Abstract Although the load transfer curves (i.e., p-y curves) recommended by the current industry standards are regarded as questionable for the recently emerging large diameter monopile, the influence of pile diameter and bending stiffness on the p-y curves in sand has not been systematically quantified. Nor have the underlying mechanisms of the diameter dependent p-y curves been well understood. This study presents a series of well calibrated three-dimensional finite-element (FE) analyses, aiming to quantify p-y curves of laterally loaded piles with different pile diameters and bending stiffness in sand, and to reveal the underlying mechanisms. It is found that the p-y curves in the API [6] code, which are valid for piles with a small diameter (D = 1 m), overestimate the initial stiffness while underestimates the soil resistance of a large-diameter pile (D = 5 m) by more than 90%. The numerical analyses further reveal that the modification of the p-y curves with the increasing pile diameter is mainly associated with the altered soil deformation mechanisms around the increasingly stiff pile. On the other hand, the influences of the skin friction, base shear and base moment of the large-diameter pile (with D up to 5 m) on the p-y curves are almost negligible. New p-y curves considering the effect of failure mechanism of large diameter monopile in dense sand is proposed, which are shown to yield better predictions for large-diameter piles than the existing p-y curves.

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桩径对砂土侧向荷载单桩荷载传递曲线影响的量化

摘要 尽管当前行业标准推荐的荷载传递曲线（即py曲线）对于最近出现的大直径单桩被认为是有问题的，但桩径和弯曲刚度对沙土中py曲线的影响尚未得到系统量化。直径相关 py 曲线的潜在机制也没有被很好地理解。本研究提出了一系列校准良好的三维有限元 (FE) 分析，旨在量化具有不同桩径和抗弯刚度的侧向荷载桩的 py 曲线，并揭示其潜在机制。发现API[6]代码中的py曲线，对小直径（D=1m）桩有效，高估初始刚度而低估大直径桩（D = 5 m）的土壤阻力超过 90%。数值分析进一步表明，随着桩径的增加，py 曲线的修改主要与刚度不断增加的桩周围土体变形机制的改变有关。另一方面，大直径桩（D 达 5 m）的表面摩擦力、基础剪力和基础力矩对 py 曲线的影响几乎可以忽略不计。考虑到大直径单桩在密砂中破坏机制的影响，提出了新的 py 曲线，与现有的 py 曲线相比，这些曲线对大直径桩的预测效果更好。数值分析进一步表明，随着桩径的增加，py 曲线的修改主要与刚度不断增加的桩周围土体变形机制的改变有关。另一方面，大直径桩（D 达 5 m）的表面摩擦力、基础剪力和基础力矩对 py 曲线的影响几乎可以忽略不计。考虑到大直径单桩在密砂中破坏机制的影响，提出了新的 py 曲线，与现有的 py 曲线相比，这些曲线对大直径桩的预测效果更好。数值分析进一步表明，随着桩径的增加，py 曲线的修改主要与越来越硬的桩周围土体变形机制的改变有关。另一方面，大直径桩（D 达 5 m）的表面摩擦力、基础剪力和基础力矩对 py 曲线的影响几乎可以忽略不计。考虑到大直径单桩在密砂中破坏机制的影响，提出了新的 py 曲线，与现有的 py 曲线相比，这些曲线对大直径桩的预测效果更好。py 曲线上的大直径桩（D 高达 5 m）的基础剪力和基础弯矩几乎可以忽略不计。考虑到大直径单桩在密砂中破坏机制的影响，提出了新的 py 曲线，与现有的 py 曲线相比，这些曲线对大直径桩的预测效果更好。py 曲线上的大直径桩（D 高达 5 m）的基础剪力和基础弯矩几乎可以忽略不计。考虑到大直径单桩在密砂中破坏机制的影响，提出了新的 py 曲线，与现有的 py 曲线相比，这些曲线对大直径桩的预测效果更好。