扭轉(zhuǎn)群樁中的陰轉(zhuǎn)法研究

扭轉(zhuǎn)群樁中的陰轉(zhuǎn)法研究

0單樁位移的影響根據(jù)水平加載堆棧試驗，如果堆棧距離小于臨界距離，各基塊通過樁間土壤相互作用，形成堆棧效應(yīng)，使堆棧位移大于承擔相同負荷（堆棧中基本負荷）的單堆位移。人們引入了群樁效率系數(shù)的概念來定量反映群樁效應(yīng)對群樁承載力的影響，定義為群樁中基樁平均極限承載力與單樁極限承載力之比。人們還發(fā)現(xiàn)群樁中各基樁所分擔的荷載也不相同，前排樁所承擔的荷載明顯大于后排樁，這種現(xiàn)象被稱為陰影效應(yīng)陰影效應(yīng)并不僅僅存在于水平受荷群樁中，筆者通過一系列離心模型試驗研究1角測量裝置及試驗設(shè)計群樁扭轉(zhuǎn)離心模型試驗是利用香港科技大學400g.ton臂式離心機進行的。該試驗系統(tǒng)包括豎向壓樁裝置、扭矩施加裝置和測量裝置。豎向壓樁裝置是一套伺服反饋控制的液壓作動系統(tǒng)，能夠?qū)⒛Ｐ腿簶兑詣蛩賶喝肽Ｐ屯林?。扭轉(zhuǎn)加載裝置采用一對氣壓作動器。加載時，兩只作動器向模型群樁施加一對相互平行、方向相反的水平推力來實現(xiàn)模型群樁的扭矩施加。測量裝置包括承臺轉(zhuǎn)角測量和土體沉降測量裝置。轉(zhuǎn)角測量裝置包括兩對激光位移計，一對沿水平加載方向放置，另一對則垂直于加載方向。任意三只位移計的數(shù)據(jù)可以計算出模型樁臺的扭轉(zhuǎn)角和水平位移；采用一支LVDT位移傳感器測量試驗過程中土體的沉降，并以此計算土體的密度。模型樁采用鋁合金管材。鋁管表面布設(shè)有如圖2所示的八道應(yīng)變片來測量樁身沿深度分布的彎矩和扭矩。采用相互平行敏感柵結(jié)構(gòu)的兩片應(yīng)變片組成全橋來測量彎矩；采用相互垂直敏感柵結(jié)構(gòu)的兩片應(yīng)變片組成全橋來測量扭矩。這種全橋的組橋方式不但能夠消除溫度變化的影響還可以有效避免樁身所受的其它力對量測力的影響。另外，樁頭也布設(shè)有兩組小應(yīng)變片測量樁頭剪力。鋁管表面涂以環(huán)氧樹脂來保護應(yīng)變片。模型樁的外徑為19mm，長度為300mm，樁頭用錐形鋁頭封閉，模擬原型為外徑0.76m、長度12m、剛度220.5MN·m模型土采用英國LeightonBuzzard石英砂。砂的粒徑0.09～0.15mm，平均粒徑0.14mm。試驗采用了13.76kN/m試驗前，先將模型群樁壓入土中90mm，使模型群樁在離心機開機加速到40g過程中保持直立。當通過LVDT觀察到土體沉降完畢后，首先利用豎向壓樁裝置將模型群樁以1mm/s勻速壓入模型土中直至埋入深度達到270mm；然后通過兩個氣壓作動器逐級增加扭矩完成分級加載。文獻2角樁與邊樁對比分析試驗獲得了大量的數(shù)據(jù)，部分成果已發(fā)表在文獻圖4給出了3×3群樁中邊樁和角樁的樁身彎矩沿深度的分布曲線。圖中兩根樁的彎矩分布可以發(fā)現(xiàn)以下特點：(1)邊樁在地面最大正彎矩與樁身中部最大負彎矩的絕對值之和要小于角樁，邊樁對角樁的比在松砂和密砂中分別達到0.89和0.91。(2)兩種密度砂土中，在較大扭轉(zhuǎn)角（大于1°扭轉(zhuǎn)角）時，角樁的反彎點要高于邊樁。上述兩點特征均說明角樁所承受的土體反力要大于邊樁。從圖1可以看出，相同扭轉(zhuǎn)角條件下角樁樁頭位移是邊樁的1.41倍，因此在相同扭轉(zhuǎn)角條件下角樁要比邊樁承受更大的土體反力。但這只是部分原因，試驗p–y曲線揭示了另外一個原因。圖5給出了由彎矩分布經(jīng)過數(shù)據(jù)處理得到的1.2m和2.4m深處的p–y曲線。數(shù)據(jù)處理技術(shù)采用了文獻3影響陰影效應(yīng)的影響3.1樁體的運動方向?qū)τ谂まD(zhuǎn)群樁同樣可以引入p乘子來定量反映陰影效應(yīng)的影響。p乘子的計算是利用分析軟件通過試錯方法用不同的系數(shù)修正土體反力p使計算結(jié)果最終能夠與樁頭剪力–水平位移曲線相吻合。采用有限元軟件FB-Pier式中，k為經(jīng)驗系數(shù)，z是樁上某點的埋入深度，A采用與圖1類似的表示方法，圖7給出了扭轉(zhuǎn)荷載作用下1×2和3×3群樁中土體剪切破壞區(qū)域分布情況。在圖7(a）的1×2群樁中，兩根基樁的運動方向相反，基樁在運動方向上形成的剪切區(qū)域不會重疊，因此不會產(chǎn)生陰影效應(yīng)。這一規(guī)律與水平加載的1×2群樁完全不同，正如圖1所示，水平加載群樁中基樁的運動方向均相同。在圖7(b）的3×3群樁中，剪切區(qū)域沿群樁扭轉(zhuǎn)中心呈反對稱分布，中心樁不產(chǎn)生剪切區(qū)域，邊樁和角樁的剪切區(qū)域則相互重疊嚴重。邊樁與其運動方向前方的角樁重疊區(qū)域較角樁與其運動方向前方的邊樁重疊區(qū)域大很多，因此邊樁會比角樁受到的影響更大。這即揭示了3×3群樁中邊樁的土體反力較小的內(nèi)在原因。對比圖1和圖7可以看出扭轉(zhuǎn)加載群樁和水平加載群樁中的陰影效應(yīng)有以下不同：(1)水平加載群樁中各基樁水平移動方向（荷載作用方向）相同，而扭轉(zhuǎn)加載群樁中各基樁移動方向（荷載作用方向）則不同，垂直于基樁與群樁扭轉(zhuǎn)中心的連線并與扭矩的旋轉(zhuǎn)方向一致；(2)水平加載群樁中各基樁在樁頭約束相同條件下水平位移近似相同，而扭轉(zhuǎn)加載群樁中各基樁水平位移大小則同基樁到群樁扭轉(zhuǎn)中心的距離成比例，并不一定相同。圖8給出了水平加載和扭轉(zhuǎn)加載群樁中兩根基樁間的相對運動情況。圖8(a）為水平加載群樁中的兩根基樁，兩樁之間的相互影響可以通過兩根樁中心連線與水平荷載的夾角β來表征。Reese和Wang3.2不同密度土壤條件下群樁的響應(yīng)上述分析說明，陰影效應(yīng)會導致扭轉(zhuǎn)群樁中基樁的水平土體反力下降，進而使群樁的承載能力下降。為考察陰影效應(yīng)對群樁承載力的影響，采用FB-Pier軟件分析1×2和3×3群樁在沒有各種效應(yīng)影響時的群樁響應(yīng)。由于扭轉(zhuǎn)群樁中基樁會同時受到水平力和扭矩的作用，數(shù)值分析中采用式（1）的p–y曲線計算基樁的水平加載響應(yīng)；采用樁身側(cè)摩阻力與扭轉(zhuǎn)角曲線和樁端阻力與樁端扭轉(zhuǎn)角曲線，即τ-θ曲線和T式中，A和A圖10給出了1×2和3×3群樁在兩種密度砂土中的計算和試驗結(jié)果。圖中1×2群樁的計算結(jié)果與試驗數(shù)據(jù)符合得較好，說明了p–y曲線、τ-θ曲線和T為了表示扭轉(zhuǎn)群樁的效率，林亞超和王邦楣其中，目前的試驗研究4扭轉(zhuǎn)群樁中的陰性效應(yīng)(1）離心模型試驗研究表明受扭轉(zhuǎn)荷載的大型群樁中存在明顯的陰影效應(yīng)。1×2和2×2群樁中的陰影效應(yīng)的影響可以忽略；3×3群樁中的陰影效應(yīng)顯著，而且邊樁和角樁所受陰影效應(yīng)的影響不同，邊樁受到的影響更大，因此陰影效應(yīng)與群樁的布置形式和基樁位置有密切的關(guān)系。(2)p乘子可以用來定量表示扭轉(zhuǎn)群樁中的陰影效應(yīng)，在3×3扭轉(zhuǎn)群樁中，角樁和邊樁在松砂中的p乘子分別為0.55和0.35，在密砂中分別為0.40和0.35。(3）扭轉(zhuǎn)群樁中各基樁的水平運動方向和大小由群樁扭轉(zhuǎn)中心的位置和扭轉(zhuǎn)荷載的方向決定，而不同于水平加載群樁的同方向和同大小的情況，扭轉(zhuǎn)加載模式下的陰影效應(yīng)表現(xiàn)出與水平加載模式不同的特點，因此人們在水平加載群樁研究中得到