孔德森等：非均质土中海上风电单桩基础动力响应特性 ,715· (a) 0 (b) 10 10 。一=191s -=196s 三20 ·一=192s ●一=1978 ◆一=193s ◆-仁198s =194s 是30 一=199s ★一=195 30 =200s 40 40 50E 50 L 0 0 100150200 250 0 50 100150 200 250 Soil resistance/kPa Soil resistance/kPa 图7第20次循环时桩身外壁土抗力埋深分布曲线.(a)前5s顺载侧：(b)后5s逆载侧 Fig.7 Soil resistance distribution curves of pile outer wall along the buried depth during the 20th cycle:(a)forward side of the first 5 s;(b)reverse load side after 5 s 桩身位移为正，桩与外部土体相互挤压，桩外壁土 深逐渐减小，故桩身提供的支撑力沿埋深逐渐减 压力为被动土压力：在193s时达到最大，说明此 小，表现为桩侧土抗力沿埋深逐渐降低.桩外壁土 范围内随时间的增加桩身承担荷载变化比较明 抗力沿埋深变化不一致，说明桩顺载侧外壁土抗 显.分界点以下桩侧土抗力随着时间的增加先减 力的发挥不仅仅取决于桩土相对位移，还与埋深 小后增大，这种变化主要集中在距桩底端4m范 和桩侧土层性质有关 围内，这是由于此范围内桩身位移为负，桩与外部 由图7(b)可知，不同时间点桩侧土抗力发挥 土体产生分离的趋势，桩外壁土压力为主动土压 沿埋深不同，198s时土抗力发挥位置埋深最大，这 力；在193s时达到最小，说明此范围内随着时间 主要是因为此时桩身负向位移最大，与逆载侧土 的增加对桩侧土抗力影响较大.在淤泥和粉砂土 体脱离程度比较大，导致桩侧土抗力发挥沿埋深 分界面处土抗力增加显著，究其原因，该处由于土 滞后.不同时间点桩逆载侧土抗力沿埋深存在分 层之间性质差异较大发生了明显的应力集中现象 界点，桩逆载侧土抗力随时间变化规律与顺载侧 软黏土中桩外壁土抗力沿埋深逐渐增大，这 土抗力正好相反.桩逆载侧土抗力沿埋深变化与 是因为软黏土水平位移沿桩埋深逐渐增大，桩身 桩身顺载侧外壁土抗力变化大致相同.上部土层 需要提供较大的支撑力去约束较大的位移；而砂 土抗力较小，下部土层土抗力较大，承担的荷载较 土中桩外壁土抗力沿埋深逐渐减小，究其原因，一 大，可作为持力层 方面是由于淤泥土层与粉砂土层相比土层性质较 对第20次循环时前5s和后5s桩内壁土抗力 差，另一方面是由于淤泥土与粉砂土相比水平位 沿埋深变化规律进行分析，第20次循环时桩内壁 移较大，且由于靠近桩端，粉砂土水平位移沿桩埋 土抗力沿埋深分布曲线如图8所示 (a) 0 (b) =196s 10F ●-=191s 10 *一仁197s -=192s ◆一 =198s ◆-=193s =199s 20 -=194s E -=195s 1=200s 兰 30 兰30 % 40 50t 50t 0 20 406080100120140 0 20 406080100120140 Soil resistance/kPa Soil resistance/kPa 因8第20次循环时桩身内壁土抗力埋深分布曲线.(a)前5s顺载侧：(b)后5s逆载侧 Fig.8 Soil resistance distribution curves of pile inner wall along the buried depth during the 20th cycle:(a)forward side of the first 5 s;(b)reverse load side after 5s桩身位移为正，桩与外部土体相互挤压，桩外壁土 压力为被动土压力；在 193 s 时达到最大，说明此 范围内随时间的增加桩身承担荷载变化比较明 显. 分界点以下桩侧土抗力随着时间的增加先减 小后增大，这种变化主要集中在距桩底端 4 m 范 围内，这是由于此范围内桩身位移为负，桩与外部 土体产生分离的趋势，桩外壁土压力为主动土压 力；在 193 s 时达到最小，说明此范围内随着时间 的增加对桩侧土抗力影响较大. 在淤泥和粉砂土 分界面处土抗力增加显著，究其原因，该处由于土 层之间性质差异较大发生了明显的应力集中现象. 软黏土中桩外壁土抗力沿埋深逐渐增大，这 是因为软黏土水平位移沿桩埋深逐渐增大，桩身 需要提供较大的支撑力去约束较大的位移；而砂 土中桩外壁土抗力沿埋深逐渐减小，究其原因，一 方面是由于淤泥土层与粉砂土层相比土层性质较 差，另一方面是由于淤泥土与粉砂土相比水平位 移较大，且由于靠近桩端，粉砂土水平位移沿桩埋 深逐渐减小，故桩身提供的支撑力沿埋深逐渐减 小，表现为桩侧土抗力沿埋深逐渐降低. 桩外壁土 抗力沿埋深变化不一致，说明桩顺载侧外壁土抗 力的发挥不仅仅取决于桩土相对位移，还与埋深 和桩侧土层性质有关. 由图 7（b）可知，不同时间点桩侧土抗力发挥 沿埋深不同，198 s 时土抗力发挥位置埋深最大，这 主要是因为此时桩身负向位移最大，与逆载侧土 体脱离程度比较大，导致桩侧土抗力发挥沿埋深 滞后. 不同时间点桩逆载侧土抗力沿埋深存在分 界点，桩逆载侧土抗力随时间变化规律与顺载侧 土抗力正好相反. 桩逆载侧土抗力沿埋深变化与 桩身顺载侧外壁土抗力变化大致相同. 上部土层 土抗力较小，下部土层土抗力较大，承担的荷载较 大，可作为持力层. 对第 20 次循环时前 5 s 和后 5 s 桩内壁土抗力 沿埋深变化规律进行分析，第 20 次循环时桩内壁 土抗力沿埋深分布曲线如图 8 所示. 50 40 30 20 10 0 0 50 100 150 200 250 Soil resistance/kPa Pile depth/m t=191 s t=192 s t=193 s t=194 s t=195 s 50 40 30 20 10 0 0 50 100 150 200 250 Soil resistance/kPa Pile depth/m t=196 s t=197 s t=198 s t=199 s t=200 s (a) (b) 图 7    第 20 次循环时桩身外壁土抗力埋深分布曲线. （a）前 5 s 顺载侧；（b）后 5 s 逆载侧 Fig.7    Soil resistance distribution curves of pile outer wall along the buried depth during the 20th cycle: (a) forward side of the first 5 s; (b) reverse load side after 5 s 50 40 30 20 10 0 0 40 20 60 100 80 120 40 140 20 60 100 80 120 Soil resistance/kPa Pile depth/m 50 40 30 20 10 0 0 140 Soil resistance/kPa Pile depth/m t=191 s t=192 s t=193 s t=194 s t=195 s t=196 s t=197 s t=198 s t=199 s t=200 s (a) (b) 图 8    第 20 次循环时桩身内壁土抗力埋深分布曲线. （a）前 5 s 顺载侧；（b）后 5 s 逆载侧 Fig.8    Soil resistance distribution curves of pile inner wall along the buried depth during the 20th cycle: (a) forward side of the first 5 s; (b) reverse load side after 5 s 孔德森等： 非均质土中海上风电单桩基础动力响应特性 · 715 ·