桩基负摩阻力的计算研究
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摘要
桩基的负摩阻力是岩土工程界研究的热点问题之一。本文首先回顾了确定负摩阻力和中性点的各种方法，对其优缺点进行了阐述。而且论述了负摩阻力的产生原因、产生机理以及减少负摩阻力的方法。然后在总结前人研究成果的基础上，提出了一种弹性非线性理论法与有效应力法相结合的新的计算方法，并对均质土地基和多层土地基中的桩基负摩阻力分别进行了计算研究。
对于多层土地基中桩基负摩阻力的计算，本文是把各层土体视为均质的整体土层来求解的。但是针对某一层来说，在任一点处的应力与上部各土层的作用力有关，在任一点处的沉降与下部各土层的深度有关，这均对本层的负摩阻力产生影响。所以计算复杂，因此编制了计算程序。
计算负摩阻力的传统弹性理论法假设桩土之间没有相对滑动，而本文则从土体的邓肯－张非线性弹性模型以及桩体的弹性理论出发，分别求出桩周土体以及桩体在任意深度处的沉降量，因此可以得到桩土间的相对位移量，从而可确定中性点的位置。然后通过土体在重力及附加应力作用下对桩体做功的研究，表示出负摩阻力的量度，由此可确定负摩阻力最大值的位置。
负摩阻力沿桩身的分布情况为，从桩顶处为零开始，逐渐增加到最大值，随后减小，直至中性点处达到零。所以可依据负摩阻力的量度，把负摩阻力随深度的变化关系表示为一个插值多项式。虽然计算负摩阻力的有效应力法仅适用于桩顶至负摩阻力最大值这一段，但在该段中可以使用有效应力法得到一些边界条件，因而可确定出负摩阻力多项式中的系数，得到负摩阻力的解析解。
应用本文的计算方法以及有效应力法，对一高速公路的中桥桥台桩基础的负摩阻力进行计算，与原文的有限元法计算结果相比较，本文结果比有效应力法计算的结果有更高的精度。
The negative friction of piles is a hotspot problem in Geotechnical Engineering field. Retrospecting of all kinds of calculative methods, this paper has analyzed the advantage and disadvantage of determining the negative friction and the neutral point. In this paper, either the factors that cause the negative friction are described or the mechanism of negative friction and the methods of decreasing it are also discussed. On the basis of the previous achievements, thus this paper put forward a new calculative method of combining the elastic nonlinear method and the effective stress method.
For many layers foundation, the negative friction is calculated, regarding each layers clay as even. However, the clay stress above it and the clay settlement under it are influence on the negative friction of this layer. The relevant program is compiled because of complicated calculation.
Traditional elastic method used hypotheses which the gliding between clay and piles is absent. So starting with clay Duncan-Chang model and the elastic theories about piles, the clay and piles settlement is calculated. Thus relative displacement is gotten. Utilizing the relative displacement, the neutral point location is calculated. The measurement of negative friction is figured by the study on clay working to piles. As a result, the maximum of negative friction is calculated.
The negative friction is zero in pile tip and augment gradually along with depth. When it arrive at the maximum, the negative friction begin to decrease, till it is zero at neutral point. Accordingly the measurement, the negative friction may be expressed as a interpolation polynomial. Though it suit only from pile tip to neutral point, the effective stress method is applied to boundary condition determining. Moreover the polynomial coefficients are determined by the boundary conditions. So the resolution of the negative friction can be calculated.
According to the method and the effective stress method, the negative fiction of an abutment pile is calculated. The solution coincide with observed data and is more precise than the effective stress method, comparing them to the solution of the FEM.
对于多层土地基中桩基负摩阻力的计算，本文是把各层土体视为均质的整体土层来求解的。但是针对某一层来说，在任一点处的应力与上部各土层的作用力有关，在任一点处的沉降与下部各土层的深度有关，这均对本层的负摩阻力产生影响。所以计算复杂，因此编制了计算程序。
计算负摩阻力的传统弹性理论法假设桩土之间没有相对滑动，而本文则从土体的邓肯－张非线性弹性模型以及桩体的弹性理论出发，分别求出桩周土体以及桩体在任意深度处的沉降量，因此可以得到桩土间的相对位移量，从而可确定中性点的位置。然后通过土体在重力及附加应力作用下对桩体做功的研究，表示出负摩阻力的量度，由此可确定负摩阻力最大值的位置。
负摩阻力沿桩身的分布情况为，从桩顶处为零开始，逐渐增加到最大值，随后减小，直至中性点处达到零。所以可依据负摩阻力的量度，把负摩阻力随深度的变化关系表示为一个插值多项式。虽然计算负摩阻力的有效应力法仅适用于桩顶至负摩阻力最大值这一段，但在该段中可以使用有效应力法得到一些边界条件，因而可确定出负摩阻力多项式中的系数，得到负摩阻力的解析解。
应用本文的计算方法以及有效应力法，对一高速公路的中桥桥台桩基础的负摩阻力进行计算，与原文的有限元法计算结果相比较，本文结果比有效应力法计算的结果有更高的精度。
The negative friction of piles is a hotspot problem in Geotechnical Engineering field. Retrospecting of all kinds of calculative methods, this paper has analyzed the advantage and disadvantage of determining the negative friction and the neutral point. In this paper, either the factors that cause the negative friction are described or the mechanism of negative friction and the methods of decreasing it are also discussed. On the basis of the previous achievements, thus this paper put forward a new calculative method of combining the elastic nonlinear method and the effective stress method.
For many layers foundation, the negative friction is calculated, regarding each layers clay as even. However, the clay stress above it and the clay settlement under it are influence on the negative friction of this layer. The relevant program is compiled because of complicated calculation.
Traditional elastic method used hypotheses which the gliding between clay and piles is absent. So starting with clay Duncan-Chang model and the elastic theories about piles, the clay and piles settlement is calculated. Thus relative displacement is gotten. Utilizing the relative displacement, the neutral point location is calculated. The measurement of negative friction is figured by the study on clay working to piles. As a result, the maximum of negative friction is calculated.
The negative friction is zero in pile tip and augment gradually along with depth. When it arrive at the maximum, the negative friction begin to decrease, till it is zero at neutral point. Accordingly the measurement, the negative friction may be expressed as a interpolation polynomial. Though it suit only from pile tip to neutral point, the effective stress method is applied to boundary condition determining. Moreover the polynomial coefficients are determined by the boundary conditions. So the resolution of the negative friction can be calculated.
According to the method and the effective stress method, the negative fiction of an abutment pile is calculated. The solution coincide with observed data and is more precise than the effective stress method, comparing them to the solution of the FEM.
引文
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