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user: 4. 试验结果 4.1. 荷载-位移曲线 上拔荷载–位移曲线如图5所示。通过对上拔荷载–位移曲线后段变化特征的分析，可将试验所得荷载–位移曲线概化为3种类型：“软化型”曲线、“渐近型”曲线和“硬化型”曲线。“软化型”曲线为单峰曲线，当上拔荷载加载至峰值点以后，上拔荷载随上拔位移的增加而减小，如对应P1和P2基础的上拔荷载–位移曲线；“渐近型”曲线为单调递增曲线，在加载末段，上拔荷载随位移的增加而增加但有界(即曲线存在一水平渐近线)或稳定于一常值不变，如对应P3、P5和P6基础的上拔荷载–位移曲线；“硬化型”曲线为单调递增曲线，在整个加载阶段，上拔荷载随位移的增加而单调增加，如对应P4基础的上拔荷载–位移曲线。 图5. 上拔荷载–位移曲线 对试验所得的6条上拔荷载–位移曲线类型的划分同样列入了表1。由前述3种上拔荷载–位移曲线类型的划分可知，浅埋深–扩底型基础或直柱型基础的上拔荷载–位移曲线趋于渐进型或软化型，当外荷载超过某界限值后，基础即发生不可控制的上拔变形；而大埋深–扩底型基础的荷载–位移曲线趋于硬化型，其承载力将随上拔位移的增大而持续发挥出来，安全裕度相对较高。 4.2. 承载力影响因素分析 4.2.1. 极限承载力取值标准 上拔荷载–位移试验曲线有弹性极限和承载极限2个典型特征状态，物理力学意义上，弹性极限即对应上拔荷载、位移能够恢复至初始值的最大荷载、位移状态；承载极限状态即对应地基或基础失稳破坏，或发生设计不允许的变形的状态。几何意义上，弹性极限在上拔荷载–位移曲线初始线性段的上限值附近并偏上；而对承载极限的几何判定方法，不同学者有不同见解 [ 8 ] [ 9 ] [ 10 ] ，并因曲线类型的不同而形成了位移限值、峰值荷载以及其它曲线特征点法。 表2和图6中所示的与承载极限状态对应的荷载、位移按如下标准取值：1) 对在25 mm以内呈硬化型的上拔荷载–位移曲线，取25 mm为承载极限上拔位移，取25 mm上拔位移所对应的外荷载为承载极限荷载；2) 对在25 mm以内呈软化型的上拔荷载–位移曲线，取峰值点对应的荷载、位移分别为承载极限状态上拔荷载和上拔位移。 Table 2 Ultimate limit state of test foundatio 基础 编号 弹性极限 承载极限 T u /T e 弹性极限荷载 预测值T e ， j (kN) T e /T e ，j 地基基础接 触侧面积 M (m 2 ) 基础埋入 体积 V (m 3 ) T u /M (kN/m 2 ) T u /V (kN/m 3 ) 极限荷载 T e (kN) 极限位移 S e (mm) 极限荷 T u (kN) 极限位移 S u (mm) P1 3977 4.96 5774 25 1.45 4036 0.99 55.8 8.1 103.50 526.9 P2 961 1.52 2780 25 2.89 1237 0.78 35.4 5.3 78.47 724.4 P3 4018 4.7 6773 25 1.69 3824 1.05 62.6 9.3 108.23 801.7 P4 7159 9.83 10759 25 1.50 7998 0.90 89.7 13.4 119.91 647.6 P5 2417 2.77 5592 18.32 2.31 2254 1.07 46.6 5.0 120.10 709.2 P6 6987 7.31 9983 15.36 1.43 5948 1.17 78.6 15.4 127.02 724.4 表2. 基础荷载-位移极限状态点汇总 注：T e 列与S e 列数据的回归函数为T e ，j = 813.652 × S e ，将S e 带入该回归式即得T e ， j 。 图6. 基础荷载–位移极限状态点汇总 由表2和图6可知：试验基础的弹性极限点分布在一过原点的直线附近，该直线回归表达式为T e ， j = 813.652 × s，由回归公式和试验得到的弹性极限承载力比值T e ，j /T e 分布在0.99附近(标准差为0.14，变异系数为14.17%)；相较于弹性极限状态点，承载极限状态分布点较为离散；且从上拔–荷载位移曲线分别类型来看(P4基础除外)，当上拔位移大于25 mm时，上拔荷载–位移曲线接近峰值点或变化率接近水平，因此对于岩石地基上拔荷载–位移曲线以25 mm作为承载极限位移是合理的；从试验得到的承载极限荷载与弹性极限荷载的比值K = T u /T e ，可以将试验结果分为2组，其中对应P1、P3、P4和P6基础的K值分布在1.52附近，对应P2和P5基础的K值分布在2.60附近。 4.2.2. 基础埋深/深径比对承载特性的影响 根据表2，可得基础埋深H (深径比λ = H/D)对岩基挖孔基础上拔承载特性的影响，如图7(a)所示。图7(b)对比显示了不同埋深基础的上拔荷载-位移曲线。由图7可知：弹性极限荷载T e 和承载极限荷载T u 均与基础埋深H和基础深径比正相关，基于圆弧剪切模型 [ 2 ] 、45˚倒锥体冲切破坏模型 [ 2 ] [ 3 ] 、以桩基规范为代表的扩底嵌岩桩模型 [ 4 ] 和以港口工程桩基规范为代表的直柱嵌岩桩模型 [ 5 ] [ 6 ] 上拔承载力计算公式可以反映此承载规律；T e -H曲线与T u -H曲线近乎平行；由表2可知P2、P3和P4基础的T u /T e 值分别为2.89，1.69，1.50，即随H增加而减小；基础埋深可以改变基础的上拔荷载–位移曲线类型，如图7(b)所示，基础埋深从3.6 m ~ 10.8 m，上拔荷载–位移曲线类型依次经历了软化型、渐近型和硬化型；试验所涉及埋深范围(1.5 ≤ λ ≤ 4.5)并未出现临界埋深现象，亦即岩基挖孔基础临界深径比λ c ≥ 4.5。 图7. 基础埋深对承载特性的影响(P2、P3、P4) 4.2.3. 立柱直径对承载特性的影响 根据表2，可得扩底尺寸和基础埋深不变条件下基础立柱直径d对岩基挖孔基础上拔承载特性的影响，如图8(a)所示。图8(b)对比显示了不同立柱直径基础的上拔荷载-位移曲线。由图8可知：在扩底尺寸相同条件下，弹性极限荷载T e 和承载极限荷载T u 均与d正相关，以桩基规范为代表的扩底嵌岩桩模型 [ 4 ] 的上拔承载力计算公式可以反映此承载规律；T e -d曲线与T u -d曲线近于平行；由表2可知，P5、P3和P6基础的T u /T e 值分别为2.31，1.69，1.43，即随基础立柱直径的增大而减小。 图8. 立柱直径对承载特性的影响(P5、P3、P6) 4.2.4. 扩底对承载特性的影响 根据表2可得基础扩底对岩基挖孔基础上拔承载特性的影响，如图9(a)所示。通过线性插值，图9(b)显示了直柱部分(P1)和扩底部分(P3-P1)对岩基扩底基础(P3)上拔荷载–位移曲线的贡献。由图9可知：当S ≤ 11.45 mm时，两基础的上拔荷载–位移曲线接近，弹性极限状态点也接近，可知其初始承载特性主要受直柱段影响；当S > 11.45 mm时，扩底对承载能力的贡献逐渐发挥，相同位移下扩底基础的荷载逐渐高于直柱基础，最终扩底基础的承载极限荷载高出高于直柱基础17.3%；扩底可在一定程度上优化基础的承载性能，即提高上拔荷载–位移曲线的硬化程度或降低上拔荷载-位移曲线的软化程度。基于圆弧剪切模型 [ 2 ] 、45˚倒锥体冲切破坏模型 [ 2 ] [ 3 ] 、以桩基规范为代表的扩底嵌岩桩模型 [ 4 ] 的上拔承载力计算公式可以体现此承载规律。 图9. 扩底对承载特性的影响(P1、P3) 4.2.5. 地基-基础接触面积对承载特性的影响 前述分析了基础的基本几何参数对岩基挖孔基础承载特性的影响，结果表明岩石地基挖孔基础的极限承载力与基础埋深、扩底尺寸和立柱尺寸均呈正相关关系。地基-基础接触侧面积M是与基础埋深、扩底尺寸和立柱尺寸正相关的综合参数，则研究M参数对基础承载特性的影响可以涵盖更多样本。图10显示了全部6个试验样本的承载极限荷载T u 和弹性极限荷载T e 与地基–基础接触面积的M的散点图，回归分析表明，回归系数均大于0.966，T u -M和T e -M均具有良好的线性相关性，而且这一相关性是基于全部6个试验样本的回归分析得到的。基于以桩基规范为代表的扩底嵌岩桩模型 [ 4 ] 的上拔承载力计算公式可以反映此承载规律。 图10. 地基-基础接触面积对承载特性的影响 4.2.6. 挖方体积对承载特性的影响 混凝土体积既是基础混凝土材料用量又反映了岩石地基开方的量，则承载极限荷载和基础混凝土体积比值T u /V反映了混凝土效率，是基础优化选型设计的重要指标，该比值同样列入表2。由表2对比分析可知基础埋深、扩径率和立柱直径对混凝土效率的影响规律，如图11所示，可知： 1) 虽然基础承载极限荷载与基础埋深(P2、P3和P4组)和立柱直径(P5、P3和P6组)均正相关，但是混凝土效率分别与二者呈正相关和负相关，因此增加基础埋深应是基础优化设计的优先选择； 2) P1、P3和P5 (D/d分别为1.0、2.0和3.0)组反映了通过增大扩径率的方法来提高混凝土效率存在临界值，只有当扩径率超过该临界值时，增大扩径率才会显著提高基础承载极限荷载和混凝土效率。这是由于岩石地基中地基–基础界面有较高的抗剪强度，因此可以在一定范围的地基形成抗拔塑性区，当扩底尺寸较小时，扩底塑性区与立柱塑性区有较大的重叠，因此在提高基础承载极限荷载和混凝土效率方面不显著；而当扩底尺寸较大时，则地基内部会形成相对独立的立柱塑性区和扩底塑性区，基础承载极限荷载和混凝土效率也会有显著提高。 图11. 混凝土体积对承载特性的影响