基于扩底墩竖向承载性状的数值模拟

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1、⑧申请同济大学工学硕士学位论文扩底墩竖向承载性状的数值模拟培养单位：土木工程学院一级学科：土木工程二级学科：岩土工程研究生：郭星宇指导教师：高广运教授副指导教师：冯世进博士二零零七年三月摘要为分析扩底墩基础的竖向承载性状，本文选取了三组不同工程地质条件下的扩底墩基础工程实例，分别建立了扩底墩墩土接触三维非线性有限元数值模型，可以发现计算与实测结果基本吻合。说明有限元模型的建立与计算参数选取是合理的，利用上述方式计算其它不同工况的扩底墩基础，所得结果与工程实际是相符的，同时对计算结果进行分析所得到关于扩底墩承载性状的规律是

2、正确的。建立了不同扩底墩尺寸的三组扩底墩数值模型，分析不同墩身长度、扩底直径以及扩大头锅底高度时扩底墩的承载性状；对不同墩身长度下侧阻与端阻的发展过程。以及扩底墩墩身长度、扩底直径和锅底高度对承载力和墩底压力的影响进行了分析。可以发现，随着墩身长度的增加，扩底墩承载力随之增大，但提高的幅度不大；随着扩底直径的增加，扩底墩承载力有明显提高，基本成线性关系；扩大头锅底高度的增加对扩底墩承载力影响较小，但在其他条件不变的情况下通过变化锅底高度使扩底墩承载力提高是非常有必要的，一方面可以达到较好的经济效益，另外可以减小墩底边缘的

3、应力集中，所以建议扩大头底部应设计为锅底形，锅底高度与墩底直径之比可根据工程中的地基土的性质，及旅工条件等确定，一般控制在0．3左右。均匀土层中在其它条件不变的情况下，建立了不同土层模量、内摩擦角、内聚力的三组有限元模型；建立了扩底墩进入不同持力层深度、不同墩底上覆土层性质以及不同软弱下卧层深度下的三组有限元模型。分析不同土层模量、内摩擦角、内聚力下扩底墩的承载性状。可以发现，内聚力、内摩擦角和土层模量越大，扩底墩承载力越高，扩底墩承载力的提高主要源于墩底反力的提高：扩底墩进入持力层深度以及上覆土层性质对扩底墩承载力影响

4、均较小；软弱下卧层对墩底反力的发挥的影响很大，这种影响随着持力层厚度的增加影响逐渐减小。墩底沉渣可导致扩底墩沉降显著增加，可以通过在墩底中心下挖小圆柱陈放沉渣的方式减小沉渣的影响。关键词：扩底墩，竖向承载性状，三维有限元ABgn认(了ABSTRACTInordertoanalyzeverticalbearingbehaviorofbelledpierfoundation,threegroupsofprojectexamplesofbeHedpierindifferentengineeringgeologicalcondi

5、tionsarcchosen．Tin'dg：-dimensionalnon—linearfinite-elementnumericmodelareestablished，itfindsthatcalculatedandmeasuredresultsapproachwell．Itprovesthattheestablishmentoffinite—elementmodelandthechoosingofcalculationparameterarcrational．ifbelledpierwithdifferentbeha

6、viorsarccalculatedthroughpreviousmanner,theresultswillmatchactualpmjcct，atthesanletime，ifthecalculatedresultsareanalyzed,analyzingresultsofbearingbehaviorofbelledpierarccorrect．Threegroupsofnumericalmodelofbelledpierwithdifferentdimensionareestablished．Itwillanal

7、yzebearingbehaviorofbelledpierunderdifferentlengthofpiershaft．differentdiameterofenlargedbottomandheightofcirclearc：ofenlargedhead．Thedevelopmentprocedureofsidefrictionandendresistancewithdifferentlengthofpiershaftisanalyzed，thentheinfluencetobearingcapacityandpr

8、essurebelowpierwhichiscreatedbyenlargedendandheightofcirculararcoftheenlargedheadwillbeanalyzed．Itfoundthatbearingcapacityofbelledpierwillincreasedalongincreme