【正文】 對于樁側(cè)土體與樁身的相互作用和樁端反力巖土體力學(xué)特性的計算模型，均可以采用新的本構(gòu)理論加以描述，具體是：樁側(cè)土體 與樁身的相互作用本構(gòu)理論可以采用 1＜ ρ＜ 0 的本構(gòu)模型，樁端反力巖土體力學(xué)特性可以采用 ＜ ρ＜ 0 新的荷載位移模型。采用新本構(gòu)理論對其加以描述，在某級荷載作用下，樁端地基變形 △ r 即為樁頂沉降量 S 與樁身變形△ p 之差，可用下式表達： S = +△ p；△ p =△ pf +△ pr () △ r = S △ p；△ r =?（ Pb， βi） 式中： Pb為樁端施加于樁端介質(zhì)的荷載； βi 為描述樁端介質(zhì)力學(xué)特性參數(shù)。 47 圖 巖土體荷載與位移曲線類型 圖 推廣的巖土體荷載與位移曲線類型 新本構(gòu)模型認為對于樁基礎(chǔ)而言，其樁上部一般都是黏性土體，且側(cè)向壓力較小，荷載與位移曲線特征與ⅰ型曲線特征十分的相似。 此種新的本構(gòu)模型認為巖土體的力學(xué)特性與樁的荷載傳遞特性是有某種緊密聯(lián)系的。馮士倫等、馮士倫和王建華通過飽和砂土中樁基的振動臺試驗，獲得了砂層液化時的樁身彎矩和樁頂重物的加速度，確定了液化土層中樁基的 PY特征參數(shù)。陳文化通過小型振動臺模擬試驗研究了有建筑物存在的飽和砂土地基液化問題。 Kammerer 等對不同密度、不同豎向力的砂土進行了單向和雙向剪切試驗 。為了描述非線性沿途阻抗 撓度的模型， 1986 年美國是有研究所根據(jù)黏土和砂土的試驗結(jié)果得到的 PY曲線，并指出了靜態(tài)和循環(huán)加載的區(qū)別，成為人們廣泛應(yīng)用的結(jié)果。Anandarajah 等用現(xiàn)場試驗資料，結(jié)合等效線性有限元方法分析了樁和土之間相互作用。 Angelides 等發(fā)展了這種有限元方法，在一定的條件下提出非線性黏彈性的線性化計算方法，并對非線性樁 土系統(tǒng)進行了研究。胡立萬等用 PY 曲線法計算了板樁結(jié)構(gòu)。O’ Neill 等、 Bogard 和 Matlock、 Brown 等提出和改進了修正的地基相應(yīng)法。最近，Hu 等將廣義 Winkler 模型系統(tǒng)地推廣用來研究非線性彈性、黏彈性、彈塑性地基上具有初始位移和間斷性條件的樁基大變形分析的靜動動力學(xué)響應(yīng)問題，得到了以下有益的結(jié)論。 Winkler 地基模型是把樁周的土體離散為一個個單獨作用的彈簧，某一彈簧受力時，僅該彈簧發(fā)生與作用力成正比的壓縮而與其他彈簧無關(guān)。提出了求解這類具有間斷性條件的空間軸對稱樁 土耦合系統(tǒng)的控制方程的無網(wǎng)格 Galerkin 方法（ elements free Galerkin method， EFGM）、微分求積法（ differential quadrature method,DQM），并求得了幾何非線性條件下，層狀介質(zhì)中樁 土耦合系統(tǒng)的 DQEM 解。 Xu和 Poulos 總結(jié)了運用彈性理論來求解單樁和群樁的計算方法。 Roesset[25]基于土體的非線性均勻假設(shè)，對樁基進行了動力學(xué)及參數(shù)的研究，并發(fā)展了相應(yīng)的有限元方法。 Tajimi[21]首先采用連續(xù)體模型模擬土體，在以后的一段時間里許多學(xué)者對這一理論方法做了更多研究。 混凝土強度等級 對 混凝土材料的圍壓效應(yīng) 有一定的 影響 。 圍壓為 10MPa 時試驗 數(shù)據(jù) 圍壓為 10MPa時混 凝土的三軸試驗應(yīng)力 應(yīng)變關(guān)系曲線圖如下： 22 圖 C21 混凝土應(yīng)力 應(yīng)變關(guān)系曲線 圖 C22 混凝土應(yīng)力 應(yīng)變關(guān)系曲線 圖 C23 混凝土應(yīng)力 應(yīng)變關(guān)系曲線 圖 C24 混凝土應(yīng)力 應(yīng)變關(guān)系曲線 圖 C25 混凝土應(yīng)力 應(yīng)變關(guān)系曲線 圖 C26 混凝土應(yīng)力 應(yīng)變關(guān)系曲線 圖 C27 混凝土應(yīng)力 應(yīng)變關(guān)系 曲線 圖 C28 混凝土應(yīng)力 應(yīng)變關(guān)系曲線 23 圖 C29 混凝土應(yīng)力 應(yīng)變關(guān)系曲線 圖 C30 混凝土應(yīng)力 應(yīng)變關(guān)系曲線 圖 C31 混凝土應(yīng)力 應(yīng)變關(guān)系曲線 圖 C32 混凝土應(yīng)力 應(yīng)變關(guān)系曲線 圖 C33 混凝土應(yīng)力 應(yīng)變關(guān)系曲線 圖 C34 混凝土應(yīng)力 應(yīng)變關(guān)系曲線 圖 C35 混凝土應(yīng)力 應(yīng)變關(guān)系曲線 圖 C36 混凝土應(yīng)力 應(yīng)變關(guān)系曲線 24 圖 C37 混凝土應(yīng)力 應(yīng)變關(guān)系曲線 圖 C38 混凝土應(yīng)力 應(yīng)變關(guān)系曲線 圖 C39 混凝土應(yīng)力 應(yīng)變關(guān)系曲線 圖 C40 混凝土應(yīng)力 應(yīng)變關(guān)系曲線 圖 C41 混凝土應(yīng)力 應(yīng)變關(guān)系曲線 圖 C42 混凝土應(yīng)力 應(yīng)變關(guān)系曲線 圖 C43 混凝 土應(yīng)力 應(yīng)變關(guān)系曲線 圖 C44 混凝土應(yīng)力 應(yīng)變關(guān)系曲線 25 圖 C45 混凝土應(yīng)力 應(yīng)變關(guān)系曲線 圖 C46 混凝土應(yīng)力 應(yīng)變關(guān)系曲線 圖 C47 混凝土應(yīng)力 應(yīng)變關(guān)系曲線 圖 C48 混凝土應(yīng)力 應(yīng)變關(guān)系曲線 圖 C49 混凝土應(yīng)力 應(yīng)變關(guān)系曲線 圖 C50 混凝土應(yīng)力 應(yīng)變關(guān)系曲線 26 圖 圍壓 10MPa 時 C21~C50 混凝土應(yīng)力 應(yīng)變關(guān)系曲線全圖 圍壓繼續(xù) 增大 到 10MPa 時，混凝土假三軸抗壓試驗數(shù)據(jù)顯示的趨勢與圍壓 5MPa時試驗數(shù)據(jù)顯示的趨勢相同。 混凝土三軸試驗 數(shù)據(jù) 在 實際的 樁基礎(chǔ) 工作情況 中 ，樁身 混凝土結(jié)構(gòu) 大部分處于兩軸或三軸的復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)，只有極少情況下樁身混凝土處于 單一的單軸壓應(yīng)力或拉應(yīng)力狀態(tài)。 λ 與混凝土所受應(yīng)力的大小有關(guān)，其值可由應(yīng)力 應(yīng)變曲線方程計算確定，它隨應(yīng)變的增大而單調(diào)減小 [7]。其關(guān)系式與中國建筑科學(xué)研究院給出的關(guān)系式還是有一定的差異 [5]。為本試驗測得的是上升段的試驗數(shù)據(jù)所以只列出了兩個建議方程的上升段部分。如圖 所示 A 點為比例極限點（ ~），此時混凝土內(nèi)部 應(yīng)力較小， 骨料和水泥石的接觸面上形成了微裂隙，這是由 粗細 骨料和水泥結(jié)晶體受力產(chǎn)生的彈性變形 引起的，因此微裂隙又稱為粘結(jié)裂隙 [5]。墊 片 通過其接觸面上的摩擦力約束混凝土試件的 環(huán) 向 應(yīng) 變 ， 導(dǎo)致 墊 片 附近混凝土 試樣 處于非單軸受壓狀態(tài)，離墊板越近 環(huán)向 約束越大，混凝土破壞時形成兩個對頂?shù)慕清F形破壞面，抗壓強度的試驗值比沒有約束的情況高。 許多規(guī)范上都給出了 混凝土 彈性模量 Ec 的常值 ，此 Ec 值只能用以分析混凝土結(jié)構(gòu)在受力初期彈性階段的應(yīng)力 應(yīng)變關(guān)系，但是混凝土在受壓情況下的受壓去塑性變形、 鋼筋屈服和混凝土達到抗壓強度后的應(yīng)力下降等一些列曲 線變形都無法有單一的彈性模量值來解釋。同時闡述混凝土試樣配比設(shè)計計算公式和混凝土試樣制作詳細過程。在高圍壓的條件下，混凝土試樣表面的氣泡 等缺陷 會損壞試驗 中所 用 的 外橡膠套 ， 導(dǎo)致液壓油進入橡膠套內(nèi) 6 層從而影響環(huán)向應(yīng)變的測量值。176。 5 圖 人工砂 圖 花崗巖骨料 粗骨料采用湖北 省宜昌市三峽 庫區(qū)產(chǎn)的花 崗巖如圖 所示 ，密度~，用點荷載試驗測出花崗巖粗骨料強度 。 采用質(zhì)量法計算粗骨料及細骨料用量，按下式計算： mc+mg+ms+mw=ma （ ） 式中 mc 為 每立方米混凝土 水泥 的 用量（ kg）； mg為 每立方米混凝土 小石和中石的 用量（ kg）； ms 為 每立方米混凝土 人工砂（中砂）的 用量（ kg）； mw為 每立方米混凝土用水 的 量（ kg）； ma 為 每立方米混凝土 的實測總 質(zhì)量（ kg） ，該值 取用 了三峽大學(xué)土木與建筑學(xué) 院彭剛教授所 測 出的結(jié) 果 ， ma取 值在 2400~2500kg 之間 。 本試驗 混凝土用水量 按照規(guī)范上的計算公式，公式見（ ） ： mw=mws ( 1 β ) （ ） 式中： mw為 每立方米混凝土用水量（ kg）； mws為 滿足實際坍落度要求的每立方米混凝土用水量 （ kg） 。 本試驗所用混凝土采用普通硅酸鹽水泥，且每方 用量大于等于 300kg； 粗骨料采用連續(xù) 二 級配 的碎石 （粗骨料只含有小石和中石） ， 針片狀顆粒含量 符合規(guī)范要求其值 小于 9%。 目前國內(nèi)所用泵送混凝土機械所用輸送管管徑一般為 125mm 或 150mm，本文假設(shè) 樁基 工程 上所用的 泵送混凝土機械輸送管 管徑 為 150mm， 泵送高度 ≤ 50m， 粗骨料粒徑 滿足 骨料 最大公稱粒徑與輸送管徑之比 ≤ 1： 3 的要求 ；細骨料采用中砂 （人工砂） ，其公稱 粒 徑 在 315μ m 篩孔的 篩子中過，其 顆粒含量大于 20%，砂率在 35%～ 45%之間 。 規(guī)范中給出 90mm坍落度的用水量 見表 ， 以此為基礎(chǔ)計算，混凝土坍落度 每增大 20mm相應(yīng) 用水量則要 增加 5kg。 本試驗所用模具體積為 m3，所有用量應(yīng)乘以一個體積換算系數(shù) 得混凝土配制中的實際用量。 模具 本試驗采用自制木模， MHL320X70X120mm。連接 處 的縫隙 寬度最大值 小于 。為避免此類影響因素，采用相對混凝土試塊強度高一等級的砂漿進行第一次修補，在 的 Ca(OH)2 的飽和溶液中養(yǎng)護 3d（此時間從第一次修補砂漿攪拌加水開始計時）。在試驗開始前，対 已鉆好的 圓柱體 Φ50X100混凝土試樣 進行篩選、修補、養(yǎng)護、再修補進行簡單的介紹并測得了 室內(nèi)溫度 條件下 圓柱體 Φ50X100混凝土試樣的基本物理參數(shù)。因此需要用曲線上的特殊點和線來對混凝土受壓性能變化全過程曲線進行描述。 為減小混凝土試件與 三軸試驗機 墊 片 之間的摩擦力 ， 在 混凝土 試 樣兩端 表面涂一些 潤滑油（本試驗采用的是液壓油） ， 可以近似的看作環(huán) 向變形 不受約 束，整個試件近似處于單向受壓狀態(tài)，將沿平行于壓力的作用方向產(chǎn)生 條 形 裂縫而破壞 [6]。 圖 混凝土應(yīng)力 應(yīng)變曲線 隨著應(yīng)力 逐漸 增大， 混凝土試樣中的 水泥凝膠體 出現(xiàn) 塑性變形， 微裂縫 逐漸發(fā)育并伴隨著 新裂縫的出現(xiàn)，混 凝土表現(xiàn)出明顯的塑 性 性能 。 Hognestad應(yīng)力 應(yīng)變曲線 建議方程 和 Rusch應(yīng)力 應(yīng)變曲線 建議方程兩者的 上升段相同，即： 上升段： ε ≤ εp 時 ： σ = ?c [ 2ε / εp ( ε / εp )2 ] （ ） 在研究 混凝土結(jié)構(gòu) 的應(yīng)力分布中， 以下 幾種 模量 分析研究不可缺少的 參數(shù) ， 歐洲國際混凝土委員會 CEB 和國際預(yù)應(yīng)力混凝土協(xié)會 FIP 中 提到過 峰值應(yīng)力 σpeak 與 峰值軸向應(yīng)變 εpeak 的比值 的意義。 混凝土的切線模量 隨著 應(yīng)力 的 逐漸 大 混凝土 已 進入 了下一階段（即 彈塑性階段 ） ， 起先的變形模量（ 初始的彈性模量 E0） 已不能 準確 反映這時的混凝土 試樣 的應(yīng)力 應(yīng)變 關(guān)系 。 混凝土視模量 混凝土應(yīng)力 應(yīng)變關(guān)系曲線上可以準確的確定 峰值應(yīng)力 σpeak 的值和 峰值軸向應(yīng)變εpeak 的值。在設(shè)計或驗算 樁身混凝土 結(jié)構(gòu)的承載力時，如果采用混凝土的單軸抗壓 強度，其結(jié)果必然有以下兩點： 1) 過低地 給出多 軸 混凝土結(jié)構(gòu) 抗壓強度，造成 混凝土等 材料 的 浪費 ； 2) 過高地估計多軸 混凝土 壓應(yīng)力狀態(tài)的強度，埋下安全的隱患。 混凝土材料的彈性模量（ E0）、切線模量（ ES）、割線模量（ ES’）和切線泊松比（ ν） 仍 呈現(xiàn)減小趨勢，峰值應(yīng)力（ σpeak） 和 峰值軸向應(yīng)變（ εpeak）繼續(xù)呈現(xiàn)增大趨勢。 當混凝土強度等級較低時，圍壓使混凝土的強度增長較為明顯， 反之 時相對較弱。 Mattes和 Poulos 假設(shè)土體為連續(xù)彈性體，在彈性半空間中求得了豎直和水平單位荷載作用下土體位移的 Mindlin 積分解，并討論了基樁的力學(xué)特征。 AboalElla[26]將土的均勻平面應(yīng)變方法推廣到層狀介質(zhì)，得到了一個既簡單又多用途的解。 Koo 等研究了在 SH 波下，樁 土 結(jié)構(gòu)間的相互作用 。 隨著多孔連續(xù)介質(zhì)力學(xué)理論的深入研究，飽和土和非飽和土中樁基力學(xué)行為的研究也開始受到越來越多研究者和工程師關(guān)注。這種把地基看成非連續(xù) 42 介質(zhì)且地基反力系數(shù)在整個位移過程中均為常數(shù)的假定雖和實際不太符合，但與其他一 些較復(fù)雜的解析方法相比較，在許多情況下，特別是當基礎(chǔ)的容許位移較小時，這種方法仍可得出比較接近實際的結(jié)