跨海桥梁格构式地下连续墙横向承载的改进 p-y 曲线模型研究

针对传统 p-y 曲线模型不适用于格构式地下连续墙（LSDWs）横向承载分析的问题，研究人员通过数值模拟，建立了适用于单舱 LSDWs 在粘性土和砂土中受水平静载的改进 p-y 曲线模型，验证表明模型精度高，为 LSDW 基础设计提供了指导。

　　在跨海桥梁建设中，基础的稳定性与安全性始终是工程领域的核心关注点。格构式地下连续墙（Lattice-shaped Diaphragm Walls, LSDWs）凭借其优异的刚度、成本效益以及对复杂海洋环境的适应性，成为大跨度深水桥梁的重要基础形式。然而，这类新型基础的横向承载特性研究却存在显著空白。传统的 p-y 曲线方法虽广泛用于桩基横向行为分析，但 LSDWs 独特的结构构型和荷载传递机制，使得直接套用桩基模型会导致计算偏差，难以准确评估其在水平荷载作用下的土体抗力与位移关系，这无疑给工程设计带来了不确定性和潜在风险。

为填补这一研究空白，相关研究人员开展了针对单舱 LSDWs 在粘性土和砂土中横向承载行为的深入研究。该研究通过全面的数值模拟，构建了改进的 p-y 曲线模型，并结合模型试验和现场测试数据进行验证，相关成果发表在《Applied Ocean Research》。

研究主要采用 FLAC3D 数值模拟技术，建立了单舱 LSDWs 的三维模型，模拟其在水平静载作用下的响应。模型中，LSDWs 被视为各向同性弹性材料，土体采用摩尔 - 库仑本构模型，并通过与 Kanatani 等学者的现场水平荷载试验数据对比，完成模型参数校准与验证。研究设计了不同计算宽度（B?=5.0~9.0m）的单舱 LSDWs 模型，分析其在粘性土和砂土中的极限土体抗力（p_u）和初始基床反应模量（k_ini）的变化规律。

粘性土中 p-y 曲线模型构建

研究发现，粘性土中 LSDWs 的极限土体抗力与计算宽度（B?）和深度（z）密切相关。通过引入无量纲参数和非线性拟合，建立了考虑深度影响系数（α₂）和宽度调整系数（α₁）的计算公式：p_u,c=α_1,nS_uB?z^α_2,n。其中，α_1,n和 α_2,n通过不同宽度下的数值模拟数据拟合得出，如当 B?=5.0m 时，α₁=1.545，α₂=1.139。进一步采用双曲正切函数拟合 p-y 曲线形态，引入与深度和宽度相关的刚度参数（λ₁、λ₂），构建了适用于粘性土的 p-y 曲线模型，有效描述了土体抗力随位移的非线性变化。

砂土中 p-y 曲线模型构建

对于砂土环境，研究提出极限土体抗力公式 p_u,s=K_p²γ’B?^α_3,nz^α_4,n，其中被动土压力系数 K_p=tan²(45°+φ_s/2)，φ_s为砂土内摩擦角。通过数值模拟拟合得到不同宽度下的尺寸影响系数（α₃）和深度影响系数（α₄），如 B?=5.0m 时，α₃=1.036，α₄=1.517。同时，改进了初始基床反应模量的计算方法，提出 k_ini,s=n_h(z^0.167+0.052)(B?,n/B?,5)^0.985，该公式综合考虑了深度和基础尺寸的影响，与数值模拟结果吻合良好（R2>0.96）。

模型验证与对比

通过两项验证案例评估模型有效性。在 Wu 等的砂土模型试验中，传统双曲线模型低估了极限土体抗力和初始基床反应模量，而改进模型在小位移条件下与试验数据高度吻合。在 Kanatani 的现场试验中，针对软粘土层和密实砂砾层的分析表明，改进模型较 API 标准和传统桩基模型更准确，尤其是在初始刚度和极限抗力预测方面优势显著，传统模型普遍存在初始模量高估、极限抗力低估的问题。

研究构建的改进 p-y 曲线模型，首次系统地将 LSDWs 的结构尺寸和深度效应纳入 p-y 曲线分析框架，解决了传统桩基模型在新型基础设计中的适用性难题。模型通过无量纲参数和非线性拟合，实现了对不同土体条件下 LSDWs 横向承载行为的精准刻画，为跨海桥梁 LSDW 基础的优化设计提供了可靠的理论工具。研究结果表明，改进模型在预测土体抗力和位移关系方面具有较高精度，尤其适用于小位移工况和复杂土层条件，显著提升了工程设计的安全性和效率。未来研究可进一步拓展至多层土条件和多舱室结构，结合更复杂的相互作用模型（如 PISA 项目的四弹簧模型），推动 LSDWs 设计理论的完善与发展。