1、桩-土摩阻力模型试验研究论述摘要：文章回顾并总结了当前测定桩土间摩阻力的部分模型试验方法和研究成果，针对桩土相互作用的侧摩阻力及负摩阻力的模型试验部分进行了综合论述，为进一步研究桩土相互作用机理，保证桩基的可靠性提供具有价值的参考。 关键词：桩-土摩阻力；模型试验；桩-土相互作用；论述 中图分类号：TU317+.1 文章编码： 桩基础是一种重要的基础形式，在公路、桥梁、港口码头、高层建筑等工程中应用十分广泛1-2。当前，国内外许多研究人员针对桩土界面摩擦特性做了大量的研究工作，提出了许多的模型试验方法。本文回顾并总结了目前测定桩-土间摩阻力的部分模型试验方法和研究成果，为进一步研究桩-土相互作
2、用机理，保证桩基础的稳定及可靠性提供具有价值的参考。 1 桩-土相互作用侧摩阻力模型试验 张明义等人3通过在改进的试验仪器上进行的室内模型试验，研究表明：桩-土滑动摩阻力在粘性土中具有明显的时效性，滑动摩阻力随时间呈双曲线状增长，与桩的承载力增长曲线相吻合。亓宾等人4通过室内中型剪切摩擦试验确定桩与土间的 C 值参数，依据莫尔-库仑准则确定出桩侧摩阻力。钟闻华5通过室内混凝土与粉土接触面的模型剪切试验得出了桩土接触面上摩阻力随含水量的增加呈现“先增后减”的趋势，其最优含水量则对应着桩土界面的最大侧摩阻力。 冷曦晨等人6重点探讨了模型试验环境与实际工程桩所处环境的相似性原理，建议应在试验中测定桩
3、侧摩阻力时采用原状样，并保持桩土应力与工程应力状态一致。刘建峰进行了桩-土界面摩擦特性拉拔试验，研究结果表明：随着拉力的增加，拉力与极限摩擦阻力将达到平衡；由于控制钢板上下面的填土厚度影响，可使钢板在受到较大的垂直压力时，其竖向变形不大，使得钢板上下界面所产生摩擦力一致。 王火明等人研究表明：影响拉拔桩-土界面摩擦力试验结果的因素很多，主要包括土与盒(箱)壁间的摩擦作用，填料的压实度，填料的含水量，填料的含水量，拉拔速度以及钢板水平埋入长度等。梁仁旺等人针对砂性土中静压桩进行了模型试验，研究了静压桩的静载过程及其沉桩规律，得到桩身轴力、桩侧摩阻力和 Q-S 曲线，同时对测试结果进行了分析，为实
4、际工程提供了理论依据。 2 桩-土间负摩阻力模型试验 桩基负摩阻力是基础工程建设中常见的问题，早在 20 世纪 20、30年代初期，负摩阻力现象开始引起人们的注意。Terzagih., K.等人提出打入可压缩土层的桩基础由于土层固结而使桩基受到向下作用的表面力叫做负摩擦力。国内外对桩的负摩擦力的研究方式主要包括：理论分析结合经验公式、现场原型实验、室内模型实验以及数值模拟等，以下重点论述测定桩-土间负摩阻力的现场原型及室内模型实验方法及部分研究成果。 2.1 现场原型试验 Bjerrum. et al 对挪威的一组直径为 300mm 的钢管桩进行了长时间的现场观测。测试结果表明：土体有效应力变
5、化对桩土之间的荷载传递具有非常明显的影响。由于打桩过程将引起土层中的空隙水压力上升，其有效应力相应减小，桩土之间的负摩擦力也随之减小。李光煜等人采用滑动测微计成功地测的某桩的负摩擦力，并得出桩身中性点的确切位置，并提出中性点位置基本不随堆载高度和时间而发生变化。 马时冬在对某桥梁工程钢筋混凝土灌注桩进行了桩身应变、轴力以及桩周土分层沉降的现场测试与分析研究，测出了桩的中性点的埋深位置及桩身摩阻力的分布情况，并对实测值与设计值进行了对比分析，提出了一种关于中性点深度的计算公式，该公式更加接近于实际。律文田等人通过软土地区桥台桩基础的现场试验研究，揭示了软土地区桩基内力和桩土负摩擦力的变化规律。结
6、果表明：由于负摩擦力的作用，桩身轴力随社深度的增加呈现出“先增后减”的趋势，桩侧摩阻力沿深度呈非线性变化。 2.2 室内模型试验 Chun., F., Leung, R 等人通过室内模型试验研究了沿海软土地基中预制混凝土桩的负摩擦力问题，根据长期的试验观测得到了桩基使用期的负摩擦力分布以及发展规律。结果表明：负摩擦力产生的荷载存在时变性，在桩基设计过程中，其负摩擦力应作为一个外加荷载附加于桩身之上。 谢耀峰等人以湛江港高桩码头桩基为原型制作了模型桩，采用模型试验的方法来研究港口工程中桩基的负摩擦力问题，研究表明：同一根桩下拉荷载值远小于上拔荷载值，桩的负表面摩擦力在泥面以下约 L/5左右达到最
7、大值，其中性点位置约在 0.67L 处。 苗丽等人提出了一种采用有效应力法计算桩基负摩擦力，并将该算法的结果与模型试验实测值做比较，表明该方法能够更加方便、准确地计算桩基的负摩擦力。周国庆等人基于模型试验，分析了饱和中砂融化沉降位移随时间的变化、单桩负摩擦力与融化沉降位移的关系。 陆明生通过对单桩的表面负摩擦力模型试验研究和非线性平面有限元分析结果，并参考国外现场实测资料，给出了估算单桩负摩擦力以及下拉荷载的经验公式，但是由于应变软化等原因，模型试验结果与有限元及经验公式结果误差较大。 3 结束语 文章回顾并总结了当前测定桩-土间摩阻力的部分模型试验的方法和研究成果，主要针对桩土相互作用下的侧
8、摩阻力以及负摩阻力的现场原型测试、室内模型试验测量部分进行了综合论述。桩土界面摩阻力模型试验的目的是研究桩体与土体的界面性质，笔者建议应制定更为细致的试验规程，探讨在多种工况作用下桩土间摩阻力变化规律，同时应理论结合实际，使模型试验的研究结果能够为进一步研究桩-土相互作用机制原理，保证桩基础的稳定及可靠性提供具有价值的参考。 参考文献： 1 张波. 粘土与加筋材料接触面力学特性研究与工程应用D. 南京：东南大学，2005. 2 张明义，邓安福. 桩-土滑动摩擦的试验研究J. 岩土力学，2002，23（2）：246-249. 3 许宏发，吴华杰，郭少平，等. 桩土接触面单元参数分析J. 探矿工程，2002，5：10-12. 4 亓宾，佴磊，江娟. 模拟试验法确定桩基承载力J. 吉林大学学报(地球科学版)，2004，34：99-102. 5 钟闻华. 深长桩荷载传递特性与相互作用理论及应用研究D. 南京：东南大学，2005. 6 冷曦晨，佴磊，亓宾. 桩基承载力模拟试验中相似性问题J. 吉林大学学报(地球科学版)，2005，35(4)：491-495.
