基于能量法的非均质地基中单桩受扭弹塑性分析

为探讨非均质地基中单桩受扭的非线性特性,假定桩侧地表处地基土剪切模量为非零值(已有方法多假定为零)且随深度呈幂函数分布,引入虚土桩法建立出桩土体系的总能量方程后,基于最小势能原理由变分法分别导得桩身及土体的受扭控制方程,进而采用有限差分法获得桩身扭转角的差分方程式。然后,将桩周土体视为理想弹塑性材料,给出了塑性状态下的单桩受扭分析方法,并基于MATLAB编制了计算程序,再将计算结果与已有方法及实验结果进行了对比验证。最后,通过参数分析获得了桩体参数G_p和r_0以及土体参数α_g和n的取值对桩身扭转响应的影响规律:随桩体剪切模量G_p的增大,桩顶扭转角减小;桩径r_0增大一倍时,相同扭转角下桩顶能承受的扭矩增大5~7倍;α_g≤0.1L时,扭矩传递先慢后快,反之则表现为先快后慢;n≤1时,扭矩传递先快后慢,反之则表现为先慢后快,且桩身扭转响应主要集中于桩身上部。