考虑承台刚度的复合桩基承载性状分析

以桩筏基础为对象,考虑承台刚度的影响,将桩、土及承台视为一个相互作用的复合桩基体系,通过Goodman接触单元模拟桩土界面接触摩擦作用和土体的非线性特性,采用三维有限元数值方法对桩筏基础进行系统地分析,研究桩筏基础的承载机理.首先验证了Goodman接触单元模拟在桩土接触中的可行性,然后研究了桩筏基础中桩项反力、桩身轴力及桩侧摩阻力的分布规律与特性,最后考虑了承台刚度对桩筏基础的影响,得出了一些有意义的结论,为复合桩基的理论分析及工程设计提供理论依据和借鉴.     

桩基础应力的三维非线性有限元分析

利用三维非线性有限元分析方法,建立土体与桩共同作用的数值模型,计算桩土复合体的应力与变形;讨论了土体的本构模型以及在桩土结构接触处提出应用有厚度单元进行接触面数值模拟。该文对某大桥东塔地基桩基础在不同荷载组合下进行了应力变形分析,为工程的设计施工提供了依据。     

海上风机基础大直径加翼单桩常重力模型试验数值仿真

海上风机大直径单桩基础承受风、浪、流等水平荷载作用,提高其水平承载性能非常重要.针对一种通过在近地表桩体上设置稳定翼板以充分调动浅层土抗力的海上风机大直径加翼单桩基础,进行了常重力模型试验的数值仿真.数值仿真采用ABAQUS有限元软件结合Mohr Coulomb模型,按钢管桩不同外径、壁厚、埋入深度,加载高度和加载方向,共进行9组试验.数值仿真结果与模型试验结果进行对比,均得出翼板长度或宽度的增加将引起所调动的浅层桩前土的土抗力范围增加,承载力提高,水平位移降低;翼板埋深增加,所调动的浅层土范围减少,承载力降低;这验证了数值仿真的合理性.进而借助数值仿真结果对桩、土受力特征进行了观察和分析,从数值仿真角度进一步验证了设置稳定翼能够显著提高浅层土抗力,提高单桩水平承载性能.     

基于不同接触单元的面板堆石坝动力响应分析

土工结构数值模拟中土与结构接触问题一直是学者研究的热点。通过改变普通四边形单元等效线性黏弹性动力本构模型中的动剪模量和模量指数,提出一种改进薄层接触单元,其与普通四边形单元本构模型一致,物理意义更为明确,模型计算参数更易取得,更适于土与结构接触面的计算。对坝高为200 m的面板堆石坝面板与垫层之间设置改进的薄层接触单元、不加接触单元、采用无厚度的Goodman单元及改变薄层接触单元动力参数等多种工况时,面板的动力响应结果分析比较表明:面板与垫层之间设置改进的薄层接触单元时面板的动力响应介于不设接触单元和设无厚度的Goodman单元之间,合理选取薄层接触单元动力参数可以得到理想的结果。     

格栅状搅拌桩复合地基静载试验数值模拟研究

目前关于格栅状搅拌桩复合地基工作性状的研究工作相对较少,对其变形机理不甚了解。在兴隆水利枢纽格栅状搅拌桩复合地基现场载荷试验成果的基础上,考虑桩-土之间的相互接触,建立考虑搅拌桩-土共同作用的三维有限元模型,数值模拟复合地基群桩现场试验的实际加载过程。通过对比口字型群桩试验与数值模拟的P-S曲线,验证了数值方法及参数取值的正确性;分析了桩身轴力、桩间土的竖向应力及桩侧摩阻力等变化规律,研究了桩体与土体的荷载分担过程关系,获得桩身轴力及摩阻力分布规律;根据竖向平衡方程,推导得到平均桩端阻力和侧阻力,研究可为工程设计提供参考。     

桩-土三维等厚度接触单元模型及其工作性状

本文根据桩侧土的剪切非线性性质，推导了桩-土三维等厚度接触单元的单元刚度矩阵，并以某工程实际的层状地基为例，研究讨论了在竖向荷载作用下桩长、桩端土层压缩模量及桩体弹性模量等因素对此等厚度接触单元工作性状的影响。结果表明，本文所采用的接触单元模型能够很好地模拟在竖向荷载作用下桩与桩侧土体之间滑移破坏的发展情况。     

桩—土三维等厚度接触单元模型及其工作性状

本文根据桩侧土的剪切非线性性质，推导了桩-土三维等厚度接触单元的单元刚度矩阵，并以某工程实际的层状地基为例，研究讨论了在竖向荷载作用下桩长、桩端土层压缩模量及桩体弹性模量等因素对此等厚度接触单元工作性状的影响。结果表明，本文所采用的接触单元模型能够很好地模拟在竖向荷载作用下桩与桩侧土体之间滑移破坏的发展情况。     

基于广义位移法的薄壁钢管桩的计算分析

用梁单元模拟薄壁钢管桩,用Goodman接触面单元模拟桩与土体之间的相互作用,提出在有斜桩情况下通过局部坐标系和整体坐标系之间的转换,斜桩表面节点的位移用梁单元出口节点的线位移和转角位移表示,从而建立桩土相互作用的有限元分析方法。对某高桩靠船墩在水平荷载作用下的桩体变形进行了分析,并与用实体单元与板单元计算结果进行了比较,从而验证了本分析方法的正确性。     

基于梁单元的薄壁筒桩与土相互作用分析

用三维梁单元模拟混凝土薄壁筒桩的受力变形特征,用薄层接触面单元模拟桩与土体之间的相互作用,薄壁圆筒表面上的结点线位移用梁单元出口结点的线位移和转角位移表示,根据静力平衡条件提出了由接触面约束内力和桩上作用荷载求解桩体内力的计算公式,从而建立了桩土相互作用的有限元分析方法。对某工程薄壁筒桩在水平荷载作用下的桩体变形和内力进行分析,并与现场试验结果进行了比较,结果表明上述分析方法是正确的。     

软土地基水闸底板有限元分析的桩基模拟方法

传统分析方法中,采用等参单元模拟软土地基群桩基础的方法既不经济且夸大桩的刚度,为能对桩基进行合理高效地模拟,本文提出了一种考虑桩、土及底板相互作用的内置桩单元法。采用梁单元位移模式,根据桩单元节点在土或底板等参单元中的局部坐标,建立桩单元包含转角的节点位移与土或底板节点位移之间的关系,进一步代入到有限元整体控制方程中求解。结果表明,通过本文建立的位移转换模式,可以利用梁单元对考虑复杂的桩、土和上部结构相互作用情况的桩基进行模拟,在保证精度的同时简化了建模步骤,降低了对网格密度的要求。研究表明,采用本方法可以验证软土地基上水闸底板受力分析时桩基础用梁单元位移模式模拟的合理性和有效性,为软土地基上桩基的快速分析计算提供了一种新方法。     

接触冲刷研究进展

基于国内外接触冲刷的研究成果,分析了渗流接触冲刷的发生机理,比较了在无黏性土层、砂砾石层与黏土层接触面上发生接触冲刷的不同机理,总结了不同土层间接触冲刷的研究进展,并提出这一领域待研究的关键问题。     

层状土壤条件下地下滴灌水氮运移模型及应用

基于土壤水分运动的动力学方程和溶质运移的对流-弥散方程,考虑地下滴灌灌水器流量随时间的变化,建立了层状土壤地下滴灌施用硝酸铵(NH4NO3)条件下水氮运移的数学模型。利用均质砂土(S)、均质壤土(L)、上砂下壤(SL)和砂土夹层(LSL)四种土壤的试验数据对模型进行了验证。结果指出,考虑土壤中灌水器流量随时间变化可稍改善土壤含水率和硝态氮的模拟精度。利用验证后的数学模型研究了灌水器流量(1.1、1.75和2.6L/h)、灌水器与犁底层相对位置对地下滴灌水氮分布的影响,模拟结果表明灌水器流量对含水率分布的影响不明显,但灌水器流量的增大可明显增加20~40cm土层硝态氮含量;灌水器与犁底层相对位置对水氮分布影响显著,灌水器位于犁底层中(埋深25cm)土壤表层干土层较薄、水氮向下运移深度较小,有利于减小土壤蒸发和避免水氮淋失。     

砂土管涌－滤层防治的离散元数值模拟

结合小比尺细观模型试验，利用并开发基于离散元理论的颗粒流程序（PFC3D），充分考虑流固耦合作用，建立渗流理论模型，对不同层间系数比下砂土管涌的基料-滤层系统进行离散元数值模拟，跟踪记录渗流过程中砂样运动、流失量、孔隙率、渗透系数、颗粒间接触力、水力梯度等参数的动态变化过程，从细观角度揭示管涌发展过程中颗粒的运动特性和滤层防治机理。数值模拟结果表明，层间系数D15/d85s大小是滤层是否有效的关键因素；在有效的层间系数下，随着水力梯度的加大，基料的细颗粒运动并进入滤层，在滤层－基料交界处存在的自滤现象。模拟结果与有关的模型试验结果吻合甚好，一定程度上验证了该数值方法的和可行性和合理性。本文所揭示的结果有益于对砂土管涌和滤层防治机理的更深入研究。     

排桩与土钉墙联合支护基坑变形数值模拟

运用有限元分析软件 PLAXIS,对采取桩锚与土钉墙联合支护的银川市天玺国际中心项目深基坑变形进行了数值模拟计算。计算模型采用15结点三角形单元模拟土体,土体按照实际情况分为7层,用注浆体模拟混凝土面层,用板单元模拟排桩,用点对点锚杆和土工格栅的组合来模拟土钉。计算结果表明:排桩与土钉墙联合支护结构中,在2种支护形式交接处变形量较大,说明基坑支护材料的刚度对基坑变形影响显著;随着基坑的开挖,边坡的变形量逐渐增大,且坡顶最终变形量大于坡底。将模拟结果与现场监测数据进行了对比分析,得出了类似深基坑变形的一般性规律及以控制变形为目的的改进支护加固方案。     

水工沥青混凝土三轴试验的三维细观模拟

基于颗粒离散元理论,利用沥青混凝土三轴试验进行三维数值模拟,对水工沥青混凝土的细观性能研究具有重要意义。通过数值模拟发现:根据沥青混凝土的材料组成及特性,选择合适的材料单元间的接触本构模型以及合理的细观力学参数,使用颗粒流PFC3D软件可近似模拟沥青混凝土的室内三轴试验,并可再现试件剪切破坏的发展过程;数值模拟试验所得到的应力-应变曲线及体积应变-轴向应变曲线与室内三轴试验结果基本一致。     

自平衡法试桩转换系数数值试验

采用三维有限元方法对桩顶压桩和桩底托桩承载特性分别进行模拟分析,研究了自平衡静载试验法中的转换系数。分析桩长、土类对荷载传递特性及转换系数的影响。结果表明:无论是在砂土还是在黏土中,随着桩长的增加,转换系数的变化曲线均呈凹形,类似抛物线形状分布;转换系数存在着极小值,不同土类转换系数的极小值不同,在35~55 m桩长范围内可能出现托桩的极限承载力大于压桩的极限承载力的情况。