基于PIV技术与分形理论的桩-土系统水平循环受荷模型试验研究

单桩基础作为涡轮风机常用的基础形式之一,常受周期性横向荷载的作用,这将导致桩-土系统动力响应的变化.通过改变土体相对密实度与粒径大小2个参量开展一系列室内模型试验,探究水平循环荷载作用下单桩基础的内力变化及累积变形特性,并利用PIV技术及分形理论分析桩周土体周期性的运动规律.试验结果表明:(1)循环荷载对于桩身弯矩的影响较为显著,随着循环次数的增大,桩身弯矩值随之减小,减小的幅度随土体相对密实度的增加而增大;同时,桩周土体粒径越小,桩身产生的弯矩相对较大.(2)桩基整体绕桩身一点做刚性转动,土体的相对密实度越高,桩身累积变形越小;砂-钢接触面的界面摩擦角受到土体粒径的影响,土体粒径越大,界面摩擦角越小,桩身的水平累积位移越大.(3)表层土体位移范围随土体相对密实度的增加而减小,而粒径大小对于土体位移场的影响较小;随着加载的进行,桩后土体位移影响范围增加,而桩前土体影响位移范围减小,桩周沿加载方向的部分土体会发生对流运动.(4)桩周土体位移场具有分形特征,分形维数值随着土体相对密实度的增加而减小,大小在1.18～1.42范围;分形维数与土体位移场面积之间呈现正比例线性关系,而与循环次数之间呈现指数函数关系;以此提出了拟合公式,与已有数据点的拟合结果较好.该研究结果可为探究水平循环荷载作用下桩-土系统的稳定性评估提供试验基础.