被动桩土拱机理研究：粘性土与无粘性土对比分析

"被动桩中土拱形成机理的平面有限元分析 (2005年)" 这篇论文探讨了被动桩中土拱形成机理，主要聚焦于粘性土与无粘性土之间的差异。土拱效应是由于荷载导致土体屈服，应力转移到附近的未屈服土体或刚性边界，这一现象最早由Terzaghi在1943年的活门拱试验中提出。论文通过平面有限元数值模拟方法，对不同土性（粘性土与无粘性土）中的被动桩进行了对比分析。 作者韩爱民、肖军华和梅国雄指出，土性变化会影响土拱形成过程和桩周土体的受力及破坏模式。他们发现，粘聚力、内摩擦角、弹性模量、剪胀角、泊松比以及桩土接触特性等土体参数对土拱的形成和其效应具有显著影响。具体来说： 1. 粘性土与无粘性土在土拱形成过程中，桩周围土体的应力分布和破坏形态不同。粘性土可能表现出更复杂的应力路径和破坏模式。 2. 剪胀角是描述土体剪切时体积膨胀的特性，其大小会影响土拱的形成和稳定性。较大的剪胀角可能导致更显著的土体膨胀，从而增强土拱效应。 3. 泊松比反映了土体横向应变与纵向应变的关系，对于土拱的形成也起到关键作用。高泊松比的土体会在土拱形成过程中产生更大的侧向应变，可能影响土拱的形状和强度。 4. 桩土接触特征，包括摩擦力和黏附力，对土拱的形成和传递应力至桩体的能力有直接影响。不同的接触特性可能导致土拱的形成速度和承载能力有显著差异。 5. 研究还涉及了弹性模量，这是衡量土体抵抗变形的能力。弹性模量越大，土体越难以形成土拱，因为应力传递至桩体的过程会受到更大阻力。 论文通过数值模拟深入分析了这些参数如何影响土拱形成过程，为理解和预测被动桩在不同地质条件下的性能提供了理论基础。这对于工程实践，尤其是桩基设计和地基处理有重要意义，可以指导工程师合理选择桩型和布置方式，以充分利用土拱效应，提高桩基础的稳定性和承载能力。