水平多向荷载下砂土中桩基础的弹塑性数值分析

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1、硕士学位论文水平多向荷载下砂土中桩基础的弹塑性数值分析THEELASTIC-PLASTICNUMERICALANALYSISOFPILEFOUNDATIONINSANDUNDERMULTIDIRECTIONALLATERALLOADINGS袁胜强2010年年年6月月月国内图书分类号：TU473.1+1学校代码：10213国际图书分类号：624密级：公开硕士学位论文水平多向荷载下砂土中桩基础的弹塑性数值分析硕士研究生：袁胜强导师：雷卫东副教授苏栋副教授申请学位：工学硕士学科：土木工程所在单位：深圳研究生院答辩日期：2010年6月授

2、予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:TU473.1+1U.D.C:624DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringTHEELASTIC-PLASTICNUMERICALANALYSISOFPILEFOUNDATIONINSANDUNDERMULTIDIRECTIONALLATERALLOADINGSCandidate：：：YuanShengqiangSupervisor：：：AssociateProf.LeiWeidongAssociateProf.SuDongA

3、cademicDegreeAppliedfor：：：MasterofEngineeringSpeciality：：：CivilEngineeringAffiliation：：：ShenzhenGraduateSchoolDateofDefence：：：June,2010Degree-Conferring-Institution：：：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工学硕士学位论文摘要目前，国内外对水平受荷单桩的研究大多集中在单向加载。而在实际工程中，单桩往往受到多方向水平荷载的作用，例如在地震

4、作用、波浪的冲击下桩基础受到的多方向水平荷载。对于群桩的研究也存在同样的问题，并且水平单向荷载的作用方向一般沿着群桩水平布置的对称轴方向。因此，需要对桩基础在多向荷载作用下和群桩在非对称轴方向的水平单向荷载作用下的特性进行研究。本文首先通过室内三轴试验数据率定出砂土本构模型的主要参数，然后利用数值模拟的手段对水平单向加载、水平多向加载和沿非对称轴方向单向加载作用下砂土中的桩基础进行了研究。首先，对单向和多向荷载作用下的单桩进行了模拟，其中多向加载采用圆及椭圆形的加载路径，几种加载路径中，沿着X方向的最大位移都为10mm。通过模拟

5、发现，单向加载的最大水平力为273N，圆形加载（即X向和Y向的最大位移比为1:1）X方向的最大水平力为255N，和单向加载比较明显减小了。两种椭圆加载（即X向和Y向的最大位移比分别为1:0.6和1:0.2）X方向的最大水平力分别为262N和270N。从以上结果可以看出，在多向加载条件下，X方向的最大水平力明显减少，并且折减的程度随着Y方向的运动位移的增大而增大。然后，对单向荷载作用下的群桩进行了模拟。采用了2´2的群桩布置形式，桩间距为3D（即3倍的桩径）。在单向荷载作用下，前排桩的最大水平力为598N，后排桩的最大水平力为48

6、8N。前排桩和后排桩的水平群桩效应系数分别为0.82、0.67。对群桩沿非对称轴方向单向加载的模拟中，沿与X轴夹角为15°和30°的非对称轴方向单向加载时，各桩的桩头水平力的方向始终和位移方向不在同一直线上，当位移为10mm时：位移方向为15°时，桩1、桩2、桩3和桩4桩头水平力的方向分别为16.8°、12.5°、17.6°和11.6°;位移方向为30°时，桩1、桩2、桩3和桩4桩头水平力的方向分别为31.0°、28.7°、31.3°和28.0°。力和位移的方向明显出现了非共轴现象。沿着非对称轴方向加载和对称方向的单向加载的群桩

7、的水平力的合力是不变的，说明加载方向对群桩的总的水平承载力的影响是很微弱的。最后，对多向加载作用下的群桩进行了模拟，和单桩相似，群桩中的各桩的最大水平力都出现了不同程度的折减。并且由于水平群桩效应的影响，各桩-I-哈尔滨工业大学工学硕士学位论文最大水平力的折减程度要比单桩大。关键词：桩基础；数值模拟；水平荷载；多向-II-哈尔滨工业大学工学硕士学位论文AbstractThepresentstudiesonlateralloadedpilesweremostlyfocusedonunidirectionalhorizontallo

8、ading.Thehorizontalforcesinpracticalproblems,suchasearthquakeloadingandwaveloading,havemultidirectionalcharacteristics.Thesameprobl