一种黄土卸荷湿陷量的计算方法与流程

1.本发明属于黄土卸荷湿陷量计算方法领域，尤其涉及一种黄土卸荷湿陷量的计算方法。


背景技术：

2.自重湿陷性黄土场地非挤密桩复合地基，由于缺乏考虑自重湿陷条件下的承载机理及设计方法，存在设计理论不能满足工程需求的尖锐矛盾，是黄土工程界近年来高度关注的问题。因相关机理性研究的严重不足，这一问题目前仍未解决，使得工程设计缺乏理论支持，现有黄土规范也未将该工况下的场地湿陷性评价方法列入。在谨慎原则下，工程界普遍先采用素土挤密桩消除湿陷性，然后再按一般地区素混凝土桩复合地基进行设计，造成先后采用两种地基处理方法的保守作法。该作法不仅不经济，其必要性受到很大质疑。因为自重湿陷性黄土场地复合地基桩间土浸水湿陷过程的受力状态和湿陷特征不同于天然场地。复合地基桩间距一般较小，桩间土在受荷浸水过程中，由于桩对桩间土湿陷下沉的约束作用，其自重应力和总应力均不同于一般土层。受此影响，现有方法(按天然场地黄土考虑)得到的湿陷变形和湿陷类别将发生变化，对桩间土的卸荷湿陷变形特征进行初步探究，并在拟定卸荷量的条件下，提出考虑卸荷作用的黄土湿陷变形的分析评价方法。但实际工程中，由于黄土场地非挤密桩桩间黄土湿陷过程中桩身必然受到负摩阻力的作用，此时负摩阻力的反作用力使桩间黄土原有竖向应力减小，桩间土湿陷下沉时由桩侧负摩阻力引发的卸荷作用难以量化，尚不能回答什么样的卸荷条件下可使黄土不湿陷？即使湿陷，湿陷量为多少？可资利用的湿陷起始压力为多少？黄土在卸荷作用影响下的湿陷变形规律如何？等问题。
3.桩间黄土湿陷下沉对桩体而言是一种剪切作用，可通过界面剪切试验来研究桩-土界面剪切强度，进而对黄土卸荷湿陷过程中的卸荷量进行分析。关于土体与结构物界面剪切强度的研究，李永辉等开展混凝土与粉质黏土接触面大型界面剪切试验模拟灌注桩桩-土界面剪切力学行为。肖杰等测试不同腐蚀时间的混凝土与砂土接触面的剪切应力与位移关系，以评估酸腐蚀作用对桩-土接触面剪切特性的影响。张明义等通过预制不同粗糙度的混凝土板来模拟桩身贯入过程中桩-土界面受力机制。陈琛等研究了泥皮厚度和粗糙度对混凝土-砂土接触面的剪切应力-位移关系、剪切峰值强度及峰值摩擦角的影响规律。张磊等总结了黄土含水率、法向力等因素对接触面剪切强度的影响。maghsoodi等探讨温度变化对土体-结构界面力学行为的影响。何鹏飞等研究重塑黄土与水泥砂浆块界面的剪切特性，对黄土-构筑物界面位移及力学特性进行定量评估，并在冻融条件下，研究冻融循环作用对冻土-混凝土界面剪切强度的影响。fakharian利用剪切试验模拟了砂桩界面的摩擦特性，并总结砂土初始密度、法向荷载等因素对桩侧摩阻力的影响。
4.现有研究主要考虑事先拟定法向荷载条件下砂土或黏性土体与结构物界面的剪切特性，而桩间黄土在湿陷过程中卸荷量的确定涉及桩-土实际接触压力条件下不同湿度状态下原状黄土与桩体接触面力学问题并未研究。


技术实现要素：

5.本发明的目的是提供一种黄土卸荷湿陷量的计算方法，以解决现有方法计算桩间黄土卸荷湿陷过程中卸荷作用发生时由于卸去的竖向应力δp是人为拟定，未考虑桩间土湿陷的实际工况，从而导致湿陷黄土卸荷湿陷量计算值与实测值存在较大差异的问题。
6.本发明采用以下技术方案：一种黄土卸荷湿陷量的计算方法，由以下步骤组成：
7.步骤1：计算得到反映卸荷作用发生时黄土已完成湿陷程度大小的湿陷完成比η1，计算得到反映在黄土湿陷过程中卸荷作用发生时竖向压力减小幅度的卸荷应力比k，
8.步骤2：运用湿陷完成比η1及卸荷应力比k计算出卸荷湿陷系数δ
us
，通过卸荷湿陷系数δ
us
计算得到卸荷条件下的黄土模量折减系数zu，根据卸荷条件下的黄土模量折减系数计算黄土卸荷湿陷量；
9.其中，计算卸荷应力比k的方法由以下步骤组成：
10.步骤s11：测量多个地区黄土的中性点深度ln桩间土体的自重应力mn，然后计算多个地区的自重应力mn的平均值mk；
11.步骤s12：通过对原状黄土进行物理性质和力学性能测试，利用侧压力系数k0的计算方法对多个地区黄土的k0进行计算，然后计算得到多个地区的侧压力系数k0的平均值kn，
12.步骤s13：利用pn＝kn*mk*u算出中性点深度及以上的桩间土体的桩-土接触面法向应力p1、p2、p3.....pn；其中u∈(0,1]；
13.步骤s14：分别进行p1、p2、p3.....pn和不同含水量状态下的桩土界面大型剪切试验，得到桩土界面抗剪强度τ与界面法向应力pn的关系，根据τ随pn的变化特征，利用levenberg-marquardt优化算法，预测出levenberg-marquardt优化算法中的参数a、b取值；其中τ为桩间黄土湿陷时的桩土界面抗剪强度；
14.步骤s15：利用卸荷应力比得到其中，p1为桩间黄土所承受的初始竖向应力(kpa)，δp为桩间黄土卸荷湿陷过程中卸荷作用发生时卸去的竖向应力，δp等于τ。
15.进一步地，其中侧压力系数k0的计算公式为k0＝0.19 0.233lgi
p
、或其中为原状黄土的内摩擦角；i
p
为塑性指数。
16.进一步地，步骤s13中，u的选择值等距设置。
17.本发明的有益效果是：本发明针原状黄土-混凝土接触面，系统进行室内大型界面剪切试验，重点分析桩间土湿陷过程中桩-土接触面的剪切力学特性，为深化认识黄土卸荷湿陷特性及卸荷湿陷工况下黄土湿陷量的合理确定提供试验方法和理论支撑；本发明实现对桩间土湿陷问题进行科学评价与自重湿陷性黄土场地桩间土湿陷量的计算分析，为自重湿陷性黄土场地桩基、复合地基桩土相互作用问题提供分析依据，并有利于克服目前黄土地基湿陷变形计算中存在的盲目保守及不经济。
附图说明
18.图1为本发明桩-土界面剪切试验试样制作过程；
19.图2为本发明桩间土卸荷湿陷卸荷量测定系统；
20.图3为本发明桩间黄土湿陷过程桩-土界面剪切应力-位移曲线；
21.图4为本发明不同界面法向应力条件下原状黄土-混凝土界面剪切强度及位移随含水量变化曲线；
22.图5为本发明桩间土湿陷过程原状黄土-混凝土界面剪切强度随界面法向应力变化曲线；
23.图6为本发明黄土卸荷湿陷过程卸荷量随桩间土深度变化规律；
24.图7为本发明桩间黄土湿陷时桩侧负摩阻力模拟值与实测值对比。
具体实施方式
25.下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
26.本发明公开了一种黄土卸荷湿陷量的计算方法，由以下步骤组成：
27.步骤1：计算得到反映卸荷作用发生时黄土已完成湿陷程度大小的湿陷完成比η1，计算得到反映在黄土湿陷过程中卸荷作用发生时竖向压力减小幅度的卸荷应力比k。
28.其中，计算得到反映卸荷作用发生时黄土已完成湿陷程度大小的湿陷完成比η1，计算η1的公式为：
[0029][0030]
式中：s1为卸荷作用发生前试样在压力p1作用下已完成的湿陷量(mm)；s为试样在压力p1作用下的总湿陷量(mm)。
[0031]
其中，计算卸荷应力比k的方法由以下步骤组成：
[0032]
步骤s11：测量多个地区黄土的中性点深度ln桩间土体的自重应力mn，然后计算多个地区的自重应力mn的平均值mk；
[0033]
步骤s12：通过对原状黄土进行物理性质和力学性能测试，利用侧压力系数k0的计算方法对多个地区黄土的k0进行计算，然后计算得到多个地区的侧压力系数k0的平均值kn，
[0034]
步骤s13：利用pn＝kn*mk*u算出中性点深度及以上的桩间土体的桩-土接触面法向应力p1、p2、p3.....pn；其中u∈(0,1]；
[0035]
步骤s14：分别进行p1、p2、p3.....pn和不同含水量状态下的桩土界面大型剪切试验，得到桩土界面抗剪强度τ与界面法向应力pn的关系，根据τ随pn的变化特征，利用levenberg-marquardt优化算法，预测出levenberg-marquardt优化算法中的参数a、b取值；其中τ为桩间黄土湿陷时的桩土界面抗剪强度；
[0036]
步骤s15：利用卸荷应力比得到其中，p1为桩间黄土所承受的初始竖向应力(kpa)；δp为桩间黄土卸荷湿陷过程中卸荷作用发生时卸去的竖向应力，且δp等于τ。
[0037]
步骤2：运用湿陷完成比η1及卸荷应力比k计算出卸荷湿陷系数δ
us
，通过卸荷湿陷系数δ
us
计算得到卸荷条件下的黄土模量折减系数zu，根据卸荷条件下的黄土模量折减系数计算黄土卸荷湿陷量；
[0038]
其中，运用湿陷完成比η1及卸荷应力比k计算出卸荷湿陷系数δ
us
，计算δ
us
的公式为：
[0039]
δ
us
＝δs[1-(1-η1)(1-1.067k
1.695
)]
[0040]
式中：δs为原状黄土的湿陷系数。
[0041]
通过卸荷湿陷系数δ
us
计算得到卸荷条件下的黄土模量折减系数zu，计算zu的公式为：
[0042]zu
＝0.001p
1-0.512δ
us-0.012
[0043]
式中：p1为初始压力(kpa)。
[0044]
根据卸荷条件下的黄土模量折减系数计算黄土卸荷湿陷量，计算黄土卸荷湿陷量δ
us
的公式为：
[0045][0046]
式中，δpi为黄土湿陷过程中黄土体增加容重在第i层土中产生的平均附加应力；e
si
为第i层湿陷性黄土的压缩模量；hi为第i层湿陷性黄土的厚度。
[0047]
其中：
[0048]esi
＝αe
′0[0049]
式中，α为湿陷变形模量修正系数，取1.1～1.5。
[0050][0051]
式中，式中，e0为浸水湿陷前黄土的变形模量(mpa)；e0’
为浸水湿陷后黄土的变形模量(mpa)；zu为卸荷条件下黄土的模量折减系数，
[0052]
根据
[0053]zu
＝0.001p
1-0.512δ
us-0.012
[0054]
得到用黄土模量折减系数计算黄土卸荷湿陷量的公式为：
[0055][0056]
即：
[0057][0058]
式中，α为湿陷变形模量修正系数，取1.1～1.5；e
0i
为第i层湿陷性黄土浸水湿陷前的变形模量(mpa)。
[0059]
本发明解决了现有计算方法桩间黄土卸荷湿陷过程中卸荷作用发生时由于卸去的竖向应力δp是人为拟定，未考虑桩间土湿陷的实际工况，从而导致湿陷黄土卸荷湿陷量计算值与实测值存在较大差异的问题，现有技术由于δp是人为拟定，未考虑桩间土湿陷的实际工况，从而导致湿陷黄土卸荷湿陷量计算值与实测值存在较大差异，受此影响得到的湿陷变形和湿陷类别将发生变化，这势必影响湿陷等级的合理判定，若严格按人为拟定的δp来进行计算，很可能造成误判，使大量地基处理的合理性受到质疑。
[0060]
下面陈述目前黄土卸荷湿陷工况以及考虑黄土湿陷过程卸荷作用的理由、以及验
证试验。
[0061]
1.试验材料
[0062]
试验所用原状黄土样取自陕西彬州文家坡镇某建筑非挤密桩复合地基基坑，取土深度6m，该处黄土呈浅黄、灰黄色，土质均匀、结构疏松，属于马兰黄土，其物理力学性质如表1所示。
[0063]
表1试验用原状黄土物理性质
[0064][0065]
为最大程度避免对原状土样的扰动，现场取样时先将其切割为圆柱体，并用塑料膜包裹，运回室内，再将其切削为300mm
×
300mm
×
100mm的原状黄土试样，并装入剪切盒中。试验用混凝土试块根据规范要求和现场实际工况，采用c30混凝土浇筑，养护过程中在其表面堆放80mm厚重塑黄土，以便最大程度还原实际工况中的桩-土接触面，界面剪切试验所需试样的制作过程如图1所示。
[0066]
2.试验设备
[0067]
为最大程度还原卸荷湿陷过程中，桩间黄土所受的卸荷作用，试验采用sheartracⅲ型大型界面剪切系统，其具有剪切位移大、上下盒套箍效应小等优势，该设备剪切位移可达50～60mm，与常规直剪仪相比更适用于大变形剪切研究，并且能适应结构物界面存在一定粗糙度的情形，因而能够科学模拟实际工程中的桩-土相互作用。试验过程中上半部分原状黄土样固定不动，上表面受均匀分布的法向应力，下半部分混凝土试样受水平方向推力，在接触面处发生剪切变形，最终剪切破坏。剪切过程采用位移控制模式，剪切速率为0.8mm/min，并对试验全过程的应力与变形参数进行收集，从而对黄土卸荷湿陷过程中卸荷量的取值进行初步探索。
[0068]
3试验过程
[0069]
非挤密桩复合地基桩间黄土受水湿陷时，为在室内试验中获得符合实际工况的桩-土接触面剪应力-剪切位移关系，针对桩土界面法向力pn，首先根据中性点深度ln，得到ln以上桩间土体的自重应力mn，进一步利用其与侧压力的换算关系，求得pn。
[0070]
根据金鑫等得到的湿陷性黄土场地桩基负摩阻力现场试验结果，选取典型地区桩间黄土中性点深度范围内的自重应力如表2所示。
[0071]
表2不同黄土地区非挤密桩复合地基桩间土中性点深度处自重应力
[0072][0073]
计算多个地区的自重应力mn的平均值mk，考虑湿陷性黄土场地非挤密桩成桩过程和原状黄土物理性质的特点，在已知桩间土竖向应力情况下，可通过表3所示的侧压力系数k0的计算方法对表2中不同黄土地区垂直于桩-土接触面的法向应力进行计算。
[0074]
表3桩-土接触面侧压力系数k0计算公式
[0075][0076]
注：为黄土的内摩擦角；i
p
为塑性指数。
[0077]
在已知桩间土竖向应力的条件下，得到垂直于桩土接触面的法向应力。根据表3可以看出、在同一地区内通过或i
p
计算得到的k0值变化较小，说明表3中利用k0来获取桩-土接触面的法向应力是可行的，为便于剪切试验的进行，取上述各地区k0的平均值kn，并分别计算u＝0.2、0.4、0.6、0.8、1处的桩土接触面的法向应力，得到室内大型界面剪切试验所需的桩-土接触面法向应力如表4所示。
[0078]
表4桩间土中性点深度范围内桩土接触面法向应力
[0079][0080]
为最大程度还原桩间黄土湿陷过程中桩-土实际接触工况，在原状黄土天然湿度11.5％的基础上，分别对原状黄土试样进行均匀增湿，使其含水量达到14％、16.5％、19％、21.5％、24％以模拟桩间黄土的浸水湿陷过程。
[0081]
4.桩土界面剪切试验结果及分析
[0082]
4.1桩-土界面剪切应力与位移曲线
[0083]
不同含水率和竖向应力条件下桩-土界面剪切应力与位移关系，如图3所示。从图3可以看出：
[0084]
(1)在相同含水率条件下，随着剪切位移的增加，接触面剪切应力逐渐增大，但其增大速率逐渐减小，接触面处于屈服状态，当剪切位移增大到一定程度时，原状黄土-混凝土界面峰值剪切应力达到最大值，并且随着接触面法向应力的增加而增大。因为随着桩间黄土湿陷变形的不断发展，其竖向应力不断增大，垂直于桩土界面的法向应力增加，在法向和剪应力的共同作用下，黄土体随着剪切位移的增加，剪切面上的团聚颗粒逐渐破坏，黄土颗粒不断调整相对位置并与混凝土表面的接触点增加，使剪切带黄土颗粒之间及土颗粒与混凝土试块表面摩擦力增大，相应剪切强度增大。
[0085]
(2)原状黄土-混凝土界面峰值剪切应力达到峰值后，基本保持不变，软化现象不明显，但当原状黄土含水率在11.5％～16.5％条件下，桩-土界面法向应力pn为45kpa时，黄土-混凝土界面剪切应力与位移关系曲线表现为应变软化型。因为当法向应力较小、土体含水量较低时，原状黄土骨架结构体系较完整，当剪切应力小于土体抗剪强度时，剪切带内骨架未破坏，其会贡献部分抗剪强度。当剪应力超过剪切强度时，并且随着湿陷变形的进一步发展，土体结构和土颗粒间的胶结状态遭到破坏，大量土颗粒进入大孔隙，致使后峰值剪切强度出现应变软化现象。
[0086]
(3)在相同法向应力条件下，并考虑剪切硬化曲线不出现明显峰值强度的特点，选用黄土-混凝土界面剪切峰值强度90％时对应的剪切位移进行分析。随着黄土含水率的增大，剪切位移不断增大。黄土不同含水率及界面法向应力状态下，界面剪切强度及位移如图4所示。
[0087]
根据图4，在相同法向应力条件下，随着原状黄土含水率的增大，界面剪切强度减小，并且对应的剪切位移逐渐增大。当土体含水量ω小于16.5％时，界面剪切强度降低程度较小，其平均降幅为14.4％。当ω大于16.5％时，界面剪切强度下降幅度剧烈，其平均降幅度可达38.1％。随着含水量的进一步增大，界面剪切强度降幅较小并趋于稳定。
[0088]
因为浸水湿陷初期轻微湿陷作用对其结构完整性影响较小，当剪切应力小于剪切强度时剪切带原状黄土结构可承担一定的抗剪强度。随着土体湿陷变形的继续发展，黄土颗粒间的胶结和盐基遭到破坏，致使土体结构体系发生损伤。与此同时，当含水量增至最优含水量附近时，加剧了土颗粒间的润滑作用，使其摩擦强度损失显著，此时界面剪切强度下降较快。当土体含水量进一步增加时，湿陷变形趋于完成，土颗粒骨架失稳崩溃并重新排列，架空孔隙周围的颗粒楔入到孔隙内，土颗粒排列趋于定向，剪切强度下降幅度减缓，此时剪切界面上主要发生滑动摩擦，并随着剪切位移的增大，剪应力趋于稳定，可视为残余强度。
[0089]
4.2界面剪切应力表示桩间土卸荷量合理性分析
[0090]
图4中，桩-土界面剪切强度随含水量的变化趋势与曹卫平等测得的在浸水初期桩间黄土湿陷变形发展速度较快，负摩阻力增加较快，而浸水后期，桩间土湿陷变形趋于稳定，负摩阻力增加较慢的规律相同，说明大型剪切试验不同的竖向力可以代表不同深度处的桩侧力，摩阻强度可以代表桩侧负摩阻力。考虑到非挤密桩复合地基桩间黄土浸水湿陷时，桩间黄土的竖向湿陷变形与桩表面的相对位移会引起界面摩擦，该作用使桩间黄土在湿陷变形过程中受到沿桩长向上的拖拽作用，该作用称为“卸荷”效应，此时该拖拽力与桩所受的负摩阻力互为作用力与反作用力。为进一步量化该过程中的卸荷作用，根据冯忠居等、闫澍旺等、李永辉等认为大型剪切试验能够更多地考虑实际工况中的影响因素和环境因素，得到较为接近实际工程的试验数据，界面剪切强度可以代表桩基负摩阻力。进一步基于图4，桩间黄土由浸水湿陷初期至含水率超过土体塑限并接近饱和，此时桩间土湿陷变形得到充分释放，得到湿陷状态下原状桩-土界面抗剪强度随界面法向应力pn变化曲线，如图5所示。
[0091]
根据图5，桩-土界面的抗剪强度τ增加随着界面法向力pn的增大逐渐增大，τ随pn的增大呈逐渐减小趋势。因为随着湿陷的进行，黄土中的原生大孔隙结构塌陷程度增大，压密结构比例不断升高，导致其在剪切作用下的变形性质接近重塑压密土，随着pn的增加，剪切变形增量减缓并最终趋于稳定。因此在已知黄土场地非挤密桩桩基中性点深度ln条件下，根据τ随pn的变化特征，利用levenberg-marquardt优化算法，二者的相关关系可用式(1)表示：
[0092][0093]
式中，参数a、b为界面剪切试验中与土体含水量变化相关的参数。考虑桩间土湿陷全过程，在一定竖向压力下黄土含水量由16.5％增至24％，其湿陷变形已大部分完成，因此公式(1)中的参数在湿陷过程中的变化如表5所示，其中参数a与b随着黄土湿陷变形的发展，其变化幅度较小，为使式(1)更加便捷地表示桩间土湿陷过程中τ与pn的相关关系，取不同土体含水量状态下a、b的平均值，对公式(1)进行简化，得到黄土湿陷状态下τ的表达式：
[0094][0095]
式中：τ桩间黄土湿陷时的桩土界面抗剪强度(kpa)；pn为于桩-土剪切界面的法向应力(kpa)。
[0096]
表5黄土湿陷过程τ表达式参数变化状态
[0097][0098]
桩间黄土在受荷浸水过程中，受桩的分担作用和桩侧负摩阻力的影响，卸荷作用与湿陷变形相伴生，根据文献，该卸荷湿陷过程中的黄土卸荷湿陷系数δ
us
可以表示为：
[0099]
δ
us
＝δs[1-(1-η1)(1-0.7k
1.5
)]
ꢀꢀꢀꢀ
(3)
[0100]
式中：δ
us
为卸荷湿陷系数；δs为湿陷系数；η1为湿陷完成比；k为卸荷应力比。其中k可对黄土卸荷湿陷过程中竖向应力的减小幅度进行量化：
[0101][0102]
式中：p1为桩间黄土所承受的初始竖向应力(kpa)；δp为桩间黄土卸荷湿陷过程中卸荷作用发生时卸去的竖向应力(kpa)。
[0103]
由于pn＝k0*p1，根据表3，可以看出不同地区按不同k0的计算方法计算得到的k0取值的平均值均可近似为0.5，为方便应用期间取k0＝0.5，因此pn＝0.5p1，利用表3中p1与pn的换算系数，并结合公式(2)，得到δp与p1的相关关系：
[0104]
δp＝3.97(0.5p1)
0.5
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(5)
[0105]
将式(5)代入式(4)可得：
[0106][0107]
根据式(6)分别计算表2中不同黄土地区在ln(中性点深度)范围内卸荷应力比k和卸荷量δp随深度系数u的变化规律，而u＝1时，pn等于中性点深度ln时桩间土体的桩-土接触面法向应力，如图6所示。
[0108]
从图6可以看出：
[0109]
(1)当0.1＜u＜0.3时，k随桩间土深度的增加其值增长较快，由于浸水湿陷初期该深度范围内桩间土易于浸湿饱和，其湿陷变形发展速度较快，负摩阻力急剧增长，桩间土所受的卸荷作用较明显。
[0110]
(2)当0.5＜u＜0.7时，k的增大随桩间土深度的下探逐渐减小，并趋于稳定。由于该深度范围内，桩间土体浸湿充分，此时桩间土的湿陷变形得到进一步释放，桩-土相对位移增大，δp的增长率随桩-土相对位移的进一步增加达到最大值。
[0111]
(3)当u＞0.7时，随着深度的增加，桩间原状黄土密实度增大，地表水分渗透路径增长，该层位土体难以达到浸水饱和状态，并且由于浸水区域与非浸水区域之间的不均匀之间的不均匀湿陷作用，抑制上覆地层自重应力的向下传递，导致桩间黄土湿陷变形逐渐消退，此时在中性点附近由于桩-土相对位移较小，负摩阻力几乎不再增大，δp随ln的增大逐渐减小。根据上述分析可知，δp在ln范围内，其变化趋势随着深度先是逐渐增大，达到最大值后，进一步随着深度的增加逐渐减小，并在中性点附近消退，这一结果与朱彦鹏等、黄雪峰等测得黄土地区桩基负摩阻力沿桩长变化的规律相吻合。
[0112]
为进一步验证公式(5)对黄土卸荷湿陷工况中卸荷作用量化的可靠性，根据桩间黄土卸荷湿陷时的桩侧摩阻力分布特点，将基于大型界面剪切试验得到的桩侧负摩阻力模拟值与黄雪峰等在不同地区自重湿陷性黄土场地上开展的非挤密桩浸水载荷试验桩侧摩阻力实测平均值相比较，结果如图7和表6所示。
[0113]
表6黄土卸荷湿陷过程卸荷量预测精度评价指标
[0114][0115]
由图7可以看出，基于室内界面剪切试验得到的桩侧摩阻力模拟值与桩侧负摩阻力平均实测值基本吻合，为进一步说明该法计算桩侧负摩阻力的合理性，根据表6分别选取宝鸡、蒲城和潼关三地区的不同测点，首先分别按照桩基和黄土规范桩侧负摩阻力计算方法，其平均相对误差(mape)及均方误差(rmse)控制水平分别为59.22％和19.97％。由于桩基规范在计算实测桩侧负摩阻力时，仅考虑桩间土的平均竖向有效应力，忽略了桩-土界面的实际法向接触力、中性点深度、桩间土自重湿陷程度等因素，而黄土规范直接推荐的负摩阻力估算值为10kpa，不能体现负摩阻力随深度的变化，致使计算结果与实际情况存在较大差别。
[0116]
由于大型剪切试验不同的竖向力可以代表桩基础不同深度处的桩侧力，摩阻强度(水平应力)可以代表桩基负摩阻力，采用式(5)再次对上述工况进行负摩阻力计算，受制于试验条件和土质差异等因素，个别侧点的计算与实测值相对误差较大，但其总体平均相对误差(mape)及均方误差(rmse)相较目前规范推荐方法的降低幅度分别为36.80％和32.05％，再次印证科学地界面剪切试验能够真实模拟实际工程中的土
–
结构物相互作用的同时，说明采用公式(5)可对由桩间黄土卸荷湿陷引发的桩侧负摩阻力进行模拟，从而利用公式(6)可对桩间黄土卸荷湿陷过程中卸荷作用的变化规律进行描述，为科学量化桩间黄土卸荷湿陷过程中的卸荷作用提供了初步计算手段。
[0117]
面对普遍存在于自重湿陷性黄土场地上非挤密桩复合地基中的黄土卸荷湿陷问题，在分析原状黄土-混凝土界面剪切特性的基础上，研究了桩-土界面剪切强度、剪切位移
随原状黄土含水量之间的关系，得到桩间黄土湿陷过程中桩-土界面抗剪强度的变化规律，初步实现对桩间土卸荷湿陷过程中卸荷作用的量化描述。主要得出以下结论：
[0118]
(1)自重湿陷性复合地基桩间距一般较小，桩间土在受荷浸水过程中，由于桩对桩间土湿陷下沉的约束作用，桩身必然受到负摩阻力的作用，此时负摩阻力的反作用力使桩间黄土原有竖向应力减小，桩间黄土的湿陷具有卸荷湿陷特征。
[0119]
(2)桩间黄土在卸荷湿陷过程中卸荷量的确定涉及桩-土实际接触压力条件下不同湿度的原状黄土与桩体接触面力学问题，可利用界面剪切试验对桩间土湿陷过程中的桩-土界面剪切强度变化规律进行科学研究。
[0120]
(3)利用黄土卸荷湿陷过程中桩-土界面法向应力与剪切强度的相关关系，提出了黄土卸荷湿陷状态下竖向卸荷量随湿陷状态变化规律的数学表达，对桩间黄土卸荷湿陷过程中的卸荷量进行量化分析，发现当u＜0.4时，黄土所受的卸荷作用显著。当u＞0.7时，卸荷作用对黄土湿陷的影响逐渐消退。
[0121]
(4)通过对比不同地区桩间黄土湿陷时的负摩阻力实测结果，并结合相关规范，验证了黄土湿陷过程卸荷量表达式的合理性，说明通过界面剪切试验来量化湿陷性黄土场地桩侧摩阻力的取值是必要的，该法的有效性为后续实现卸荷湿陷工况下的黄土湿陷性科学评价提供了技术支持。