基于顆粒流的基樁自平衡測試法數(shù)值模擬

， ， ，，

(1.中國地質(zhì)大學(武漢) 工程學院，武漢 430074； 2.中鐵第四勘察設計院集團有限公司 地質(zhì)與路基設計研究處，武漢 430063; 3.核工業(yè)江西工程勘察研究總院，南昌 330079；4.核工業(yè)西南勘察設計研究院有限公司，成都 610061)

1 研究背景

通過對比自平衡測試法和傳統(tǒng)靜載試驗的測試結(jié)果，不難發(fā)現(xiàn)傳統(tǒng)靜載試驗所得到的承載力與自平衡測試法所得到的結(jié)果并不十分相符，而且這方面的理論研究比較匱乏。以往的自平衡測試法數(shù)值模擬研究中，對試驗過程中樁周土體顆粒的孔隙率、位移場、應力場以及荷載傳遞機理的研究較少，而且基本都是視土體為均勻、各向同性的連續(xù)介質(zhì)，依賴高度簡化和規(guī)定性質(zhì)的本構(gòu)方程，忽略了顆粒剛度、摩擦性質(zhì)、粒徑、形狀及其分布等細觀參數(shù)的影響，使得結(jié)果出現(xiàn)一定的偏差[1-3]。

本文利用離散元方法能考慮細觀參數(shù)的優(yōu)點，采用顆粒流程序(PFC2D)模擬自平衡測試法的整個測試過程，從細觀角度(土體顆粒)分析測試過程中土顆粒細觀組構(gòu)變化，土體狀態(tài)的改變及土體應力場、位移場的變化規(guī)律等。通過分析還可得到上下段樁的Q-s曲線，克服以往宏觀角度研究的眾多缺陷，為自平衡測試法的理論研究提供一種全新的嘗試和探索。

2 二維離散元模型的建立

二維顆粒流(PFC2D)程序是通過離散單元法來模擬圓形顆粒介質(zhì)的運動及其相互作用。本文利用顆粒流數(shù)值雙軸試驗，找到能夠客觀反映黏性土抗剪強度參數(shù)的土體顆粒細觀參數(shù)?？偨Y(jié)前人[4-7]對黏性土細觀參數(shù)研究，根據(jù)本文所采用土體的實際情況，先選取一組合適的細觀參數(shù)，進行計算，將所得到的模擬結(jié)果與室內(nèi)試驗結(jié)果進行匹配；若偏差較大，則調(diào)整細觀參數(shù)，直到獲得與土體真實力學特性相近的一組細觀參數(shù)。

2.1 細觀參數(shù)的獲取

本文通過模擬雙軸試驗來獲取適用黏性土的細觀參數(shù)，依據(jù)室內(nèi)雙軸試驗實際情況，數(shù)值試樣的尺寸選取為70 mm×25 mm(高度×直徑)，數(shù)值試驗的細觀參數(shù)見表1，數(shù)值雙軸試驗模型示意圖見圖1。

表1 黏性土細觀參數(shù)Table 1 Mesoscopic parameters of clayey soil inPFC model

圖1 數(shù)值雙軸試驗模型示意圖Fig.1 Schematic diagram of numerical biaxial test model

根據(jù)陳祖煜[8]提出的p-q法整理數(shù)值雙軸試驗的數(shù)據(jù)，獲得不同圍壓下的抗剪強度指標(黏聚力c和內(nèi)摩擦角φ)，將模擬試驗得到的應力數(shù)據(jù)進行繪圖，線性擬合得到p與q之間的關系，即

(1)

式中：σ1為最大主應力；σ2為最小主應力。

由線性擬合獲得的直線可以得到直線的截距和斜率，通過式(2)即可得到c和φ這2個重要的抗剪強度指標，即

(2)

式中α為直線斜率。

不斷調(diào)整各細觀參數(shù)，建立各組細觀參數(shù)與抗剪強度指標c，φ的定性與定量關系，得到能從宏觀上反映黏性土的細觀參數(shù)，室內(nèi)試驗與數(shù)值模擬試驗的應力-應變曲線如圖2所示。

圖2 黏性土偏應力-軸向應變曲線Fig.2 Deviatoric stress versus axial strain of clayey soil

由圖2可知，數(shù)值模擬結(jié)果與室內(nèi)三軸試驗結(jié)果基本吻合，說明表1中的這一組細觀參數(shù)能夠反映黏性土的宏觀力學性質(zhì)。

2.2 基樁自平衡測試法的數(shù)值建模

用PFC2D軟件對單樁靜載自平衡測試法進行建模。利用wall模型模擬邊界墻體和樁體，利用ball模型模擬土體顆粒。綜合考慮計算效率和模擬精度等方面問題，根據(jù)武漢市某一工程實例中試樁的具體參數(shù)(樁長40 m，樁徑1 m，長徑比40∶1，荷載箱位于樁底以上約10 m的位置)，數(shù)值模型中樁長取850 mm，其中有效樁長為800 mm，樁徑D取20 mm，荷載箱位于樁底以上200 mm處的位置。根據(jù)Bolton等[9]在利用離心機試驗模擬靜力觸探問題時，發(fā)現(xiàn)當模型槽的寬度與靜力觸探探頭直徑比值>20倍時，模型槽的邊界效應已經(jīng)不明顯，因此本文建立的二維模型槽在樁徑方向取30D，即為600 mm(寬度)，模型槽在樁長方向取大約2L，即為1 700 mm(高度)。模型槽及樁體均由多面墻體組成，模型尺寸及自平衡測試法試驗PFC2D模型如圖3所示。

圖3 模型尺寸及自平衡測試法試驗模型Fig.3 Modeling of self-balanced test and model dimensions

圖4 監(jiān)測圓系統(tǒng)Fig.4 System of monitoring circle

利用設置的監(jiān)測圓系統(tǒng)以及組成樁體的墻體測量相關的物理力學參數(shù)。由于對稱性，僅在一側(cè)設置較多監(jiān)測圓，監(jiān)測圓的設置如圖4所示。

量測系統(tǒng)主要用來測量自平衡測試法加載過程中樁周土體以及樁身部位相關的物理力學參數(shù)，主要包括2個部分:一是顆粒流自帶的測量圓系統(tǒng)，設置兩套，半徑分別為25 mm和100 mm，此處測量圓是用來記錄土體的平均應力、應變、孔隙率和配位數(shù)等變化情況；二是樁身墻體，主要用于監(jiān)測自平衡測試法加載過程中樁身墻體的應力變化情況，主要是將樁身右側(cè)墻體采用17面墻體拼接而成，可獲取樁身不同位置處在加載過程中作用力的變化情況。上段樁和下段樁樁體均采用50 mm長的一段墻體代替，由于上段樁朝上移動，下段樁朝下移動，為防止加載過程中顆粒由荷載箱處往樁體內(nèi)部溢，故荷載箱位置采用30 mm的搭接。

圖5 模擬自平衡測試法加載示意圖Fig.5 Modeling of loading of self-balanced test

本文通過對構(gòu)成樁的墻體施加速度模擬加載。同現(xiàn)場實際測試一樣，分6級加載，在每級加載過程中控制樁身荷載箱以上墻體的速度為5×10-8m/時步，荷載箱以下墻體的速度為-5×10-8m/時步(以豎直向上為正方向)，每級加載20 000時步，靜置循環(huán)20 000時步，可以控制上段樁以及下段樁的位移均為6 mm，加載示意圖如圖5所示。

圖6 樁端阻力、樁側(cè)阻力、總承載力、端阻力占荷載比例與加載級別關系曲線Fig.6 Curves of tip resistance, side resistance,total bearing capacity, and ratio of tip resistance to load against load level

3 數(shù)值模擬結(jié)果與分析

3.1 基樁自平衡測試法的承載性狀

根據(jù)數(shù)值模擬結(jié)果，輸出樁底及樁身右側(cè)墻體在加載過程中x，y方向上的接觸應力數(shù)據(jù)，獲得自平衡測試法加載過程中樁端阻力、樁側(cè)阻力以及總承載力的變化情況，得到樁端阻力、樁側(cè)阻力以及總承載力與加載級別變化曲線如圖6(a)—6(c)所示。根據(jù)圖6(a)和圖6(c)可以得到，樁端阻力占荷載比例與加載級別的關系，如圖6(d)所示。

由圖6(a)可知：樁端阻力隨著加載級別的增加不斷增大，但是增大的速度越來越小。前4級樁端阻力增長較快，能夠達到3.8 MPa；當加載第4級時增長速度明顯減慢，表明樁端阻力的增長只是在一定的范圍內(nèi)增長，并不是無限的增長。

由圖6(b)可知：樁側(cè)阻力隨著加載級別的增加不斷增大，但是增大的速度越來越小。前5級側(cè)阻力增長較快，能夠達到6.07 MPa；當加載第5級時出現(xiàn)明顯的拐點，增長速度明顯減慢，表明樁側(cè)阻力的增長只是在一定的范圍內(nèi)增長；當樁側(cè)土的摩阻力發(fā)揮到極限值時，不再增長。

由圖6(c)可知：總承載力隨著加載級別的增加不斷增大，但是增大的速度越來越小,前5級總承載力增長較快，其值能夠達到10.37 MPa；當加載第6級時,增長速度明顯減慢。

由圖6(d)可知：加載到第1級荷載時，樁端阻力占總承載力的比值為0.33；加載到第3級時，比值達到了0.41；隨后的3級加載比值穩(wěn)定在0.41左右。

一般認為樁側(cè)阻力先于樁端阻力發(fā)揮，但在本模型中樁端阻力自始至終發(fā)揮著重要的作用。出現(xiàn)此結(jié)果的原因主要是由于自平衡測試法與傳統(tǒng)靜載試驗加載方式不同。自平衡測試法是通過樁中間的荷載箱對樁體分別施加向上和向下的荷載，且本次模擬荷載箱的位置離樁端較近，導致在加載的初始階段，樁端阻力就有一定的發(fā)揮，在第3級加載時樁端阻力所起的作用比較大，但是由于本次模擬的樁長徑比為40∶1，加載全過程中樁側(cè)阻力始終占據(jù)主導地位。

3.2 基樁自平衡測試法承載性狀的細觀特點

3.2.1 樁周土體孔隙率變化規(guī)律

在每一級加載后，利用其中設置的監(jiān)測圓測量土體孔隙率。為了便于觀察，將各級孔隙率減去初始孔隙率然后乘以10 000倍。利用得到的數(shù)據(jù)，繪制每一級下的孔隙率變化云圖。取其中加載級別為第2、第4、第6級時所得到的云圖進行分析，如圖7所示。

圖7 樁周土體孔隙率變化Fig.7 Changes of porosity of soil around pile

由圖7可知，孔隙率隨著加載級別的增加在空間上呈現(xiàn)出有規(guī)律的變化。上段樁上部近樁側(cè)土體孔隙率增大且增大趨勢明顯，該區(qū)域沿豎直方向1 550 mm位置呈圈狀向四周增大趨勢減小，水平方向為遠離樁體處孔隙率增大的趨勢越來越小，此區(qū)域為疏松區(qū)，而該區(qū)遠樁側(cè)土體孔隙率減小且減小明顯，該區(qū)域為壓密區(qū)。上段樁中部近樁側(cè)土體的孔隙率增大且增大趨勢明顯，但是隨著加載級別的增加，此區(qū)域不斷減小，而該區(qū)遠樁側(cè)土體的孔隙率變化不明顯，該區(qū)域為壓密區(qū)。上段樁下部及下段樁樁側(cè)土體的孔隙率增大且增大明顯，向四周呈圈狀增大趨勢減小，但是在樁端右側(cè)出現(xiàn)一孔隙率增大十分明顯的區(qū)域，該區(qū)域為疏松區(qū)。與樁側(cè)變化不同的是，樁端附近的土體孔隙率減小，且越靠近樁端孔隙率變化越大，沿豎直方向變化趨勢減小，形成一個壓密區(qū)。對比不同的加載級別可以看出，樁端土體在受到的加載力越來越大時，對土體的影響范圍也越來越大。

3.2.2 樁周土顆粒配位數(shù)變化規(guī)律

在二維顆粒流程序中，配位數(shù)為監(jiān)測圓內(nèi)某一顆粒與周邊其他顆粒的接觸數(shù)。在每一級加載后，利用其中設置的監(jiān)測圓測量土體顆粒之間的平均配位數(shù)。為了便于觀察，將各級配位數(shù)減去初始配位數(shù)得到其變化值。利用得到的數(shù)據(jù)，繪制每一級下的平均配位數(shù)變化云圖。取其中加載級別為第2、第4、第6級時所得云圖進行分析，如圖8所示。

圖8 樁周土體顆粒平均配位數(shù)變化Fig.8 Changes of coordination number of soil particles around pile

由圖8可知，上段樁上部土體顆粒的配位數(shù)增大，該區(qū)域水平方向上遠離樁體的配位數(shù)增大的趨勢越來越小，豎直方向越往上增大趨勢越大，水平方向的影響范圍主要到距模型500 mm處，即10D。上段樁中部土體顆粒的配位數(shù)減小，豎直方向上呈一個環(huán)狀，在約1 200 mm處配位數(shù)減小的數(shù)值達到最大，往上往下均趨勢變?nèi)?，水平方向上配位?shù)減小趨勢越小且水平方向的影響范圍主要到距模型左邊界400 mm處，即5D，該區(qū)域為疏松區(qū)。上段樁下部及下段樁土體顆粒的配位數(shù)增大且增大趨勢明顯，沿水平方向增大趨勢減小，豎直方向增大趨勢增大。樁端附近的土體配位數(shù)增大，且越靠近樁端配位數(shù)變化越大，沿豎直方向變化趨勢逐漸減小，形成一個壓密區(qū)。對比不同的加載級別可以看出，樁端土體在受到的加載力越來越大時，對土體的影響范圍也越來越大，從第1級加載的豎向800～700 mm處，變?yōu)榈?級加載的豎向800～600 mm處，影響范圍從樁端以下5D變?yōu)?0D。

在自平衡測試加載過程中，上段樁向上移動，下段樁向下移動，導致荷載箱附近的土體顆粒受到2個相反力的作用，有一個拉扯作用，導致這一區(qū)域的孔隙率減小但是接觸數(shù)反而增大；而上段樁的上部以及上段樁下部與下段樁的土體顆粒受到壓縮，這一區(qū)域土體孔隙率減小，土顆粒之間的接觸增多，形成一個壓密區(qū)。而樁端主要是由于樁向下移動的過程中，對樁端土體的擠密作用，增加了土體顆粒之間的接觸。上述為樁周土體顆粒的配位數(shù)發(fā)生這種變化的主要原因。

3.2.3 樁周土體應力變化規(guī)律

在每一級加載后，利用其中設置的監(jiān)測圓測量土體內(nèi)的水平方向附加應力和豎直方向附加應力。通過計算得到在加載過程中土體的附加應力，繪制每一級下的附加應力變化云圖。取加載級別為第2、第4、第6級時所得的云圖進行分析，水平和豎向應力云圖如圖9所示。負值表示附加應力為正，土體顆粒進一步壓縮；正值表示附加應力為負，顆粒在一定程度上壓縮減小。

圖9 樁周土體水平和豎向附加應力場變化Fig.9 Additional horizontal and vertical stress fields in soil around pile

由圖9(a)—圖9(c)可知，樁周土體水平附加應力隨著加載級別的增加在空間上呈現(xiàn)出有規(guī)律的變化。樁端附近，土體的水平附加應力持續(xù)快速減小，表明在下段樁的刺入作用下，樁端土體受到斜下方的擠闊作用，且作用隨著加載級別的增大逐漸變強，在樁端斜下方，在水平方向400～500 mm處，豎直方向700～750 mm的區(qū)域，出現(xiàn)一個水平附加應力場增大區(qū)域。樁側(cè)附近，水平附加應力變化最劇烈的位置位于荷載箱附近即豎向1 000 mm處，且隨著加載級別的增加顏色逐漸變深，表明樁側(cè)在這個區(qū)域剪切作用十分強烈，往上往下顏色均有不同程度的變淺，表明水平附加應力作用在上段樁的上部和下段樁的下部周圍土體的效果不太明顯。在荷載箱的正右方，也就是水平方向400～500 mm，豎直方向900～1 100 mm的區(qū)域，出現(xiàn)一個水平附加應力減小的區(qū)域，在此區(qū)域由于下部和上部土體的擠出效應在此處形成一定的張拉效果，而此區(qū)域再往上(水平方向350～500 mm，豎直方向1 250～1 350 mm)出現(xiàn)一個擠密區(qū)，此區(qū)域的出現(xiàn)主要是由于上部土體的自重與下部土體的擠密作用雙重影響下，出現(xiàn)一個擠密區(qū)，與理論結(jié)果相符。樁周土體顆粒之間的水平附加應力主要集中在樁端附近以及荷載箱所在的區(qū)域，這2處產(chǎn)生較大的水平向附加應力，變化較劇烈。

由圖9(d)—圖9(f)可知，樁周土體顆粒之間豎向附加應力場隨著加載級別的增加在空間上呈現(xiàn)出有規(guī)律的變化。在樁端下部大約30°以內(nèi)的區(qū)域，豎向附加應力場呈圈狀放射分布，且隨著加載級別的增大，顏色逐漸變深，表明土體顆粒之間豎向附加應力持續(xù)快速增加，形成一個逐漸增大的擠密區(qū)域，此區(qū)域擠密的土體給予樁身足夠的端阻力。樁側(cè)附近，豎向附加應力變化最劇烈的位置位于荷載箱附近即豎向800～1 200 mm處，此區(qū)域豎向附加應力變小，且隨著加載級別的增加顏色逐漸變淺，區(qū)域范圍變大，表明這個區(qū)域土體受到的拉扯作用十分強烈。豎向1 200 mm處往上顏色均勻，表明豎向附加應力作用在上段樁的上部周圍土體的效果不太明顯。樁周土體顆粒之間的豎向附加應力主要集中在樁端附近以及荷載箱所在的區(qū)域，樁端附近土體顆粒之間的豎向附加應力增大較多，荷載箱附近減小較多，對比附加水平應力值和附加豎直應力值可知，豎直應力值的變化遠大于水平應力值的變化。

3.2.4 樁周土體位移變化規(guī)律

在每一級加載后，利用編寫的程序測量一定區(qū)域內(nèi)顆粒的位移變化。利用計算結(jié)果獲取選定區(qū)域內(nèi)顆粒的數(shù)目、編號、坐標、水平方向位移以及豎直方向位移等。本文共選擇18個樁端和17個樁側(cè)的典型顆粒進行分析，所選擇的典型顆粒分布如圖10所示。樁端所選擇的18個顆粒全部位于樁中心線的右側(cè)且位于樁端的正下方，并近似呈一條直線分布，近樁端取點較密，遠離樁端取點較疏，由上到下進行重新編號，依次為1—18號顆粒。樁側(cè)所選擇的17個典型顆粒全部位于樁體的右側(cè)，并近似呈一條直線分布，近荷載箱取點較密，遠離荷載箱取點較疏，由上到下進行重新編號，依次為1—17號顆粒。

圖10 典型顆粒分布示意圖Fig.10 Distribution of selected particles

樁端下部土體顆粒位移隨加載級別的增加其變化曲線如圖11所示。

圖11 樁端典型顆粒水平位移和豎向位移Fig.11 Horizontal and vertical displacements of selected particles at pile tip

由圖11(a)可知，隨著加載級別增加，每一個顆粒的水平位移都有不同程度的變化且量值相對較小。

樁端中心線右側(cè)樁端以下約20 mm即1D范圍內(nèi)的土體顆粒在加載過程中不斷的朝左移動；樁端以下20～100 mm即1D～5D范圍內(nèi)的土體顆粒在加載過程中不斷朝右移動；樁端以下100～140 mm即5D～7D范圍內(nèi)的土體顆粒在加載過程中不斷朝左移動；樁端140 mm即7D以下的土體在加載過程中不斷朝右移動。

水平位移相對較小，在加載級別為6時，水平位移的最大值為D3號顆粒的0.134 8 mm，其余顆粒位移均在-0.1～0.05 mm之間。

由圖11(b)可知，隨著加載級別的增加，每一個顆粒的豎向位移都有不同程度的增加。并且豎向位移在整個加載過程中全部為負值，說明土體顆粒全部向下移動。在加載到第6級時，豎向位移的最大值出現(xiàn)在D2號顆粒即樁端以下約10 mm處，其位移為-3.602 mm。該處以下，同一加載級別下，越靠近樁端，其豎向位移越大；越遠離樁端，其豎向位移越小。以上結(jié)果表明，樁端土體顆粒在整個加載過程中，全部向下移動，且越靠近樁端其豎向位移越大，越遠離樁端其豎向位移越小，由此可以得到由于下段樁的移動，樁端土體處于壓密狀態(tài)，并且壓密作用只是在樁端一定范圍的土體內(nèi)存在。

比較加載過程中的樁端土體的水平位移和豎向位移可知，由于下段樁的持續(xù)壓入，樁端下部土體豎向位移較大，遠遠大于水平位移，且影響范圍主要在樁端以下20D的范圍以內(nèi)。

樁側(cè)土體顆粒位移隨加載級別的增加其變化曲線如圖12所示。

圖12 樁側(cè)典型顆粒水平和豎向位移Fig.12 Horizontal and vertical displacement of selected particles of pile side

由圖12(a)可知，隨著加載級別的增加，每一個顆粒的水平位移都有不同程度的變化。上段樁(1 000～1 600 mm)水平位移值相對較小，最大值為C4號顆粒，其值為0.57 mm，由C1和C2號顆粒水平位移為負值，可知在加載過程中樁頭附近土體朝左移動；由C3和C5號顆粒水平位移為正值，可知在加載過程中上段樁中部附近的土體朝右移動；由C6和C11號顆粒水平位移為負值，可知在加載過程中上段樁下部范圍內(nèi)的土體朝左移動。荷載箱附近(900～1 100 mm)樁側(cè)土體顆粒在加載過程中的水平位移最大值發(fā)生在C8號顆粒，其值為-0.383 mm，由C7—C15號顆粒水平位移全部為負值，可知在加載過程中荷載箱附近范圍內(nèi)的土體均朝左移動，但是水平位移值的大小規(guī)律不是很明顯。下段樁樁側(cè)土體顆粒在加載過程中最大值發(fā)生在C15號顆粒，其值為-0.254 mm。由C11—C15號顆粒水平位移為負值，可知在加載過程中下段樁上部附近范圍內(nèi)的土體均朝左移動，由C15-C17號顆粒水平位移為正值，可知在下段樁下部范圍內(nèi)的土體朝右移動。

由圖12(b)可知，隨著加載級別的增加，樁側(cè)每一個顆粒的豎直位移都有不同程度的變化且呈規(guī)律性變化。表現(xiàn)為豎向位移值相對較大，最大值發(fā)生在1號顆粒處，其值為2.777 mm，當加載到第6級時，上段樁上部范圍內(nèi)的土體顆粒的豎向位移有所減小，上段樁下部范圍內(nèi)的土體顆粒的豎向位移仍在增加。由C1—C11號顆粒豎向位移均為正值，可知在加載過程中上段樁樁側(cè)附近的土體均朝上移動。荷載箱附近土體顆粒在加載過程中，其上部范圍內(nèi)的土體，隨著加載級別的增加，在不同程度的增大，且值全部為正值，表明這一區(qū)域，在加載過程中朝上移動。荷載箱下部范圍內(nèi)的土體，豎向位移隨著加載級別的增加有所減小，且值全部為負值，表明這一區(qū)域，在加載過程中朝下移動。

下段樁樁側(cè)土體顆粒在加載過程中的豎向位移表現(xiàn)為下段樁上部范圍內(nèi)的土體，隨著加載級別的增加，豎向位移在不同程度的增大，且值全部為正值，表明這一區(qū)域，在加載過程中朝上移動。下段樁中部范圍內(nèi)的土體，豎向位移隨著加載級別的增加，豎向位移有所減小，且值全部為負值，表明這一區(qū)域，在加載過程中朝下移動。以上2個區(qū)域，當加載到第6級時，豎向位移相對減小。下段樁下部范圍內(nèi)的土體，豎向位移隨著加載級別的增加，豎向位移不斷增大。

4 結(jié) 論

通過二維顆粒流對基樁自平衡測試法進行研究，分析單樁在加載過程中的承載特性以及樁-土相互作用細觀規(guī)律，得出了以下結(jié)論：

(1)加載過程中樁周土體顆?？紫堵实淖兓饕菢抖艘欢ǚ秶鷥?nèi)的土體顆?？紫堵首冃?，且越靠近樁端孔隙率變化越大，沿豎直方向變化趨勢減小，存在擠密作用。樁側(cè)土體孔隙率的變化主要是荷載箱附近和上段樁上部一定范圍內(nèi)變大，形成疏松區(qū)。

(2)加載過程中樁周土體顆粒之間接觸數(shù)的變化主要是樁端一定范圍內(nèi)的土體顆粒之間接觸數(shù)變大，且越靠近樁端，接觸數(shù)變大的趨勢越大，沿豎直方向變大趨勢減小，存在壓密作用。樁側(cè)土體主要是荷載箱附近顆粒之間接觸數(shù)變小，形成一個疏松區(qū)，荷載箱往上接觸數(shù)變大，形成壓密區(qū)，往下逐漸變大，形成壓密區(qū)。

(3)加載過程中樁周土體應力場的變化主要集中在樁端以及荷載箱附近，這2處產(chǎn)生較大的水平向附加應力，變化較劇烈，而豎向附加應力主要是樁端附近的豎向附加應力增大較多，荷載箱附近減小較多。

(4)加載過程中樁周土體的位移場的變化主要是樁端一定范圍內(nèi)土體的豎向位移較大，且越靠近樁端豎向位移越大。樁側(cè)土體的豎向位移主要是荷載箱附近變化較劇烈，往上顆粒朝上移動，往下顆粒朝下移動，土體顆粒之間的豎向位移遠大于水平位移。

(5)分析加載過程中樁周土體的承載性狀，得到加載的初始階段，樁側(cè)阻力要先于樁端阻力發(fā)揮，但是樁端阻力也有一定的發(fā)揮。隨著加載的進行，樁端阻力開始占據(jù)明顯的作用，由于樁長徑比為40∶1，因而在加載后期，樁端阻力占比維持在0.41左右。