浅论沉桩挤土球孔扩张理论研究和数值模拟分析

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1、浙江大学申请博士学位论文沉桩挤土球孔扩张理论研究和数值模拟分析作者姓名；胡士兵学科专业：岩土工程指导教师：朱向荣教授浙江大学岩土工程研究所2007年4月沉桩挤土球孔扩张理论研究和数值模拟分析摘要随着经济社会的发展，城市化进程不断加快，城市用地也越来越紧张，在密集城区进行建设成为不得已的选择。如何在建设过程减少对环境的影响成为一个值得研究的重大课题。在密集城区沉桩影响环境是其中的一个重要问题，有效地预估沉桩挤土效应以减少对邻近建筑物和地下公用设施等的影响和破坏具有重要的理论和实际意义。圆孔扩张理论、有限元法数值模拟是研究沉桩挤土问题最常用的两种方法，本文在前人工作的基础上，合理假设，考

2、虑各种因素的影响，采用解析理论与数值模拟的方法对沉桩挤土效应进行研究。首先，根据±塑性力学的基本原理和常规三轴试验结果，假设土体应力应变关系为均质各向同性的三折线或四折线线性软化模型，认为土体软化过程是土体屈服强度随应变线性降低，引入剪胀角考虑土体的剪胀性，采用Mohr．Coulomb屈服准则、双剪统一强度屈服准则，考虑土体大小应变，推导得到了球孔扩张问题解析解，分析了塑性区变形、软化参数、大小应变对孔扩张解答结果的影响。其次，为模拟在半无限空间中的沉桩挤土问题，假定沉桩过程是若干个球孔在不同位置的扩张效应的累加，以本文所得的球孔扩张解析解为基础，借助源一源和源一汇手段，推导得到了沉

3、桩挤土效应的解析解。第三，根据现有有限元方法在模拟沉桩挤土过程之不足，采用符合实际沉桩过程的位移贯入法，考虑初始应力场的影响，采用Mohr-Coulomb模型，数值模拟研究沉桩挤土效应，分析了土性等参数(黏聚力、摩擦角、弹性模量、泊松比、剪胀角、桩土界面摩擦系数)对沉桩挤土位移的影响，讨论了考虑初始应力场与否对挤土效应的差别，分析了桩体下沉过程中土体内各点挤土效应的变化规律，讨论了桩长不同时对挤土性状的影响。最后，采用有限元模拟分析了饱和土体中沉桩引起的超静孔隙水压力的分布和固结规律，讨论了静孔压消散、有效应力增长、地表初始隆起量降低的发展过程，研究了土性等参数(黏聚力、摩擦角、弹性

4、模量、泊松比、桩土界面摩擦系数、渗透系数)对固结过程的影响。关键词：球孔扩张，线性应变软化模型，大应变，沉桩挤土，位移贯入法，数值模拟初始应力场，固结StudyonPileDrivingEffectApplyingCavityExpansionTheoryandFiniteElementMethodABSTRACTWiththerapiddevelopmentofeconomic，urbanizationdevelopedquickly,availableearthincitybecomerare，soitbecameinevitablethatbuildingsareconstru

5、ctedindensecityzone，whichmakeitbecomeanimportantsubjectthathowtoreducethebadeffectproducedduringconstruction．thebadeffectcausedbydrivingpileissevere，howtopredictandreducetheeffectonsurroundingregionwouldhavetheoreticalandpracticalvalue．Cavitiesexpansionandfiniteelementmethodareusedwidelyinstudy

6、ingpiledrivingeffects，Oilthebaseofpastresearches，suchtwomethodswereimprovedbyintroducingmoreappropriatehypothesisandconsideringmorecompletelythefactorsinvolvedinpiledriving．Firstly,byusingtheprincipleoftheelasto—plastictheoryandtheoutcomesofroutinetriaxialtest，thesoilwasassumedtobeahomgeneous，i

7、sotropicmatrialobeyingtri—linearandtetra-linearsoflefingmodelthatconsideredtheyieldstrengthwasdroppedlinearywithstrainthedilationwasconsidered,theMohr-Coulombandtwin-shearunitedstrengththeoryyieldcriterionwereadoptedindividualy,bi