利用砂土中扩底抗拔桩的模型试验,研究从开始加载到破坏时扩底抗拔桩地基动态变形全过程的承载特性.试验结果表明:半模试验得到的极限荷载和破坏面均略小于全模试验结果,采用半模试验测量地基变形过程与破坏模式有明显优势,用半模试验代替全模试验是可行的;随着桩顶荷载的增加,扩大头上方的土体由压缩变形逐渐发展为局部的压缩—剪切破坏;扩大头对其上部的桩侧摩阻力有增强作用,对其下部的桩侧摩阻力有削弱作用;扩大头在工作荷载、极限荷载和破坏荷载作用时分担的荷载比例为15％ ～20％.

利用室内半模试验和颗粒流数值模拟,揭示多层砂土地基扩底桩单桩抗压承载特性及变形特征.结果 表明,通过对比分析极限承载力与Hh/D(持力层厚度与扩大头直径之比)的关系可以看出,单桩的抗压极限承载力随Hh/D逐渐增加,当Hh/D超过2.0时,极限承载力基本不再增加,此时的单桩抗压极限承载力稳定在300.01～303.25 N,是Hh/D=0.5时极限承载力(183.83 N)的1.65倍.扩大头下部土体发生局部压缩一剪切破坏,破坏面从扩大头底面边缘向斜下方扩展,在水平方向影响范围达到最大后逐渐向桩内侧收缩;荷载作用越大,地基破坏区域越大,相应的极限抗压承载力也越大;持力层厚度增加,扩大头分担的荷载比例增大,分担的荷载达到稳定需要的桩顶位移也越大,Hh=0.5 D试验扩大头分担的荷载比例稳定时为60％,对应的桩顶位移约为29 mm;桩顶位移达到33 mm后,Hh=1.0～3.0 D试验稳定在63％～65％之间;通过细观颗粒流理论对砂土移动特性的研究发现,持力层厚度从0.5D增大至2.0D,破坏面的起始扩展角度从31°增大至42°.数值模拟研究结果与模型试验数据吻合效果良好,证明该方法分析多层砂土地基扩底桩单桩抗压荷载传递机理是可行的.

以颗粒接触模量、颗粒刚度比、摩擦因数等为细观力学性质参数,建立多层砂土地基扩底抗拔桩计算模型,利用离散元颗粒流理论研究持力层厚度和持力层砂土密度对扩底桩抗拔承载特性的影响,并与模型试验结果进行对比.研究结果表明:力链传递方向主要沿扩大头斜上方32°左右方向发展;土层厚度及砂土密度不同,颗粒位移特征不同;数值模拟结果与模型试验结果吻合较好,当持力层厚度与扩大头直径之比(H/D)超过2.5时,极限承载力基本不再增加,是H/D=-0.5时极限承载力的3.7～3.8倍;当持力层为密实砂时(相对密度为0.94),其极限抗拔承载力是中密砂(相对密度为0.55)的1.3～5.1倍.