软粘土和硬粘土中水平多向受荷桩的工作性状研究

水平受荷桩在港口码头、桥梁基础、海洋采油平台和海上风机基础等构筑物中广泛应用，而且相当一部分桩基位于粘土场地中。波浪荷载、风荷载或地震荷载联合作用产生的水平荷载通常具有多方向性的特点。本项目基于室内模型试验、三维有限元数值分析和理论分析，研究了：（1）不同水平多向单调加载路径下粘土中单桩的响应研究；（2）粘土中单桩在单向循环加载后，沿不同水平方向加载后的响应研究；（3）水平多向循环荷载作用下粘土中单桩的响应研究；（4）粘土场地中水平单向和多向受荷单桩和群桩的响应研究（数值研究）；（5）水平多向荷载作用下粘土与桩相互作用的弹塑性多弹簧p-y模型。项目研究成果揭示了多向加载路径对软粘土和硬粘土中桩基水平承载力和桩身响应的影响，以及水平多向循环荷载作用下桩基承载力的退化规律；建立和开发了适用于粘土与桩多向相互作用的多弹簧p-y模型，并编制了可用于水平单向和多向荷载作用下粘土中桩基响应分析的计算程序。 依托本研究项目发表学术论文共15篇，申请发明专利共8项（含美国专利2项），获批发明专利3项，实用新型专利4项。 2100433B

水平受荷桩在港口码头、海洋采油平台和海上风机基础等构筑物中广泛应用，而且相当一部分位于粘土场地中。近五十年来，国内外研究者和工程人员对粘土中水平受荷桩的研究主要集中在单向水平荷载下的桩基响应方面。申请人前期的研究表明，砂土中的单桩在多向加载条件下的水平承载力要显著低于单向加载条件下的水平承载力，且存在荷载增量矢量与位移增量矢量非共轴等现象；而中硬粘土中水平受荷单桩的初步试验研究表明，在多向循环加载路径下的水平承载力退化更为显著。本项目将对粘土中水平多向受荷桩的工作性状进行较系统的研究：（1）通过室内模型试验，研究多向加载路径对软粘土和硬粘土中桩基水平承载力和桩身响应的影响，及水平多向循环加载路径下的承载力退化规律；（2）借助数值分析手段，进行水平多向荷载作用下粘土与桩相互作用的机理分析和参数研究；（3）建立并验证能描述在单调和循环水平多向荷载作用下，粘土与桩相互作用的弹塑性多向p-y模型。

桩基础通常以群桩的形式存在。水平荷载下的桩-土相互作用是一个十分复杂的问题，对于群桩基础尤其如此。国内外对于水平荷载作用下的群桩研究与单桩相比相对较少，而且已有的研究及成果主要集中在单向（单调或周期）水平荷载下群桩基础的工作性状方面，荷载的方向往往沿着群桩水平布置的对称轴方向。但在实际工程中，群桩所受的水平荷载（如波浪荷载和地震荷载）极可能沿着非对称轴方向施加，而且具有多方向的特点。申请人已进行的研究表明，单桩在多向加载条件下的水平承载力要显著低于单向加载条件下的水平承载力。沿非对称轴方向加载对群桩的水平工作性状和水平承载力有何影响？多方向同时加载对群桩的水平承载力和桩身内力又会带来哪些影响？本项目将通过室内模型试验对这些问题进行研究，同时借助数值分析手段对不同加载路径下群桩的桩-土相互作用机理进行深入的分析。

在实际工程中，群桩所受的水平荷载（如波浪荷载和地震荷载）极可能沿着非对称轴方向施加，而且具有多方向的特点。为了研究不同加载路径对群桩水平承载力的影响，进行了沿对称轴方向和沿非对称轴方向水平单向荷载作用下的群桩模型试验，得到了加载方向对桩间距分别为3D，5D和7D的2X2群桩和桩间距为5D的3X3群桩的总承载力，荷载在各桩分配等的影响规律；还进行了十字和圆形加载路径下群桩响应的试验研究。通过三轴试验测定了试验用砂的力学特性参数后，建立了砂土中水平受荷群桩的有限元分析模型，分析结果揭示的加载方向对群桩承载力和群桩效应的影响规律与试验所得结果基本一致。 2100433B

软粘土软粘土也称软土，是软弱粘性土的简称。它形成于第四纪晚期，属于海相、泻湖相、河谷相、湖沼相、溺谷相、三角洲相等的粘性沉积物或河流冲积物。多分布于沿海、河流中下游或湖泊附近地区。常见的软弱粘性土是淤泥和淤泥质土。

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