基于FLAC3D的单桩负摩阻力特性研究

龙源期刊网 http://www.qikan.com.cn

基于FLAC3D的单桩负摩阻力特性研究

作者：姚悦 郭文杰

来源：《房地产导刊》2014年第12期

【摘要】利用FLAC3D模拟软土地基中地面堆载对桩侧负摩阻力的影响，分析不同堆载条件及加载次序下桩身轴力、单桩负摩阻力的变化规律。数值模拟结果表明，单桩在桩顶荷载作用下，桩侧负摩阻力随地面堆载等级的增大而增大；在先进行地面堆载时，桩侧负摩阻力则随着桩顶荷载等级的增大而减小。

【关键词】负摩阻力；变化规律；桩身轴力；FLAC3D

桩周土的沉降大于桩体的沉降，桩—土的相对位移（或者相对位移趋势）是形成负摩擦力的原因。桩的负摩阻力和沉降机制取决于桩与土之间相互作用的应力应变性状，这是一个十分复杂的问题。由于岩土条件的复杂多变，即使在现代实验测试技术和计算技术高度发展的情况下，许多问题仍未获得较为满意的解答[1]。影响桩负摩阻力的因素很多，现有的计算方法与公式都具有近似性和经验性，都很少考虑到土体应力应变的非线性[2]。笔者用快速拉格朗日法有限差分程序FLAC3D模拟软土地基中单桩负摩阻力的产生、发展机理，以期对这一问题做新的探究。

1 负摩阻力的产生机理及特性

负摩阻力产生、发展的过程是桩与土的沉降相互协调的过程[3]：桩土之间存在相对位移在正常情况下，桩顶受压下沉，这时桩侧的摩阻力方向向上为正摩阻力；如果土层相对桩侧有向下的位移，此时桩侧的向下摩阻力称为负摩阻力。产生负摩阻力的情况有很多，归结为：①欠固结软粘土或新填土的自重固结；②大面积堆载使桩周土层下沉；③地下水位降低造成桩周土下沉；④湿陷性黄土湿陷引起沉降；⑤打桩后孔隙水压力消散引起固结沉降；⑥地震液化。 2 桩基负摩阻力的研究现状

目前国内外关于桩基负摩阻力的研究主要集中在理论计算、现场试验、室内模型试验和数值模拟等几个方面。影响负摩阻力的因素很多，要精确地计算负摩阻力十分困难，国内外大都采用近似的经验公式估算，常用的主要有以下几种方法：有效应力法、标贯试验法、经验值法。大量试验与工程实测结果表明，以有效应力法计算负摩阻力较接近于实际。现场试验是获得桩侧负摩阻力大小和分布的最直接可靠的方法。但是，由于受工程工期、资金及负摩阻力时间效应的影响，现场试验需要投入较高成本。近年来，国内外学者在室内模型试验方面也进行了一系列研究，并取得了一定的成果。但室内模型只能部分反映某些较为简单的地质情况，其成果的适用范围有一定的局限性。随着计算机技术的提高，数值模拟技术在岩土工程界得到了广泛应用。如Lee等应用ABAQUS有限元软件，Kong等利用FLAC3D软件建立了单、群桩负摩阻力数值计算模型，分析了桩侧负摩阻力、桩身下拽力等的变化规律。在前人研究的基础