不排水黏土中循环荷载下桩-土相对刚度对桩基性能的影响机制及工程预测模型

本文创新性地建立了考虑路径依赖的全应变范围非线性土体模型，通过离心机试验和有限元分析(FEA)系统研究了桩-土相对刚度KR(=EpIp/EsL4)对海上风电(OWT)桩基循环响应的影响，提出了可量化预测循环荷载下桩基刚度演变的半经验公式，为软黏土地基设计提供了重要理论支撑。

　　

Highlight

本研究通过开发能考虑路径依赖的全应变范围非线性土体模型，结合离心机试验和现场测试数据，系统揭示了不排水黏土中桩-土相对刚度K_R对循环荷载下桩基性能的影响规律。

边界表面建模与数值实现

本节提出基于总应力的边界表面模型，采用自适应显式应力积分算法，相比前人研究(Shi, 2016)以更简洁的公式捕捉了土体在全应变范围(10^-5~10^-1)内的非线性特性。

离心机试验与双向循环响应模拟

通过T-bar贯入试验标定参数，重点研究相对刚度K_R(=E_pI_p/E_sL⁴)对桩基在单调和双向循环荷载下行为的调控作用，揭示了从柔性桩到刚性桩的连续响应谱。

现场试验与单向循环响应验证

基于PISA项目现场数据，模拟Cowden超固结黏土中的桩基响应，证明模型能准确复现不同K_R条件下桩基刚度退化和累积位移特征。

相对刚度对循环幅值的敏感性分析

通过参数化研究发现：K_R增大使桩基从"柔性主导"转变为"土体塑性主导"响应，最终提出考虑循环幅值影响的桩基刚度预测公式。

Conclusion

研究成果为海上风电等工程中桩基设计提供了理论框架，特别揭示了K_R通过调控土体应变场分布来影响桩基循环性能的深层机制。