场地初始固结度对桩基负摩阻力发展影响的机理研究

随着经济建设的发展，越来越多的高层建筑物建在填海场地中。由于桩基础承载力高，沉降较小，因而被广泛使用在这类建筑物中。然而由于前期地基处理不到位，近年来发现不少填海区在建筑物竣工使用后出现了地面下沉的情况。众所周知，当场地中桩周土体的沉降超过桩身的沉降，桩身上将出现负摩阻力。负摩阻力会抵消一部分桩身的正摩阻力，降低桩基础的承载能力，同时导致桩身轴力增大，桩顶产生附加沉降，从而影响建筑物的安全。本项目将通过室内模型试验对具有不同初始固结度场地中的桩基进行全过程的模拟，研究场地初始固结度对桩基负摩阻力发展的影响规律；同时研制压拔型的桩土试验仪，研究往复加载条件下桩土接触面的力学特性及本构关系；最后借助数值分析手段对桩基负摩阻力发展的机理，以及桩长、桩端类型、桩顶荷载水平等参数的影响进行深入的分析。项目的成果将有助于对填海沉降区已有桩基工作性状的理解和安全性的评估。

负摩阻力会抵消一部分桩身的正摩阻力，降低桩基础的承载能力，同时导致桩身轴力增大，桩顶产生附加沉降，从而影响建筑物的安全。本项目（1）利用有限元数值分析手段，研究了桩基施工前场地初始固结度对桩身负摩阻力发展的影响规律；（2）通过室内单桩、2×2群桩和3×3群桩的模型试验，研究了土的压缩性、成桩方式及约束条件对桩身负摩阻力发展及群桩效应的影响；（3）提出了一种考虑泊松效应影响的弹塑性t-z模型，通过和模型试验结果的比较，对模型的适用性进行了验证；（4）利用有限元数值分析手段，建立了包含断桩的2×2群桩的三维有限元模型，研究其在堆载作用下所表现出的负摩阻力特性，重点分析了断桩长度、桩间距以及断桩布置形式等参数的影响；（5）通过数值模拟计算，研究了负摩阻力作用下断桩对上部结构内力和变形的影响。项目的成果揭示了场地初始固结度、成桩方式、桩身约束条件对桩身负摩阻力发展规律的影响，以及存在断桩时，负摩阻力对群桩和上部结构内力和变形的影响规律。