海上测风塔基础设计中的p—y曲线法

水平受荷桩采用p—y曲线法分析时，可看作沿桩身不同深度处作用着一系列p—y曲线，如图6-11所示。假定这些曲线之间无相互影响，各点在不同水平位移下确定各自的土抗力，进而形成p—y曲线簇。

图6-11　桩基p—y曲线分布与特性简图[30]

1.软黏土地基

对于不排水抗剪强度标准值Cu小于等于96kPa的软黏土，在非往复荷载作用下，桩侧单位面积的极限水平土抗力标准值以土抗力降低的临界深度Zr为界限，沿不同的规律分布。临界深度Zr计算[19]为

式中 γ——土体有效重度；

d——桩侧土抗力计算宽度，可取桩径或桩宽；

J——影响常数，应根据试验得到，若没有试验J可取为常数，一般黏土取0.5，稍硬黏土取0.25；

Cu——原状黏土不排水抗剪强度的标准值。

当泥面以下桩的某一深度Z满足Z＜Zr时，单位面积极限水平土抗力标准值计算为

式中 pu——深度Z处桩侧单位面积极限水平土抗力标准值；

Z——计算点深度。

当泥面以下桩的某一深度Z满足Z≥Zr时，单位面积极限水平土抗力标准值计算为

在确定软黏土中桩基p—y曲线时应先确定参量yc，其表示桩周土体达到极限土抗力一半时相应桩的侧向水平变形，确定为

式中 εc——三轴试验中最大主应力差一半时的应变值，对于饱和度较大的软黏土，也可取无侧限抗压强度一半时的应变值。

当桩身水平位移y处于不同变形阶段时，其对应的p—y曲线按下述方法确定，曲线形式如图6-12或表6-20所示。

当y/yc＜8时确定为

式中 p——泥面下深度Z处作用于桩上的水平土抗力标准值；

y——泥面下深度Z处桩的侧向水平变形。

当y/yc≥8时确定为

图6-12　软黏土p—y曲线[30]

表6-20　短期静载下土抗力与侧向位移关系

2.硬黏土地基

对于不排水抗剪强度标准值Cu＞96k Pa的硬黏土，宜按照试桩资料来确定对应的p—y曲线。当无试桩资料时可按下述方法来确定。

首先按试验取得土的不排水抗剪强度值和重度沿深度的分布规律，以及参数εc值。根据式（6-92）和式（6-93）给出的较小值作为极限抗力pu值，且式（6-92）中系数J取0.25计算。然后计算桩周土体达到极限土抗力一半时桩的侧向水平变形yc值，即

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当桩身水平位移y处于不同变形阶段时，其对应的p—y曲线按下述方法确定，曲线形式如图6-13所示。

图6-13　硬黏土p—y曲线[30]

当y/yc＜16时确定为

式中 p——泥面下深度Z处作用于桩上的水平土抗力标准值；

y——泥面下深度Z处桩的侧向水平变形。

当y/yc≥16时确定为

3.砂土地基

砂土地基中桩侧单位长度的极限水平土抗力标准值以土抗力降低的临界深度Zr为界限，沿不同的规律分布。临界深度Zr计算为

图6-14　系数C1、C2和C3与内摩擦角φ的关系曲线[19]

式中 d——桩侧土抗力计算宽度，一般可取桩径或桩宽；

C1、C2和C3——系数，是砂土内摩擦角φ的函数，可按图6-14确定或计算为

当泥面以下桩的某一深度Z满足Z＜Zr时，单位长度极限水平土抗力标准值计算为

式中 p′u——深度Z处砂土地基桩侧单位长度极限水平土抗力标准值；

Z——从地面算起的任一深度；

γ——砂土有效重度。

当泥面以下桩的某一深度Z满足Z≥Zr时，单位长度极限水平土抗力标准值计算为

对于砂土地基中的水平受荷桩，其p—y曲线确定为

式中 p——泥面下深度Z处作用于桩上的水平土抗力标准值；

A——计算系数；

k——土抗力初始模量，按照图6-15或表6-21确定；

y——泥面下深度Z处桩的侧向水平变形。

表6-21　k值

图6-15　k值曲线[19]