竖向荷载作用下珊瑚砂单桩横向承载特性及p-y曲线模型研究

　　本综述系统探讨了竖向荷载对珊瑚砂中单桩横向承载行为的影响，通过模型试验揭示了竖向压力对横向承载力（p-y曲线）的增强机制及非线性变化规律（初始增强后减弱），并建立了考虑颗粒尺寸和荷载类型的修正p-y模型，为珊瑚砂环境（如南海岛礁工程）中桩基设计提供了关键理论支撑。

　　

Load-displacement relationship

竖向荷载-沉降响应（P-V曲线）如图3a所示：随着竖向荷载增加，桩体沉降呈现显著非线性增长趋势。通过荷载-沉降曲线曲率最大点估算，桩的极限竖向承载力（V_u）约为2.4 kN（Karthigeyan等，2007）。图3b对比了纯横向加载与竖向-横向复合加载条件下桩的横向荷载-位移响应：竖向荷载的存在明显提升了横向刚度，但增强效果随竖向荷载增大呈现先增后减的非线性趋势。

Establishment of modified p-y model

本研究通过整合荷载类型和颗粒尺寸效应，开发了修正版p-y模型（modified p-y model），以更精准描述珊瑚砂中桩的横向响应。该模型基于Wang（2023）提出的p-y框架，并针对现有模型的局限性进行了关键优化。由于颗粒尺寸是影响珊瑚砂内摩擦角（φ）的主要因素（归因于颗粒棱角形态和易破碎特性），本研究将粒径分布参数嵌入屈服函数中，从而更真实地反映珊瑚砂的剪切强度特性。

Effect of vertical load on the lateral capacity of pile

竖向荷载对桩极限横向承载力（H_u）的影响可通过归一化表达式量化，如公式（11）所示（Karthigeyan等，2007；Li等，2021）：

? = H_u,V / H_u,0

其中?为归一化横向承载力，H_u,V为竖向-横向复合加载桩的横向承载力（V≠0），H_u,0为纯横向加载桩的横向承载力（V=0）。图15对比了不同竖向荷载水平下桩的归一化横向承载力：当竖向荷载较小时，?值随V增加而上升，但在V接近V_u时，由于P-Δ效应（竖向荷载因横向位移产生附加弯矩）导致增强效果减弱，甚至出现承载力下降。

Conclusions

本研究通过系列模型试验系统研究了珊瑚砂中复合加载条件下桩的横向承载特性，提出了考虑竖向荷载和颗粒尺寸效应的修正p-y模型，并通过与现有试验和数值数据对比验证了其预测能力。主要结论如下：

1. 1.

   竖向荷载显著提高了珊瑚砂中桩的横向承载性能，但增强效应随荷载增大呈先增后减趋势；

2. 2.

   复合加载下测得的弯矩、倾角及横向土压力变化均低于纯横向加载，表明竖向压力效应抑制了桩体变形；

3. 3.

   修正p-y模型能更准确预测珊瑚砂中桩的横向响应，为复杂荷载条件下的桩基设计提供了理论依据。