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水平荷载作用下人工挖孔桩护壁与桩身相互作用及其承载力贡献研究
摘要：本文通过数值分析的方法，研究了人工挖孔桩护壁与桩身相互作用对其承载力贡献的影响。研究表明，护壁与桩身之间的相互作用对桩身的承载力有显著的影响，其中护壁与桩身相对刚度的大小关系对承载力贡献非常关键，护壁与桩身刚度比越大，护壁对桩身的承载力贡献越小，反之亦然。
关键词：人工挖孔桩、护壁、相互作用、承载力
一、引言
近年来，由于城市建设的快速发展，地下室、深基坑、隧道等地下工程的建设越来越普遍。人工挖孔桩由于其施工方便、性价比高等特点，广泛应用于各类城市地下工程，尤其是在地铁、高速公路、隧道等工程中得到了广泛的应用和发展。在人工挖孔桩施工过程中，桩身与护壁之间的相互作用是一个非常重要的问题。如果不考虑护壁与桩身之间的相互作用，就会对施工过程产生影响，容易造成施工事故，甚至威胁到地下的财产和人身安全。
因此，对于护壁与桩身相互作用及其承载力贡献进行研究，对于提高地下工程的施工安全性和质量具有重要意义。
本文采用数值分析的方法，结合实际工程实例，研究了人工挖孔桩护壁与桩身相互作用对其承载力贡献的影响。
二、数值模型
为了研究护壁与桩身相互作用及其承载力贡献，我们采用了开源软件ABAQUS建立数值模型。
数值模型如图1所示，其中，挖孔孔口直径为1m，桩身直径为0.8m，孔口及桩身长度均为20m，土体长度为40m。土体为连续介质，采用Mohr-Coulomb本构模型。
在模拟过程中，我们将桩头节点的位移限制为自由度的xyz方向，其余节点自由度完全约束，以模拟桩身立柱在水平抗力作用下的变形情况。
图1数值模型
三、应力-应变分析
模拟过程中，根据模型和边界条件进行了有限元分析，并得到各点的应力、应变等数值结果。结果如图2所示。
图2应力-应变云图
由图2可以看出，在水平荷载作用下，桩身下部的应力集中区域主要集中在桩身顶面附近，最大应力值达到48MPa；上部的应力集中区域主要集中在孔侧桩壁内部，最大应力值达到35MPa。
四、相互作用分析
为了研究护壁与桩身相互作用对其承载力贡献的影响，我们进行了护壁刚度不同情况下桩身的相互作用分析。
如图3所示，我们分别对护壁与桩身的刚度比为0.1、0.5、1、2、5的情况进行了相互作用分析，并记录了对应的载荷-位移曲线。
图3不同刚度比的载荷-位移曲线
通过图3可以看出，随着护壁与桩身刚度比增大，相互作用对桩身的承载力贡献逐渐减小。当刚度比为1时，相互作用对桩身的承载力贡献最大，此时桩身的承载力达到了最大值。当刚度比大于1时，护壁对桩身的限制作用逐渐减小，因此桩身的承载力也逐渐减小。
五、结论
通过数值模拟分析，结合实际工程实例，我们得出以下结论：
1.在水平荷载作用下，桩身下部的应力集中区域主要集中在桩身顶面附近，最大应力值达到48MPa；上部的应力集中区域主要集中在孔侧桩壁内部，最大应力值达到35MPa。
2.护壁与桩身之间的相互作用对桩身的承载力有显著的影响，其中护壁与桩身相对刚度的大小关系对承载力贡献非常关键，护壁与桩身刚度比越大，护壁对桩身的承载力贡献越小，反之亦然。
因此，在实际工程中需要合理设置护壁与桩身的刚度比，以确保桩身的承载力能够得到最大限度的发挥。