仿生牙根樁承載性能透明土模型試驗研究

宗梓煦 ,鄭鵬 ,鄧澤田 ,仉文崗,b ,王魯琦,b

（重慶大學 a.土木工程學院；b.山地城鎮(zhèn)建設與新技術教育部重點實驗室，重慶 400045）

因沉降量小、承載力大、可以提高特殊土地基承載力等優(yōu)勢，樁基礎得到了廣泛應用，其承載能力與樁周土體的變形有直接關系，且受荷過程中樁周土體的變形對鄰近已有建筑物或基礎會造成不利影響。對于一種新型結構樁基礎的研究，需要明確其承載性能和擠土機理與傳統(tǒng)樁基礎的異同，從而更好地應用在工程實際中，降低發(fā)生工程事故的風險，所以，有必要研究新型樁的承載能力。

從生物體身上獲得靈感而應用于建筑的仿生學是近年新興的一個方向。岳喜軍等[1]從植物根系出發(fā)，提出了一種建筑仿生觀點。第二屆國際仿生設計與科技學術研討會[2]提到：仿生建筑和綠色建筑的概念是相通的，因此，仿生學很多特質(zhì)滿足綠色設計要求；還提到生物形態(tài)與設計之間的聯(lián)系，即從形態(tài)出發(fā)引出其功能結構。例如，樹木高大是由于其穩(wěn)固的根系結構，將該結構運用于建筑設計中，穩(wěn)固的地基使摩天大樓得以實現(xiàn)。如，中國臺北101 大廈，外觀呈節(jié)狀，不僅具有美感，又有環(huán)保優(yōu)勢；新加坡雙螺旋橋利用了DNA 雙螺旋結構穩(wěn)定的特點，建造出了兼具造型與穩(wěn)定的橋梁。仿生設計興起時間不長，仍處于發(fā)展階段，但仿生技術能為傳統(tǒng)建筑提供新思路，更加能順應未來綠色的發(fā)展要求，因此，有必要從仿生學的角度研究建筑結構。

作為建筑的重要結構，基礎的承載性能決定了建筑上部結構的穩(wěn)固程度。近年來，傳統(tǒng)基礎的研究逐漸趨于成熟，為了順應時代發(fā)展，需要提出創(chuàng)新的基礎結構設計來滿足更高的承載性能需求。賀茂生等[3]提出仿生根式基礎，采用沉井預留頂推孔，待沉井下沉到設計標高后，在土層中頂推預制的根鍵，保證固結后形成仿生基礎。與常規(guī)樁基相比，根式基礎有著材料強度利用率高、工程量減少25%、施工風險低、構件預制率高、承載效果好等優(yōu)勢?；诼輾お毺嘏蛎泴犹匦院偷皻?yōu)異流線型結構，吳文樂[4]設計出一種自升式平臺仿生樁靴，對比現(xiàn)役自升式平臺，有著拔樁阻力小、樁土連接剛度大等優(yōu)勢。目前，關于仿生技術在樁基礎方面的運用較少，仍有很大的發(fā)展空間。

筆者提出的仿生牙根樁是從哺乳動物下頜磨牙結構中得到的靈感。這種樁形不是常見的圓柱對稱型樁，因此，需要選用合適的方法對其承載性能進行研究。許多學者提出了研究樁基礎承載性能和擠土效應的方法，包括圓孔擴張理論、應變路徑法、有限元法和模型試驗法等。圓孔擴張理論最初是為了解釋金屬壓痕現(xiàn)象[5]，經(jīng)Vesic 改進，采用流動M-C 屈服準則，導出了在可壓縮理想彈塑性土體中圓孔擴張問題的基本解，從而可用于深基礎承載力研究[6]。應變路徑法由Baligh 提 出[7-9]，經(jīng)Sagaseta 等[10]、Gill 等[11]修正，但該方法計算量大而復雜。隨著計算機技術的高速發(fā)展，ABAQUS 等有限元軟件開始被用于土體位移場分析，但巖土體具有不連續(xù)性和離散性，有限元法的網(wǎng)格化模擬不能完整地體現(xiàn)土體的位移情況。Xiang 等[12]用DEM離散元模擬方法研究了隧道破壞機理，采用PFC 三維仿真方法對不同測試條件下的隧道失效模式進行了數(shù)值檢驗。Zhong 等[13]也使用DEM 對蛇皮仿生樁的貫入特性進行研究。模型試驗研究方面，開始時學者們直接使用天然土制作半圓形的半模型樁基和透明容器，對土體剖面進行直接觀察，以此來總結位移場規(guī)律。后來，在觀察面上布置示蹤粒子，通過相機跟蹤粒子位置來明確土體位移場。也有學者使用在土體內(nèi)部埋入傳感器的方式獲知土體內(nèi)部位移情況。但這些方法要么是對土體內(nèi)離散點而不是整個位移場進行分析，要么會對土體產(chǎn)生擾動，使得測量結果誤差較大。在21 世紀初，Pincus 等[14]開始嘗試用熔融石英砂與空隙液模擬土體，這種由相同折射率的固液材料構成的土體具有透明特性，這一試驗技術在巖土中被廣泛應用。透明土的可視性使得粒子圖像測速技術（Particle Image Velocimetry，PIV）在巖土領域有了用武之地，隨后，學者們開展了大量的透明土模型試驗[15-16]。Zhang 等[17]在關于透明土試驗技術的綜述中提到了多種相關試驗。Xiang 等[12]在隧道破壞機理的探究中使用了透明土模型試驗技術。Liu 等[18]將透明土模型試驗研究方法應用于平行隧道開挖引起場地沉降的研究中，成功地對整個土體的位移場進行了測量。Siemens 等[19]采用非飽和透明土對二維近地表現(xiàn)象進行了高分辨飽和度時空度的測量。Ads 等[20]采用透明土模型研究了軟弱土層中開挖面損失和復徑比對隧道沉降的影響。Ads 等[21]基于透明土可視化技術，探究了鰭條長度對魚雷形錨桿貫入和拔出的影響。

為了獲知仿生牙根樁擠土產(chǎn)生的整體位移場，進而更準確地分析其承載性能，并節(jié)省試驗成本,筆者先采用DEM 離散元模擬方法進行數(shù)值模擬，得到并分析初步數(shù)據(jù)，確定其可能具有優(yōu)于傳統(tǒng)樁基礎的承載性能后，再利用透明土模型試驗技術結合數(shù)字圖像處理技術對仿生牙根樁的承載性能進行深入研究。

1 數(shù)值模擬

1.1 樁模型

圖1 仿生牙根樁結構效果圖Fig.1 Design sketch of bionic root pile structure

首先，通過數(shù)值仿真來探究其是否具有優(yōu)于傳統(tǒng)樁基礎的承載性能。數(shù)值模擬使用離散元方法，基于軟件PFC2D 5.0 進行?？紤]到計算效率與模型對稱性，將實際仿生樁結構抽象為如圖2 所示的二維半模型并，設置了4 種樁尖角度，目的是更全面地分析牙根樁樁底內(nèi)傾的可行性。這4 種數(shù)值模擬模型分別為：0°（平底樁）記為1 號樁，-15°（樁中心內(nèi)凹的牙根樁）記為2 號樁，-30°（樁中心內(nèi)凹的牙根樁）記為3 號樁，30°（錐形樁）記為4 號樁。統(tǒng)一選擇仿真模型尺寸為10 m×10 m、樁徑為1 000 mm、貫入深度為10 m、貫入速度為0.05 m/s 來進行沉樁模擬并記錄數(shù)據(jù)。根據(jù)Bolton 等[22]的研究，在選取樁徑和土體模型尺寸時，需要考慮到邊界效應的影響，模型邊界到樁基軸線的距離應大于等于樁半徑的20 倍。模擬選用的模型樁直徑為1 000 mm，樁基位于模型的最邊緣，模型寬度為10 m，是半徑的20 倍，能滿足這一要求。

圖2 數(shù)值模擬樁底示意圖Fig.2 Schematic diagram of numerical simulation for pile bottom

1.2 土體模型

許多研究表明[23-24]，非圓形粒子可以在離散元數(shù)值模擬中提供更大的滾動摩擦力，使土體性質(zhì)更接近于天然土體。因此，模擬使用的粒子由PFC2D5.0 中的“Clump”命令形成，即兩個相同大小的“ball”以長徑比1.2 重疊而成。這兩個“ball”之間沒有力的作用且在結構上固結，不會因受力而分散。對于10 m×10 m 的仿真模型，如果按照接近真實土體顆粒的粒徑來進行粒子生成，如設定粒徑為1 mm，粒子的數(shù)量級將會達到108,進行模擬計算時將會花費極大量的時間。為節(jié)省模擬時間，合理增大了粒子的粒徑，并設定模型計算的時間步長為10-4s。根據(jù)Zhong 等[13]的觀點：對于大量clump 同時參與模擬的情況，應該選用適中的剛度。按照表1 將模擬參數(shù)賦給粒子。兩個“ball”之間沒有力的作用且在結構上固結，不會因受力而分散。對于10 m×10 m 的仿真模型，如果按照接近真實土體顆粒的粒徑來進行粒子生成，如設定粒徑為1 mm，粒子的數(shù)量級將會達將模擬參數(shù)賦給粒子。模擬中采用的顆?！砻娼佑|剛度均為表1 中粒間接觸剛度的10 倍，以確保粒子不會逃逸出容器。

表1 數(shù)值模擬參數(shù)Table 1 Parameters of numerical simulation

生成粒子時，采用Duan 等[25]提出的網(wǎng)格法，在10 m×10 m 的模型箱中從底部開始用墻體隔開70個區(qū)域，每個區(qū)域的大小為1 m×1 m，如圖3 所示。

圖3 土體分組Fig.3 groups of the ground

Clump 構造如圖4 所示。在單個區(qū)域中按照初始孔隙率0.2 生成直徑8～12 cm 的ball 粒子，在最下一層粒子生成完成后，分隔區(qū)域的墻體將會被拆除，并以此類推。生成完成后，對整個土體進行超重（10g）處理，并在超重狀態(tài)下達到平衡，以模擬土體從表面到深層密實度逐漸增大的變化。解除超重后，粒子會產(chǎn)生一定程度的回彈。最后對隨機生成的粒子粒徑進行檢測，得到如圖4 所示的級配曲線，該曲線不算平緩，可以用作模擬試驗的土體模型。

圖4 顆粒級配曲線Fig.4 Particle grading curve

1.3 數(shù)值模擬結果及討論

1.3.1 土體位移場 圖5 是1～4 號樁基礎的土體y方向位移圖。從圖5 可以發(fā)現(xiàn)，靠近樁的粒子位移較大，而距離樁較遠的粒子位移較小，顯然是由于樁身的拖曳效應，使得一部分土粒子隨著樁的貫入被拖曳到了更深的土層中。從圖5 還可以發(fā)現(xiàn)，從錐形普通樁開始，即按照圖5 編號d-a-b-c 的順序來看,隨著內(nèi)傾角度的增大，樁底部開始出現(xiàn)藍色的粒子，并且數(shù)目逐漸增多。這表明隨著內(nèi)傾角度的增大，有更多土顆粒被帶入土層的更深處，產(chǎn)生的豎向位移也明顯增大。反觀平底樁和錐形樁，樁底都未出現(xiàn)過大的豎向位移，并且對樁周土體的擾動也更小。

圖5 土體y 方向的位移Fig.5 Displacement in the y-direction of the soil body

圖6 為土體x方向的位移場，由圖6 可見，不同于y方向位移場的特點，從錐形樁到15°內(nèi)傾的牙根樁引發(fā)的土體橫向位移逐漸變小，但內(nèi)傾角由15°變化到30°時引發(fā)的土體橫向變形又增大。結合y方向位移場的分析可知，內(nèi)傾較大時，樁底的拖曳效應更明顯，有更多土粒子被帶下，分布在樁下端四周，從而引發(fā)對水平擠壓的影響?？梢酝茢?，樁底內(nèi)傾引發(fā)的拖曳效應也會影響水平擠壓效應，隨著樁側(cè)土填量的增加，原樁側(cè)土會進一步受到推壓，導致水平方向的土擾動更大。

圖6 土體x 方向的位移Fig.6 Displacement in the x-direction of the soil body

1.3.2 荷載傳遞 力鏈網(wǎng)絡由粒子之間的接觸力組成[26]。力鏈可以清楚地顯示荷載傳遞的路徑，分為強力鏈和弱力鏈，而荷載傳遞的主要承擔者是強力鏈。強力鏈定義為其力高于平均接觸力的接觸點，雖然數(shù)目很少，卻支撐了顆粒體系力的大部分荷載。如圖7 所示，接觸力越大，圖中顯示出的線越粗。力鏈集中分布在樁尖以下，說明大部分樁阻力是樁底阻力。然而，對于內(nèi)傾較大的仿生樁而言，在樁中心軸附近會產(chǎn)生更多力鏈，特別是在樁的底部，強力鏈沿著與x軸成60°的方向向更深的地層蔓延。對于平底樁，力鏈散布在樁底，沒有明顯的方向傾向。對于錐形樁，力鏈沿著錐面的法線方向傳導至更深的地層。在基于PFC 的離散元模擬中，力的傳導及應力與應變的關系由顆粒的接觸剛度決定。力鏈粗大的地方，粒子受到的力大，壓縮也大。因此，可以將力鏈傳遞的主要方向看作是土體受到壓縮的主要方向。觀察圖7 中各圖的力鏈延伸方向和粗細程度的方向分布趨勢可知，仿生牙根樁引發(fā)的豎向土體壓縮明顯大于普通樁，而在內(nèi)傾不太大的情況下，其橫向壓縮小于普通樁。

圖7 土體力鏈分布Fig.7 Soil force chain distribution

1.3.3 樁阻力 不同樁的樁阻力隨貫入深度的變化如圖8 所示，圖中曲線分別為1～4 號樁的樁端阻力和側(cè)摩阻力。為了更直觀地展示樁阻力的區(qū)別，對樁阻力數(shù)據(jù)進行擬合處理，可以看到，在貫入初期，各樁阻力隨著深度的增大近似成正比地增大，貫入一定深度后，3 號樁阻力增速變緩，但仍然增大。而1、2、4 號樁經(jīng)過增速放緩階段后，貫入深度繼續(xù)增大，樁阻力的變化卻很小甚至幾乎不變。比較不同的樁發(fā)現(xiàn)，從錐形樁到內(nèi)凹的仿生牙根樁，貫入過程中樁阻力逐漸增大。由此可知，對樁底進行與仿生牙根樁相同的內(nèi)凹處理一般可以增大樁阻力，進而提升樁的承載性能。基于土體位移場和力鏈分布情況可以推斷，相比于1 號和4 號普通樁，樁底內(nèi)傾的仿生牙根樁樁底在貫入過程中將較少地向兩側(cè)排開土顆粒，更多地攜帶樁底周圍大量土顆粒一起豎直向下進入更深的地層，從而導致樁底部的土顆粒量增多，進而遭受更大的擠壓，產(chǎn)生更強的抗力。側(cè)摩阻力的曲線分布顯示，這幾種樁的側(cè)摩阻力差異不大，并且數(shù)量級都在105，而樁阻力的數(shù)量級在106，因此，模擬中側(cè)摩阻力對樁阻力的影響很小，仿生樁的承載力優(yōu)勢在于樁端阻力。

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圖8 樁阻力—貫入深度關系圖Fig.8 Diagram of pile resistance-penetration depth

2 透明土模型試驗方案

由數(shù)值模擬結果可知，樁底內(nèi)傾的結構確實具有承載性能上的優(yōu)越性，但數(shù)值模擬所用的模型樁結構過于簡單，無法真實反映實際樁型的承載性能和樁周土體的位移變化，通過透明土模型試驗進一步研究。

2.1 透明土試樣及制備

透明土試樣由熔融石英砂和折射率相匹配的空隙液配制而成。熔融石英砂的顆粒粒徑為0.5～1.2 mm。對不同折射率條件下透明土試樣透明度的測試發(fā)現(xiàn)，在25 ℃條件下，孔隙液折射率為1.458 5 的透明土試樣的透明度最優(yōu)。根據(jù)陳強等[27]的測定,在21 ℃時，采用正十二烷和15 號白油以體積比1∶2.5 左右混合而成的孔隙液配置的透明土透明度最好。因此，從體積比1∶2.5 開始進行微調(diào)，直到調(diào)節(jié)至試驗溫度下最佳的透明度。正十二烷與食品級15 號白油的基本物理性質(zhì)如表2所示。

透明土試樣的制備：首先按照合適的折射率配置好混合液，至少確保能夠沒過石英砂2 cm[28]。將混合液倒入250 mm×230 mm×200 mm 的模型箱，邊攪拌邊倒入石英砂。加入合適的量后，在模型箱內(nèi)放入6 個2 kg 的砝碼進行壓實固結，并用真空泵對配置好的透明土試樣進行抽真空處理1 h，接著靜置24 h。最終使透明土試樣達到相對密實且透明的程度，如圖9 所示。配置好的透明土透明度良好，放置在試樣后的字和圖案可以清楚看見。配置完成后的透明土（油樣）內(nèi)摩擦角φ約為35.5°，抗剪強度約為10 kPa。

圖9 配置完成的透明土試樣Fig.9 Transparent soil sample after configuration

2.2 試驗裝置及步驟

模型試驗裝置如圖10 所示，包括精密光學平臺、CCD 工業(yè)相機、沉樁加載儀、片光源激光器、控制系統(tǒng)、圖像采集系統(tǒng)及計算機。沉樁加載儀通過底部的螺絲與模型樁垂直相連，形成一個整體。試驗在黑暗環(huán)境中進行。通過調(diào)整激光器與透明土試樣的位置，使激光器的光束垂直照亮透明土試樣內(nèi)部的一個平面；模型樁固定在透明土試樣的中間部位，激光扇面應與模型樁軸線對齊，確保圖片拍攝的是模型樁中心軸的位置?？刂艭CD 工業(yè)相機鏡頭的視線與激光扇面垂直，以保證消除視差效應的影響。調(diào)節(jié)CCD 相機的配套軟件，打開連續(xù)拍攝模式，拍攝間隔為1 s，攝取初始灰度圖像作為基準。進行試驗前，先將實驗室的遮光窗簾全部拉下，保證環(huán)境黑暗，并將CCD 相機固定在相機支架上，支架固定在光學平臺上，整個過程保持相機位置的靜止。相機的鏡頭軸線垂直于觀察面，軸線的位置在玻璃面的垂直中心線上，調(diào)節(jié)相機的光圈和焦距，使視場寬度合適。然后將樁基貫入速率調(diào)節(jié)為0.5 mm/s，并保證貫入過程中樁基始終垂直。

圖10 試驗裝置Fig.10 Test device

采用粒子圖像測速法（PIV）對試驗結果進行處理。選用Matlab 中的PIVlab 對圖像進行分析，該算法能夠處理沉樁時各個時刻的橫、豎向位移，并以比色條模式直觀地反映出某一時刻樁周土體的位移分布，有利于分析試驗結果。圖11 為試驗中的模型箱照片。

圖11 試驗模型箱Fig.11 model box during experiment

試驗采用了兩種模型樁：仿生牙根樁和錐形樁。數(shù)值模擬已簡單抽象了仿生牙根樁的近似模型，驗證了樁底內(nèi)傾的可行性，因此，無需再進行簡單模型的試驗研究。直接按照初始設計的效果圖制作仿生牙根模型樁，得到的結果更加精確。樁底去除部分和保留部分之間的分界面為拋物面，去除的類楔形體沿樁軸線的長度為80 mm。由于長度受限，兩模型均只取樁底部作為分析對象。模型樁材料均采用有機玻璃（亞克力），該材料透光性好，能減少因反射帶來的激光散點紊亂，從而避免影響圖像處理。有機玻璃的密度為1.18～1.19 g/cm3，透光率達92%以上,常溫下硬而脆，抗拉、壓強度約為50～77 MPa，抗彎強度約為90～130 MPa。兩根樁直徑R=35 mm，樁總長L=250 mm。研究表明[29]，沉樁擠土的徑向影響范圍大概為10R～12R，相對于試驗容器偏大，但遠端作用效果弱，對樁周近處定性分析影響很小。

3 試驗結果分析

利用沉樁試驗儀對普通樁和仿生牙根樁進行沉樁加載，分別加載至3R（兩樁半徑R=17.5 mm）。由于牙根樁不是多軸線對稱形，因此，主要分析相機投影方向平面的土體響應。

3.1 土體位移場分析

圖12 為普通樁與牙根樁加載至3R深度時兩樁樁底周圍的位移矢量圖。對比兩樁底位移矢量圖可以發(fā)現(xiàn)：普通樁貫入作用下，位移矢量箭頭與水平方向夾角約為45°；牙根樁貫入作用下，位移矢量箭頭與水平方向夾角約為60°。對于樁底土體位移方向，普通樁樁底土體位移主要沿其圓錐法線方向，牙根樁樁底在靠近凹槽處土體位移沿其法向移動，在中空處以及靠近牙根尖部主要沿豎直向下方向。從整體上看，牙根樁相對于普通樁，其土體響應更集中在豎直方向，在土體位移趨勢上，分布也沒有那么均勻。該結果與離散元模擬結果一致。

圖12 樁底位移矢量圖Fig.12 Vector diagram of pile bottom displacement

3.2 土體豎向位移

圖13 為普通樁和牙根樁的樁底豎向位移云圖。從圖13 可以看出，兩樁在豎向位移趨勢上一致，呈樁側(cè)土體向上隆起，樁底土體向下位移壓縮；向上位移量從近樁側(cè)向遠樁側(cè)逐漸減小，土體向下位移量從近樁底部到遠樁底部逐漸減小。從豎向位移量來看，錐形樁兩側(cè)位移分布等值曲線較密，變化梯度大，而牙根樁位移等值線分布則更為均勻。從最大向下豎向位移量來看，錐形樁豎向位移量顯著小于牙根樁，向下變化梯度小，分布更加均勻；在樁底向下距離R處分布則趨于相近。除此之外，牙根樁在樁底處出現(xiàn)小范圍極密的位移等值線分布，在此處豎向位移量沿近樁處向遠樁處變化很快。這很可能是因為仿生牙根樁樁底兩牙根之間處于由貫入擠土引發(fā)的土體高應力壓縮區(qū)，高度壓縮的土體較難發(fā)生應變，會隨著樁底一同下移。而圓錐樁貫入主要造成向樁體兩側(cè)擠壓排土，對樁底部的土體局部壓縮程度較小[30-31]。

圖13 樁底豎向位移云圖Fig.13 Cloud diagram of vertical displacement of pile bottom

3.3 土體水平位移

圖14 為普通樁和牙根樁的樁底水平位移云圖。從圖14 可以看出，錐形樁和牙根樁的水平位移變化趨勢大致相同，水平位移沿近樁側(cè)向遠樁側(cè)逐漸減小，兩樁的影響范圍也大致相同；在最大位移量上，牙根樁水平位移略小于錐形樁，說明兩樁排開的土體體積大致相同。另外，錐形樁水平位移沿樁側(cè)長度分布均勻，牙根樁水平位移則更集中于牙根底部及牙根兩側(cè)，牙根凹槽處幾乎沒有水平位移。觀察仿生牙根樁的結構特點可知，在向下貫入土體的過程中，兩個分叉靠內(nèi)的一側(cè)逐漸向內(nèi)靠攏,引起凹槽內(nèi)土體受到壓縮和排擠，導致每個分叉受到推移土體的反力。周東等[32]指出，在抵抗樁周土體位移時,樁基礎會產(chǎn)生“遮攔效應”，即仿生牙根樁的分叉部分會對原本傾向于向兩側(cè)擴散的土體產(chǎn)生阻礙作用，從而使凹槽中土體與凹槽外土體產(chǎn)生較大的相對位移。相對位移產(chǎn)生的摩阻力會限制樁周土體的橫向位移，從而使牙根樁的水平位移呈現(xiàn)影響范圍小且更加集中的特點。

4 結論

1）仿生牙根樁承載豎向荷載的性能優(yōu)于普通樁。原因可能是牙根樁樁底局部豎向位移大，土體受壓縮程度大，密實度高，從而使土體抗剪強度增大，剪切破壞面與水平軸的夾角更大，土體反力的豎向分量更大，使其承載性能更好；牙根樁樁側(cè)土體的豎向位移沿長度分布均勻，使得側(cè)摩阻力也分布均勻，從而充分發(fā)揮樁身承載性能。

2）仿生牙根樁貫入對周圍土體的總體變形影響略大于錐形樁。對于仿生牙根樁，引發(fā)的水平位移更集中，影響范圍更?。欢F形樁影響范圍更大，土體壓縮程度更小。土體豎向位移趨勢主要體現(xiàn)為仿生牙根樁樁側(cè)土體更多地被帶入更深的地層，同時，樁底土形成一個大約與水平軸成60°角的擠壓帶，將壓力傳導至更深部；錐形樁貫入主要表現(xiàn)為沿圓錐面外法向方向擠排土，角度一般小于仿生牙根樁。

3）試驗結果與DEM 離散元預測的水平位移和豎向位移等值線的變化趨勢相似，但由于DEM 離散元缺乏對孔隙水的模擬，故其對于樁基貫入過程中土體變形的模擬有一定的局限性。具體表現(xiàn)為土顆粒切向接觸剛度會因為孔隙水的存在而降低，從而造成力的模擬結果偏大。

4）對比仿生牙根樁與圓錐樁貫入過程中樁底位移矢量場發(fā)現(xiàn)，仿生牙根樁兩個牙根間土體的擠壓效應是仿生牙根樁與圓錐樁貫入機理不同的主要原因。