煤系沉积岩应力–应变与应变–渗透率特征_季小凯.pdf

第43卷第3期 2015年6月 文章编号l001-1986201503-0066-06 煤田地质与勘探 COALGEOLOOY Stress has great influence on the permeability in different ways which include closure in the normal direction and dilatancy effect of joints, stress dilatancy changes the permeability of rock significantly; strain-permeability curve of rocks displays lag of permeability peak value. The rock permeability changes acutely and unpredictably at phase of elastic-plasticity, however, there is a good agreement between permeability and volumetric strain. By summarizing and analyzing the experimentation results, pe口neabilityvariation can be divided into 5 stages stage of consolidation and closure of microfissures, stage of random expansion of microfissures, stage of propagation and cutthrough of fissures, stage of diastrophsm and sufficient development of fissures, and stage of secondary closure of fissures. Key words complete stress-s位ain;strain-permeability; volumetric strain; stage 在工程实践中，渗透率是一个非常重要的岩石 属性。在实验室对处于不同条件下单一裂隙的流体 的流动已进行了多次研究。相关学者相继进行裂隙 岩体水力学的试验研究［I］，建立了裂隙岩体渗流模 型。通过试验及理论研究，国内外学者已经初步得 收稿日期2013-12-25 到了岩体应力与渗流之间的一些基本关系。但在这 些研究中，裂隙渗流的研究很少涉及到煤炭采矿方 面，而在煤矿井下开采过程中，由于应力重新分布， 采空区围岩应力应变状态发生了变化，从而改变了 原有岩层的渗透状态，形成了十分典型的不均匀、 基金项目同家自然科学基金项目（41072212）；山东省自然科学基金重点项目（ZR2011EEZ002）；山东科技大学科研创 新团队支持计划资助（2012KYTD101 作者简介季小凯（1989一），男，山东邹平人，硕士，从事地质灾害防治理论与方法的研究． E-mail jixiaokai881212 引用格式季小凯，郭建斌，邢同菊，等．煤系沉积岩应力－应变与应变－渗透率特征［J］.煤田地质与勘探，2015,433 66-71. ChaoXing 第3期季小凯等煤系沉积岩应力一应变与应变－渗透率特征 67 各向异性的裂隙渗流场［2-5］。一般情况下我们在进行 应力一渗流搞合数值计算和理论分析时，只注重应力 渗流的搞合本构方程，很少对应变一渗透率所体现 的变化规律进行考虑，应该将应变－渗透率变化关系 与本构方程有机的结合起来，‘才能更好地反映流固祸 合的实际情况［6-9］。这将更加有助于顶底板围岩的突水 防治工作以及评价回采过程中的水文地质条件。 但是，由于顶板岩层岩性组合特征的不同，不 同岩性的顶板岩层在应变过程中，其渗透率变化很 大。这种变化在矿井上、下实际观测或实验室内进 行模拟分析难度大，从而使有关岩体在应变破坏过 程中渗透率场的研究显得较为薄弱。本文试图通过 对煤系中几种主要沉积岩岩石在全应力应变过程中 的渗透性试验，进一步探讨岩石应变与渗透率的关 系，为研究岩体渗流特征提供必要的基础。 1 实验室试验 为掌握济宁三号煤矿S40、S42、Sl2钻孔3下煤 顶板以上120m范围内岩层的物理力学指标和含水 性能，特别是对开采有威胁的3煤层的顶板砂岩和红 层的含水性，对2005年施工的S40、S42、S12水文 长观孔进行了岩样的现场采取和室内试验分析工 作，以此来探究济宁三号煤矿煤系的岩石全应力一 应变以及应变－渗透性特征。 1.1 岩石采样 S40钻孔自孔深882.25-961.48m进行3煤层顶 板岩样的采取工作，该段共采取岩样10组。岩样采 取后，及时对采取的岩样进行室内的加工并分析， 该孔测试岩样的编号为B40-l-B40-10，钻孔岩样 采取记录详见图I。此外，S42、钻孔自孔深 835.00941.57 m进行岩样的采取工作，该段共采取 岩样11组。该孔测试岩样的编号为S40-1-S40-l 1。 S12钻孔自孔深729.80～819.53m进行红层岩样的采 取，该段共采取岩样7组；自孔深745.70～825.60m 进行3煤层顶板岩样的采取工作，该段共采取岩样 18组。该孔测试岩样的编号为P8-l-P8-25。 试件加工总量339余件。岩石单轴抗压强度、 抗拉强度、抗剪强度试验共计46组，岩石渗透率、 孔隙度试验共计40组。 1.2 试验目的 测定并分析济宁三号煤矿S40钻孔10组、S42 号钻孔11组以及Sl2钻孔25组岩样的抗拉强度、 抗压强度、抗剪强度、渗透率、孔隙度，进一步探 讨岩石应变与渗透率的关系，为研究岩体渗流特征 提供必要的基础。 石｜粗砂岩I3.55 盒 子 组| 泥岩18.20 6平，I0.80 t1J 泥岩 西l粉砂岩 组 c 1 oo “A AA 民上｜（砖l30901再 粉细rtJI 岩互层 细砂岩 取样深度J是样品编号 S40-I 882.05883.55 m S40-2 902.50902.70 m S40-3 912.34912.54 m S40-4 922.07922.27 m S40-5 934.80935.00 m S40-6 943.25943.55 m S40-7 944.75944.55 m S40-8 959.88960.00 m S40-9 96 I .28961.00 m S40-l O 944.28961.48 m 图lS40钻孔岩样采取记录图 Fig. I Rock sampling record of borehole S40 1.3 试验条件 分别取济宁三号煤矿S40、S42、Sl2号钻孔为 试验对象，根据试验目的和内容，参考实际情况， 为进行岩石的力学试验分析，按照岩石力学试验的 标准，对采取的岩样进行加工与处理，岩样的加工 尺寸一般为直径50mm，高度为直径的两倍左右。 其中，岩石试件围压4.0MPa，孔隙水压3.8MPa, 渗透压差1.5MPa。 1.4 试验方法简介 渗透试验、岩石单轴抗压强度、弹性模量、泊 松比测定在MTS815.02型电液伺服岩石力学试验 系统上进行，抗拉强度、抗剪强度试验在普通材料 ChaoXing 68 煤田地质与勘探第43卷 试验机上进行。渗透试验样品制成直径50mm，高 度60～80mm的试件。采用瞬态渗透法即对试样 施加一定的周压、围压和孔隙水，试验必须保证试 样上端面的水压力不变，通过降低下端面的水压， 使得试件的上、下出现一定的水压差。同时，试件 两端的孔隙水压差会随着岩石试件内部裂隙的扩展 不断地增加，这样反过来又会促使试件两端的孔隙 水压差减小降低，该应力应变状态下的穆透率可以 通过测定水压差在一定时间内的变化过程计算出 来。这样，测出峰值前后的各处渗透率，绘出岩块 试样的全应力－应变过程中的应变一渗透率曲线。 2 试验数据分析 2.1 岩石力学试验结果 试验数据量比较大，本文以S40号钻孔的结果 为例进行具体分析。通过对试验分析所得到的S40 号钻孔岩样力学指标来看（表1），细砂岩的抗压强度 为46.72～98.71MPa；砂质泥岩的抗压强度最低，其抗 压强度为38.421.Pa；粉细砂岩的抗压强度一般为 75.8085.60 MPa；粉砂岩的抗压强度为95.64MPa。 从岩石的抗拉强度分析的结果来看，细砂岩的抗 拉强度为4.65～9.32MPa；砂质泥岩的抗拉强度为最 低，其抗拉强度为4.51扎在Pa；粉细砂岩的抗拉强度一 般为4.16～7.97MPa；粉刷，、岩的抗拉强度为4.38MPao 从岩石的抗剪强度分析的结果来看，细砂岩的 抗剪强度一般为5.06～8.95MPa，粉细砂岩的抗剪强 度一般为5.68-8.86MPa，粉砂岩的抗剪强度为 7.08 MPa，砂质泥岩的抗剪强度一般为3.56MPa。 2.2 钻孔岩石渗透率测定结果 为获得岩石的渗透性能，一般是通过水文孔进 行现场抽水试验获得，由于现场抽水试验受到诸如 钻孔工艺、勘探成本、抽水设备、水位观测精度、 抽水时间等因素的限制，岩层的渗透性能难以准确 取得。而通过采取岩样，在试验室内进行测试便成 为获得岩石渗透系数，进而推求渗透率的最佳方法。 表2是测试S40号钻孔部分实验结果，3个钻 孔实验结果对比发现，中粗砂岩的渗透率最大，其 变化范围较大，说明此岩层透水性较强，是良好的 含水层，在开采3煤层时，由于含水层的水压较大， 开采引起的顶底板导水裂隙带应引起足够的重视， 以防突水事故发生。本次泥岩样的渗透率相对较小， 是良好的隔水层。 3 应力与渗透率的特征 应力对岩石的渗透率有很大的影响，主要体现 在节理的法向闭合和剪胀效应，这两者能够显著地 改变岩石节理的渗透性。不少学者研究表明，节理 试件的较小剪切位移可以使节理的渗透率增加几个 表1S40水文长观孔岩样的力学指标特征 Table 1 Mechanical inds of the samples in hydrological observation borehole S40 琳一岩崎山石出 口 叫一砂圳机砂剧 岩一细粉粉砂 抗压强度/MPa 46.7298.71 75.8085.60 95.64 38.42 抗拉强度／MPa 4.659.32 4.167.97 4.38 4.51 抗剪强度／MPa 5.068.95 5.688.86 7.08 3.56 备注 岩样加工的尺寸一般为直 径50mm，高度100nu四 表2济宁三号煤矿S40号钻孔岩石渗透试验结果 Table 2 Permeability test parameters including peak stress, peak strain and permeability in borehole S40 in No.3 Jining coal mine 岩性岩样 试样尺寸／mm 围压孔隙水压渗透压差峰值应力 峰值应变 渗透率 描述编号 直径高度 /MP a IMPa /MP a /MP a / 10- /10 50 砂质泥岩S40-I 49.4 57.7 4.0 3.8 1.5 37.90 18.7 0.226 细在i、岩 S40-2 49.4 60.4 4.0 3.8 1.5 48.32 16.5 89.3 细砂岩S40-3 49.4 57.0 4.0 3.8 1.5 35.47 14.6 6.02 粉彤、岩 S40-4 49.4 72.4 4.0 3.8 1.5 56.83 、 ＼、15.227.6 粉细砂岩S40-5 49.4 58.7 4.0 3.8 1.5 27.68 19.9 47.6 粉细砂岩S40-6 49.4 58.8 4.0 3.8 1.5 22.31 15.6 7.88 粉细彤、岩 S40-7 49.4 65.0 4.0 3.8 1.5 35.7 13.1 8.39 细砂岩S40-8 49.4 60.6 4.0 3.8 1.5 43.67 12.4 25.0 细砂岩S40-9 49.4 63.3 4.0 3.8 1.5 52.45 13.7 20.9 细砂岩S40-IO 49.4 56.8 40 3.8 1.5 47.65 14.58 7.41 ChaoXing 第3期季小凯等煤系沉积岩应力－应变与应变一渗透率特征 69 数量级。通过试验和数值模拟的比较分析，也可以 得出节理剪胀控制着节理力学开度的变化，并对节 理的渗流特性产生直接的影响。裂隙岩体的渗流量 随着双向压应力的增加而减少，节理隙宽随着法向 应力的增加而减小，最终不可能完全闭合。这些均 体现了应力对岩石渗透率的独特影响［10］。 岩体含有发育程度不同的断层、节理裂隙等不 连续面，节理的法向闭合量、节理的剪胀都将导致 岩体渗透特性发生重大变化（图2）。目前，对由于节 理法向应力的改变而引起的岩体渗透特性变化进行 了大量研究，得到了此方面比较成熟的理论，现有 流固藕合理论很少考虑岩石节理的剪胀效应及由于 10-“ 一→←－k,MC对莫型） -－－－－一一ι（弹性模型） 一『，－－k,MC模型） --0一－k,, （弹性模型） E j1俨 然 剪胀对k嚣 的贡献 、口、 口 10-1 60 I 2 3 4 5 水平与竖直应力比 图2渗透率（ι和ky）与应力比值的变化［II] Fig.2 Change of the ratio of pe口neabilityand stress 剪胀而导致的岩体渗透特性的变化。流固桐合中零 剪胀假设低估了岩体的渗透性，而且无法解释临界 应力水平后岩体渗透率的急剧增加现象。 本文涉及的力学试验比较清楚的反映了剪胀作 用的影响（图坷，即岩石在弹塑性阶段岩石渗透率的 急剧增加。同时也可以看出，这种增加的趋势并不 是没有限制的，岩石一旦达到岩石的屈服极限，渗 透率也会出现迅速减小的趋势，济宁三号煤矿的细 砂岩，渗透率最终值小于初始渗透率；而粉砂岩、 砂质泥岩和粗砂岩的最终渗透率要比初始值要大。 分析岩石的应力－应变曲线可知，在弹性变形阶 段，随着轴向应力的增加，岩石的渗透率缓慢减小， 或基本上不变，变化幅度整体不会很大。当岩石进 入塑性变形阶段，岩石的渗透率急剧增加，渗透率 的最大增加倍数可达32倍。产生这种现象的原因在 于，致密的岩石，裂隙发育少，孔隙度比较低，因 此试验初期渗透率相对较低。随着轴向应力不断地 增加，侧向应力也不断增大，裂隙和空隙闭合，造成 孔隙度减小，渗透性开始变小且变化幅度不会很大。 当岩石进入塑性变形阶段，应力增加至岩石的极限强 度时，岩石中的裂隙将逐渐增多，至岩石达到极限强 度之后，将产生大量裂隙，渗透性产生突变。 一般情况下，渗透性变化幅度主要取决于岩石 的弹性变形范围的大小，即岩石极限破坏强度和弹 性模量。岩石极限破坏强度高和弹性模量小，岩石 弹性变形范围比较大，岩石具有较低的渗透率，其 4.0 3.5 2.5 、、 键十2.0 器1.5 1.0 0.5 0 IO 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 轴向应力的【Pa a）到II砂岩l渗透率一轴向应力曲线 4.5 4.0 3.5 俨3.0 0 高2.5 前司2.0 量＼ 1.5 2.0 1.8 1.6 fl 1.4 、1.2 岭I.。 想0.8 ,-0.6 0.4 0.2 0 IO 15 20 25 30 35 40 45 50 55 轴向应力/MPa b）细哇、岩2渗透率－轴向应力曲线 18 16 14 f 12 0 10 将 烟8 盖起6 4 30 5050 句，＆句 Ltt ’』 。TCC钳制处 5 Aυ nu mm线 曲 MW 力 ｝ a应 呐川四向 。川轴 rb，刀－ 立率 mA 阳透 。轴撑 4u 革 ）砂 到粉 U IC I 肉，华，飞 AU Aυ11 r -5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 Vo 10 20 30 40 50 60 70 轴向应力爪1.Pa轴向应力岛{Pa d）砂质泥岩渗透旦在一轴向应力曲线e）粗砂岩渗透率－轴向应力曲线 图3实验岩石渗透率－应力曲线 Fig.3 Permeability- stress curve of the tested rock ChaoXing 70 煤田地质与勘探第43卷 渗透性变化幅度会很小；而岩石极限破坏强度低和弹 性模量大，则会相反。 4 应变与渗透率的特征 4.1 实验岩石应力一应变和应变一渗透率曲线 本次试验共对96块岩石进行了渗透试验，本文 重点对细砂岩、粉刷，、岩、粗砂岩和砂质泥岩等几种岩 样测试的应力－应变及应变－渗透率结果进行分析。 细砂岩的最大渗透率发生在峰后流变阶段（图4, 而且可以明显的看到岩石渗透发生跳跃性地增加，这 说明济宁三号煤矿细砂岩中的裂隙发育扩展连通具 有突变性。从全应力应变曲线看，在弹塑性阶段至 峰值阶段，岩石的渗透率一直随着应变的增大而增 大，而且变化幅度很大。在残余强度阶段，渗透率 会由于新生裂隙的闭合而迅速减小。说明渗透率变 化不大的范围主要对应初始弹性阶段，此时试件内 部原生裂隙连通性差，而一旦达到弹塑性阶段，由 于剪胀作用会发生节理变形贯通，最后达到峰值 后，渗透率随着微裂隙的闭合与开启会发生小幅度 的升高或降低。 3 10 nυnυAU A“，句、d句，－ ZEGR嗣同 p’。－、 M宵刷刷然 吨’－ss 。 。0.01 0.02 轴向应变ε 0.03 图4细砂岩应力－应变和应变－渗透率曲线 Fig.4 Stress-strain and strain-perτneability c山;resof fine sandstone 从图5可以看出，粗砂岩岩石试件峰值应力为 69.1 MPa，在初始裂隙压实阶段（即弹性阶段），渗透 率随着应变的增大缓慢减小，变化幅度很小；在弹塑 性阶段，渗透率发生突变，并与应力几乎同时达到最 大峰值，主要是因为试件的裂隙在压应力的作用下开 始贯通，随着应变的继续增大，在残余强度阶段，渗 透率开始下降并趋于稳定。 砂质泥岩试件的应力峰值为48.5MPa，残余强 度为15MPa，从图6可以看出，其渗透率－应变曲线 的变化趋势与应力一应变曲线具有很大的相似性， 只是渗透率峰值相对滞后。从力学角度看，岩石的 渗透率在初始压实阶段，随着应变的增加缓慢变小； 在弹塑性阶段，渗透率会急剧地增加；在应变软化阶 段，岩石渗透率迅速增大，并在应力峰后达到渗透率 的最大峰值；在残余强度阶段，渗透率会迅速减 20 80 7。 ” 坠60 气50 艺40 剖30 20 10 0 0 。＠aa O之M町刷刷处 ζJAU －EEa，、J 0.005 0.01 0.015 轴向应变ε AU 句J－ Aυ nu 图5粗砂岩应力一应变和应变－渗透率曲线 Fig.5 Stress-strain and strain-permeability curves of coarse sandstone 50 45 “40 皇35 30 “ 25 -R 20 迦15 10 5 0 0 5 。TO之M钳制必 AUT 句3鸣 ，＆ 0 0.004 0.008 0012 0.016 0.02 0.024 0.028 0.032 0.036 轴向应变ε 图6砂质泥岩应力－应变和应变－渗透率曲线 Fig.6 Stress-strain and strain-permeability curves of sandy muds tone 小，并到一定的数值后缓慢降低，或者基本不发生变 化。实验现象说明，渗透率的变化过程，与其内部的 裂隙发展变化规律有很大关系，岩石内部的微裂隙经 历了压密一扩张一贯通一再次压密的过程。 4.2 岩石渗透率与轴向应力之间的关系 根据实验结果，本文对济宁三号煤矿应力一应变、 应变一渗透率特征进行了规律性的总结。实验结果表 明，对于低渗透率的岩石，在弹性变形范围内，随着 轴向应力的增加，渗透率变化并不是很大。然而，当 进入塑性变形阶段，渗透率的变化就会很大。应变－ 渗透率曲线与应力－应变曲线变化趋势一致，但表现 出相对“滞后”的特点，表明渗透率的变化与其损伤演 化过程密切相关。同时，岩体通过其内部裂隙的渗透 需要一定的时间过程，分析其变化趋势，主要有以下 几个特征阶段（图7）。 200 7 6 160 ;_ 12。 在 雾80 So 0 5 40 E且＂＂＂主主主＝ I 2 3 应变11o-2 4 图7三轴应力－应变试验渗透率和应力的变化（围压20MPa Fig.7 Change of permeability and stress in triaxial stress-strain test ChaoXing 第3期季小凯等煤系沉积岩应力一应变与应变－渗透率特征 71 微裂隙压密闭合阶段（OA段）在整个初始弹性 变形阶段，由于内部微孔隙、微裂隙的压缩闭合，岩 石渗透率减小。 微裂隙随机扩展阶段（AB段）随着轴向应力的 增加，渗透率缓慢地增加直到达到屈服点B，说明岩 石在轴向压力、围压及孔压共同作用下内部结构出现 原生裂隙扩展和新的微裂隙萌生，由于这些损伤会随 机地出现，引起渗透率轻微地增加，但是总体变化幅 度不是很大，甚至基本不变。 裂隙扩展贯通阶段（BC段）随着作用在岩石试 件轴向力的增加，其内部的裂隙进一步扩展、贯通。 由于微裂隙突然性地增加，导致渗透率几个数量级上 的跳跃式增加。一直到BC阶段的末端，沿着试件中 心部分的平面，该处的微裂隙有明显的贯通，预示着 即将出现宏观裂缝。 裂隙错动充分发育阶段（CD段）达到最大应力 点C之后，岩石会出现宏观破裂面，这将进一步地 引起渗透率的增加。但是，在最大应力之后，渗透率 仍然持续增加，并没有像应力一样，达到它的峰值（点 D）。因此，可以发现渗透率的增加相对于应力有明显 的滞后效应。其主要原因是，峰值强度后，破裂面朝 着试件的端部延伸，并且新生裂隙继续出现，这样会 使岩石试件沿着已有的破裂面发生错动，岩块中裂隙 的连通率和张开度会随应变的增大进一步提高，裂隙 充分发育后，渗透率至最大峰值。 裂隙二次闭合阶段（DE段）当渗透率达到最大 值之后，因为破坏的岩石遭受了第二阶段的压缩，并 且裂隙的凹凸处会被磨损甚至剪断，粗糙度降低，张 开度减小，在应力的压缩作用下，裂隙会发生压密闭 合，岩块渗透率会发生下降，尤其是围压比较大时这 种现象更加显著。 4.3 岩石渗透率与轴向应变之间的关系 应力应变曲线可以被分成几个区域，为了研究应 力一渗透率关系，在此划分了两个主要区域，如图8。 以σci为界（σci是微裂隙开始扩张的应力水平），左侧 为区域1，右侧为区域2。其中，左侧区域l对应着 试件中已有微裂隙的闭合，渗透率逐渐减小，试件体 积逐渐压缩。区域2对应着新裂隙的扩张，这一阶段 促使渗透率增加和体积膨胀。从图8可以明显的发 现，渗透率和体积应变的变化趋势是一致的。这个现 象表明，体积应变和渗透率具有一定的目前还无法确 定的函数关系。 5结论 a.中粗砂岩的渗透率最大，是良好的含水层； 以脚｜ 扫除北／＇，＇，＇e.-e i j队ι制机一 M叶制响曲剧 轴向应变ε 图8轴向应力、体和且变和渗透率与应变的关系示意图[12] Fig.8 Relation between strain and axial stress, volumetric strain and permeability 而本次泥岩样的渗透率相对较小，是良好的隔水层。 在开采3煤层时，由于含水层的水压较大，开采引起 的顶底板导水裂隙带应引起足够的重视，以防止产生 突水事故。 b.试验表明，渗透率和应力有很大的关系。在 岩石处于非弹性阶段，渗透率的变化剧烈且具有不可 预测性，岩石渗透率与体积应变变化趋势具有很好的 一致相关性，有待于进一步的分析研究其两者之间的 关系。 c.应力强烈影响岩石的渗透率变化，主要包括 节理的法向闭合和剪胀效应，其中剪胀效应显著地改 变岩石节理的渗透性。 d.岩石在全应力应变过程中渗透率变化可分 成5个阶段微裂隙压密闭合阶段、微裂隙随机扩 展阶段、裂隙扩展贯通阶段、裂隙错动充分发育阶 段和裂隙二次闭合阶段。渗透率在初始压密阶段， 会随着应力增加缓慢减小（原生微裂隙闭合）或者渗 透率变化不大；而在裂隙扩展贯通阶段和裂隙错动 充分发育阶段，试件的渗透率先缓慢增加然后急剧 增大，在应力峰值后达到极大值，之后随应变的增 加，急剧降低。 e.从实验结果可以看出，岩石应变渗透率曲线， 除了表现出渗透率峰值相比应力峰值“滞后”的特点 外，形态上也有各自岩石独特的特点。这主要是因为 影响岩石渗透性的因素很多，除了试验时的参数和岩 性有关外，对于实验过程中的一些不确定因素，如裂 隙扩展方向，有着密切的联系。 t在全应力应变过程中，岩石的渗透率变化规律 因岩性不同而存在差异，本次岩石力学渗透率试验针对 济宁三号煤矿的部分沉积岩地层，对于其他地区的岩石 力学以及渗透性特征需要做一定的试验对比分析。 （下转第76页） ChaoXing 献 文 束－考 配一参 K叮一 质一 出国－ ’布，－ 田一 煤一 76 4结论 本文研制出了一套能用于桩基模型动荷载试验 的加载装置，通过与激振器相连的弹簧给模型桩施 加半正弦波形的周期荷载。对两根承力盘位置不同 的支盘桩进行模型试验，研究了沙性土中支盘桩在 动荷载作用下桩身弯矩和桩身侧面土体中压力随着 桩顶荷载、加载频率、以及承力盘位置的变化规律， 主要得出了以下结论 a.对于同一根桩，随着桩顶荷载幅值的增加， 桩身上部正弯矩和弯矩的最大值均呈现出增大的趋 势，桩身的反弯点位置逐渐下移。土中的压力在桩 身上部增大突出，桩身下部受影响不大。 b.随着加载频率的增大，桩身上部弯矩先变 大，后又减小，土中压力一直呈增大趋势，但增大 的幅度减小。说明加载频率过大也直接影响到桩的 水平承载力，可能会导致桩侧土体的松动，桩身承 载力下降。因此在工程中，如果桩基要承受动荷载， 应关心该桩所能承受的动荷载的最大频率。 c.对于承力盘位置不同的支盘桩，承力盘位置 靠上的桩在同样条件下桩身正弯矩和最大弯矩值较 小，桩侧土中的压力也较小。因此，如果利用支盘 桩来承受水平向的动荷载，承力盘的位置在允许情 况下应尽量靠近桩顶部位，这样可以减小桩身弯矩 和对土体的压力，提高桩的承载力。 第43卷 ［）蔡可键．水平谐振荷载作用下桥梁基桩的动力反应［巧．岩土 力学，2009,305 1504-1508. 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