桩身截 面 面积 。 ２ ２ 荷载传 递法 的传 递 函数 ．
Ｓ 剪应力 ｒ仅 仅 符合 非 弹性 或 非线 性 的刚塑 性 模 与
型或者 指数模 型其 中之 一 ， 不 能完 全 拟合 实 际 情 都
桩基础的承载力荷载传递规律精简
不同荷载下轴力沿深度的变化
单桩荷载传递的基本规律
基础的功能在于把荷载传递给地基土。 作为桩基主要传力构件的桩是一种细长的 杆件，它与土的界面主要为侧表面，底面 只占桩与土的接触总面积的很小部分（ 一 般低于1%），这就意味着桩侧界面是桩向 土传递荷载的重要的，甚至是主要的途径。
竖向荷载施加于桩顶时，桩身的上 部首先受到压缩而发生相对于土的向下 位移，于是桩周土在桩侧界面上产生向 上的摩阻力；荷载沿桩身向下传递的过 程就是不断克服这种摩阻力并通过它向 土中扩散的过程 。
增加桩身刚度的最直接有效的办法是控制长径 比
采用桩侧与桩端后注浆来提高地基土的支承力， 可减少桩长增加桩身刚度，促进端阻与侧阻的 充分发挥
大直径超长灌注桩—设计对策
承载力取值
实际工程中应重视以载荷试验成果确定承载力， 载荷试验应加强对桩身轴力与沉降的量测
目前大直径超长灌注桩采用后注浆工艺已成为 趋势，更需要通过载荷试验来确定注浆效果与 承载力提高幅度
（桩径1m, 桩端埋深79m，粉砂层） （桩径1.2m, 桩端埋深71.5m，细砂层）
桩身压缩与沉降
在极限荷载作用下桩顶 沉降主要表现为桩身压 缩，压缩量由弹性压缩 和塑性变形两部分组成， 在高应力水平下，不能 将其仅作为弹性杆件进 行计算。
超长桩的沉降计算，除 要计算桩端力及桩侧摩 阻力传递到桩端引起的 桩端沉降外，还要充分 考虑到桩身压缩变形量。
尽管超长桩已被大量使用，规范没有建立在超长 桩承载变形性状之上的计算方法，其设计仍沿用 常规桩，存在理论与实践之间的矛盾
超长桩的设计应充分考虑其施工难点、承载变形 特点，采取相应的对策
大直径超长灌注桩—设计对策
桩型选择
超长桩桩身长径比大，桩顶荷载不易向下传递， 很难达到侧阻与端阻皆达到极限的理论状态。 在设计过程中应增大桩体刚度
基于弹性法和线性理论的单桩承载力和沉降验算
基于弹性法和线性理论的单桩承载力和沉降验算单桩是土木工程领域中常用的承载结构，其承载力和沉降验算是设计和施工中必不可少的一部分。
基于弹性法和线性理论的单桩承载力和沉降验算是对单桩的受力和变形进行分析和计算的重要方法。
本文将详细介绍基于弹性法和线性理论的单桩承载力和沉降验算的原理、方法和步骤，以及在实际工程中的应用。
一、基础知识（一）单桩承载力和沉降单桩承载力是指单根桩在地基土中的承载能力，通常以桩顶的最大承载力为指标。
单桩沉降是指单根桩在受到荷载作用后，桩身所产生的沉降变形。
单桩承载力和沉降是评价单桩工程性能的重要指标。
（二）弹性法和线性理论基于弹性法和线性理论的单桩承载力和沉降验算是一种简化的计算方法，通常适用于承载力较小的单桩。
该方法假设单桩和地基土的变形是线性的，并且忽略了材料的非线性和非弹性性质，因此只适用于一定范围内的情况。
二、基于弹性法和线性理论的单桩承载力和沉降验算方法（一）单桩承载力计算方法1. 根据地质勘察和设计要求确定单桩的设计荷载，包括垂直荷载和水平荷载。
2. 根据单桩的形式和地质条件选择适当的桩基承载力计算方法，常用的方法包括标准地质桩基和非标准地质桩基的计算方法。
3. 采用弹性方法进行单桩的受力分析，计算单桩的承载能力。
（二）单桩沉降验算方法1. 根据单桩的设计荷载和地质条件计算单桩的预期沉降。
2. 采用弹性方法进行单桩的沉降分析，计算单桩在受到荷载作用后的沉降变形。
四、实际应用基于弹性法和线性理论的单桩承载力和沉降验算方法在实际工程中具有广泛的应用，特别适用于对单桩进行初步的承载力和沉降计算。
在建筑和桥梁的基础设计中，可以利用这种方法对单桩进行初步的方案设计和参数选择。
在施工监测和工程质量控制中，也可以利用这种方法对单桩的承载性能进行实时监测和评估。
13-1 单桩的荷载传递规律
一、单桩的荷载传递规律
1. 荷载传递过程
4.3 竖向荷载下的桩基础
桩顶荷载桩身压缩
桩侧摩阻力逐步发挥
桩端阻力逐渐发挥桩端土压缩桩侧、桩端土剪切破坏
极限破坏Q Q s Q p
=+
Q u =Q su + Q pu
2．荷载传递函数
荷载传递函数：
桩侧和桩端阻力的发挥，需要一定的桩土相对位移，即桩侧和桩端阻力是桩土相对位移的某种函数。
荷载传递函数特性：
影响因素复杂，与土层性质、埋深、桩径等有关。
荷载传递函数主要特征参数是极限摩阻力和对应的极限位移。
•摩阻力所需位移很小•端阻力需要较大位移•不同阶段二者分担比不同Q(kN)
Q s
Q p
Q
S(mm)
粘性土中s u ＝4～6mm ；砂性土中s u ＝6～10mm ；大直径钻孔灌注桩孔壁粗糟：s u ＝20mm ～40mm(≈2.2%D)孔壁光滑：s u ＝3~4mm
(1) 桩侧极限位移s u 粘性土：s pu ＝25％D ，砂性土s pu ＝8％～10％D ；
注：孔底虚土、沉渣压缩导致发挥端阻极限位移更大。
(2) 桩端极限位移s
pu。
单桩工作特性简化分析方法
析，得到如下竖向平衡方程：式中：σp，z为桩顶荷载作用下深度z处的桩身应力；为深度z处的桩侧剪应力；d为桩体直径；dz为微端长度。
由式（1）可以解得：根据桩身微段的竖向应变可得：结合式（2）和（3），有桩侧剪应力τz还可表示为式中：k s，z为深度z处的桩侧桩土接触面剪切刚度；为深度z处的桩侧土体弹性位移，土体位移表达式如下：式中：，桩体中部位置土体剪切模量与桩端土体剪切模量之比，为桩侧土体泊松比。
结合式（4）式中：。
将桩体划分为n个单元，单元长度为l，l=L/n，L为桩体长度，元和节点的编号如图2所示。
将式（7）用有限差分表示，结合桩顶和桩端的边界条件，可以得到单桩工作特性的控制方程组为式中：为桩身节点位移向量；为桩身节点荷载向n+1阶整体刚度矩阵，[K p]的表达式如下：——————————————————————题项目:2018年扬州（XKYCX18_061）作者简介:石雨恒（1995-），（9）式中：，，。
图1桩身微段受力分析图图2桩体离散示意图3桩土接触面模型3.1桩侧桩土接触面模型（10式中：Δs为桩土相对位移；τu为桩侧极限剪应力；为达到抗剪强度时的桩土相对位移。
括号前的符号对于Δs⩾0取正，对于Δs<0取负。
χ1和χ2为桩侧桩土接触面模型的形状拟合参数。
，式中R sf为侧阻力破坏比，一般取0.75-0.95。
对于χ2，若有试验数据拟合，可根据试验数据拟合得到；若无试验数据拟合，一般取为1.0。
3.2桩侧桩土接触面模型（11式中：k b0为桩端初始抗压刚度；σp，bu为桩端极限应力。
，，其中c'为桩端土体的有效粘聚力；σ'vb为桩端平面处土的竖向有效应力；和N q为桩端土体的承载力系数。
4算例验证图3荷载沉降曲线5结论本文在前人研究的基础上，考虑了桩侧桩土接触面上的桩土相对位移，提出了一种新的描述桩侧剪应力与桩土相对位移关系的接触面模型，建立了单桩工作特性的简化分析方法，并与Yamashita等[6]现场试验进行了对比分析，验证了该方法的可靠性，为实际工程提供一定的理论帮助，具有较好的现实意义。
荷载传递函数在桩基分析中的应用
工作 机理。通 过分 析还 发现 ， 前 常用 的荷载传递 函数都可 以通 目 过改变 值和 刁值来加 以确定 ， 但对于 值和 值的确定方法 和 影响因素还需要做进一步的研究。对于 值 的确定 ， 主要是 和桩
侧摩 阻力有关 ， 桩侧 土破坏 面可 能发生在 桩侧 土 中， 由于 也可 能 发生在桩 土界 面（ 当桩 侧土 为很硬 的粘 土层时 ， 其剪 切滑 裂 面不 桩侧 土之间有摩阻力存在 ， 荷载通 过桩侧摩 阻力传递 到桩侧土 中 是发生在桩侧土中 ， 而是 发生在 桩土界 面 ） 而较 复杂 。不 过有 经 去。沿桩身 随着深 度 的增 加 ， 桩侧摩 阻力不 断减小 ， 最终还 可能 验指出 ， 的内聚力 ｃ 地层 越小 ， 也越小 。对 于 值 ， 可根据古典 有一部分荷载要传递到桩端土层 中去。但是 ， 对于桩端 承受多大 的极 限端阻力理 论公 式来 加 以确 定 ， 具体 确 定方 法可 参 考文 献 的荷载 ， 桩侧摩 阻力 又消 耗 了多 少荷 载 ， 桩端 阻力和 桩侧摩 阻力 ［］ １。实践表明 ， 般 ≤ １当根据 某种方法 确定 值 时 ， 大 一 ， 若其 所 占比例的大小 ， 没有一个较 为精确 的确定方法 。 目前存 在 的 还 于 １应 取为 ＝１０ ， ．。根据 合理 的确 定方法 确定 值 和 值后 ， 荷 载传递 函数种类较多 ， 于每一种 荷载传 递函数 的适用情 况没 对 将其代入式 （） １和式 （）可得 到桩侧 摩 阻力和 桩端 阻力 ， ２， 从而可 有做 一个 较为清晰的阐述 ， 中对各 种荷载传 递函数进行对 比分 文 计算 桩基 的沉 降量的大小。 析 ， 出一个合理 的结论 。 得
中圈分类号 ： Ｕ４ ３ １ Ｔ ７ ．１ 文献标识码 ： Ａ
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在桩 的沉降计 算 中 ，关 键在 于如何 建立 与土性
相 关 的桩 侧 荷载传 递模 型 。桩侧 的荷 载传递 函数 可 通 过基 于中心 柱模 型 的应力应 变关 系得 到 ，下 面将 Ｒｎｏ ｈ ａｄ ｌ 的中心 柱模 型拓 展应 用 到粘 弹性模 型进行 ｐ 分析 。 粘 土 中 的单 桩 在恒 载作用 下将产 生 附加蠕 变沉
中图 分 类 号 ：Ｕ ４ ．５ ４ ３１ 文 献 标识 码 ：Ａ 文 章 编 号 ：１ ０ — ７ ６ ２ ０ ） ５ ０ ３ — ３ ０ ２ ４ ８ （０ ７ ０ — ０ ２ ０
Ｖｉｃ － ｌ ｓ ｉ ａ ｙ ｉ ｎ Ｓ ｎ ｌ ｉ ｈ ｆ ａ ｉ ｇ ｓ ｏ ｅａ ｔｃ Ａｎ ｌ ｓｓ ｏ ｉ ｇ ｅ Ｐ ｌ Ｓ ａ ｔ Ｌｏ ｄ ｎ ｅ
摘 要 ：基 于桩 侧 的 粘 弹 性 荷 载 传 递 模 型 ，将 已 有 的 荷 载 沉 降 非 线 性 关 系解 析 拓 展 到 粘 弹 性 分 析 中 ，并 推 导 出 一 步加 载 和 线形 加 载 下 桩侧 沉 降 的计 算 表 达 式 ， 可 为 工程 应 用提 供 量 化 指 标 。 关 键 词 ：单桩 ；粘 弹性 ；解 析 解 ； 不均 匀性 ；非 线性
Ｔｒ ｎｓｅ ｏ ｅ ｔｅ ａ ｆ ｒ Ｐｒ ｐ ｒ ｉ ｓ
ＺＨＡＯ Ｋｅ ｘ ａ ＨＥＮ Ｘｉ ｏ ａ — ｉｏ ，Ｓ ａ －ｙ ｎ ，ＺＨＵ Ｈａ —ｒ ｎ ３ ｎ ｏ ｇ （ ． ｈ ｉＰ ｏ ｉｃａ ｇ ｗ ｙ Ｓ ｒｅ ｎ ｓ ｎ Ｉ ｓ ｔｔ，Ｈｅｅ ３ ０ ，Ｃ ｉａ；２Ａｎ ｕ ｏ １Ａｎ ｕ ｒｖｎ ｉ Ｈｉｈ ａ ｕｖ ｙ ａ ｄ Ｄｅｉ ｎ ｔｕｅ ｌ ｇ ｉ ｆｉ２ ０ ４１ ｈｎ ． ｈ ｉＣ ｍｍｕ ｉａｉｎ Ｖｏ ａｉｎ ｎ ｎｃ ｔ ｃ ｔ ａ ａ ｄ ｏ ｏｌ
１ 引 言
种 加 载模 式 下桩侧 沉 降 的计 算表达 式 。
２ 非 线性一 弹性 应 力应变模 型 粘
在 大多数 情况下 ，使 用桩基 础 的 目的是 为 了减 小 沉降 。与传 统承 载力控 制 的设 计方 法相 比，基 于 沉 降 的桩 基础 设计 方法一 般使桩 体处 于更 高的荷 载 水平 。 由于土体 的蠕 变特性 ，在 高荷 载水平下 持续 荷 载将产 生桩体 附加 沉降 以及桩侧 摩 阻力 的下 降 。
ｖ ｓ ｏ— ｌ ｓｉ ｒ ｓ ｏ ｓ ｕ ｄｅ １ ｔ ｐ ｒ ａ ｌ ａ ｉ ｇ ｉｃ ｍｓａ ｅ ｉｃ ｅ ａ ｔ ｃ ｅ ｐ ｎ ｅ ｎ ｒ 一ｓｅ ｏ ｒ ｍｐ ｏ ｄ ｎ ｃｒ ｕ ｔｎｃ ｓ， ｗｈ ｃ ｃ ｎ ｒ ｖ ｄ ｑ ａ ｔｔ ｎ ｅ ｆｒ ｉ ｈ ａ ｐ ｏ ｉ ｅ ｕ ｎ ｉｙ ｉ ｄ ｘ ｏ ｅ ｇｎｅ ｒｎ ｐ ｌｃ ｔｏ ． ｎ ｉ ｅ ｉ ｇ ａ ｐ ｉ ａｉ ｎ Ｋｅ ｗｏｒ ｙ ｄｓ：ｓｎ ｌ ｐ ｌ ｖｓ ｏ ｌｓｉ ｃｏ ｅ ｆ ｒ ｓ ｌ ｉｎ ｉ ｇ ｅ ｉｅ； ｉｃ —ｅ ａ ｔｃ； ｌ ｓ ｄ— ｍ ｏ ｏｕｔ ｓ； ｎ ｎ ｏ ｇ ｎ ｕ ｏ ｏ —ｈ ｍｏ ｅ ｏ ｓ；ｎ ｎ— ｉ ｅ ｏ ｌｎ ａ ｒ
ห้องสมุดไป่ตู้
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维普资讯
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赵 可 肖 ，沈 晓燕 ，朱 汉容
（． 徽 省公 路 勘 测 设 计 院 ，安 徽 合 肥 ２ ０４１ １安 ３０ ；２安 徽 省交 通 职 业 技 术 学 院 ，安 徽 合肥 ２ ０ ５ ： ３０ ｌ ３西 南 科技 大 学 资 环 学 院 ，四川 成 都 ６ １１ ． ２０ ０）
ｆｒ ｏｍ ｓｌｔ ｎ ｅ ｏｖ ｄ ｆｒ ａ ｐｌ ｉ ａ ｎ ｎ－ ｏ ｇ ｎ ｕ ｍｅ ｉ ａ ｅ ｂ ｅ ｅ ｄｌ ｅ ｔｎ ｅ ｏ ｃ ｏ ｎ ｆｒ ｏｕｉ ｓ ｖ ｌｅ ｉ ｏ ｏ ｅ ｎ ｏ ｈ ｍｏ ｅ ｏ ｓ ｄａ ｈ ｖ ｅ ｎ ｒ ａ ｉ ｙ ｘｅ ｄ ｄ ｔ ａ ｃ ｕ ｔ ｏ
降 ，这个 附加沉 降 和土性 及土 的应力 应 变关 系与时
间 的变 化有 关 。有 学 者 曾将Ｖ ｉ 模 型 ｏｇ ｔ Ｂ ｎｈ ｍ模 ｉｇａ 型 串联 起来 模拟 桩 土相互 作用 的时 间效应 ，经 检验 与实测 数据 符合 较好 ，但 是其 中存在 的问题是 滑块
本文 将主 要 提 出桩侧 的粘 弹性 荷 载传 递模 型 ，