大气温度升高下桩侧和桩端阻力变化分析

（1）桩侧阻力变化分析。

为比较不同桩周土体融化深度对桩侧阻力的影响，分别作荷载为8kN、24kN、40kN和48kN时不同桩的桩侧冻结力沿深度的变化曲线如图6.17所示。

由图6.17可以看出，同级荷载下不同桩侧阻力沿深度方向均呈波浪形变化，即桩侧阻力在沿桩身会出现交替的增大、减小变化。当桩顶荷载为8kN，桩周土融深10cm时，在地面以下20cm处桩身阻力增加到最大；当桩周土融深45cm时，桩身阻力在地面以下30cm处增加到最大，可以认为在此深度范围内桩侧阻力已经充分发挥。随着深度增加，三种工况下的桩侧阻力均呈减小、增大最终再减小的趋势。分析其原因，桩身阻力第一次减小是由于该深度范围内土体温度有所抬升，导致该范围内冻结强度减小，并引起桩侧阻力的降低，但是实际上荷载传递到该深度位置时仍需要桩侧阻力的发挥以保持桩身稳定，同时土体温度随深度增大而回落，冻土强度增大，桩侧摩阻力再次增大，当桩顶荷载传递到一定深度由于上部摩阻力发挥而使荷载传递损失较大时，桩侧摩阻力再次减小。

图6.17　各级荷载作用下不同桩侧摩阻力分布图

当荷载分别为24kN、40kN和48kN时，其桩侧冻结力沿深度的曲线变化规律与8kN时相类似。但桩侧阻力第一次增大的深度范围有所不同，当荷载为24kN，桩周土融深10cm和桩周土融深25cm这两种工况下，桩身阻力在地面以下35 cm处均增加到最大；当荷载为40为kN，桩周土融深10cm和桩周土融深25cm这两种工况下，桩身阻力在地面以下40cm处均增加到最大，而桩周土融深45cm时，桩身阻力在地面以下55cm处增加到最大；当荷载为48kN，桩周土融深10cm下时，桩侧摩阻力在地面以下40cm处增加到最大，桩周土融深25cm下的桩侧阻力在地面以下55m处均增加到最大，而桩周土融深45cm下的桩身阻力在地面以下60cm处增加到最大。

针对上述试验数据分析其原因：随着荷载的增大，当荷载沿桩身方向往下传递的过程中需要更大的桩侧阻力的发挥从而保持桩身稳定，故各工况下桩侧阻力第一次增大的深度范围也有所增大。

（2）桩端阻力变化分析。(www.xing528.com)

随着大气温度的升高，桩周土体融化层深度增大，在荷载一定的情况下，桩侧阻力的变化会引起桩端阻力的变化，三种工况下的桩端阻力随荷载变化关系如图6.18所示：

图6.18　不同工况下的桩端阻力分布图

由图6.18可以看出：对于不同的融化深度，桩端阻力随着桩顶荷载的增大均呈现出增大的趋势，但是增大开始的时间以及增大的程度却不尽相同，对于桩周土体融深13 cm下的模型桩，当桩顶荷载小于10kN时，其桩端阻力保持稳定，说明在此荷载范围内，桩侧摩阻力能够完成抵抗桩顶荷载的传递；当桩顶荷载加载到10kN时开始逐渐增大，表明在此荷载等级作用下，一部分荷载已经传递到桩底，并由桩端阻力分担。随着桩顶荷载继续增大，桩端阻力也随着逐渐增大，当荷载增大到62kN时，桩端阻力突然骤增，表明桩体已经破坏，此时桩端阻力为0.56kN，占极限荷载百分比为0.9%；对于桩周土体融深23cm下的模型桩，当桩顶荷载超过7kN时，桩端阻力开始逐渐增大，随着桩顶荷载继续增大，桩端阻力基本按照同一斜率增大，当荷载增大到最后一级56kN时，桩端阻力突然骤增，表明此时桩端阻力分担的荷载也突然增大，最终桩端阻力为2.92kN，占极限荷载百分比为5.21%；对于桩周土体融深47cm下的模型桩，桩端阻力从第一级荷载就开始逐渐增大，当荷载增大到最后一级48kN时，桩端阻力为3.59kN，占极限荷载百分比为7.48%；

分析三种工况下模型桩桩端阻力的变化规律，可以发现随着融化深度的增大，桩端阻力开始增大时所对应荷载等级越小，最终所占极限荷载百分比越大，这是由于随着融化深度的增大，桩侧总冻结应力减小，导致其所能抵抗的桩身传递荷载也越小，从而桩端阻力发挥其效应的时间越早。