浅谈砂土地基静压沉桩三维颗粒流pfc'3d离散元模拟分析

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1、华侨大学硕士学位论文砂土地基静压沉桩三维颗粒流PFC<'3D>离散元模拟分析姓名：黄晨亮申请学位级别：硕士专业：岩土工程指导教师：郭力群20100601摘要对静压沉桩过程的数值模拟研究以往主要是建立在传统连续介质力学模型宏观连续性假设的基础上,应用有限元对沉桩规律进行计算分析。但是工程中静压沉桩是桩土之间倾倒、滑移、裂缝不断发展的过程，桩和桩周土都会产生大位移及大变形，因而采用连续介质假设的有限元模拟分析方法很不适用。而离散元颗粒流方法克服了连续介质力学模型宏观连续性假设，可以模拟沉桩过程中桩周土体颗粒非均质、不连续和大变形位移流动的特性。能够解决传统数值方法忽略的和无法解决

2、的问题，能对静压沉桩过程进行更为符合实际的模拟。对静压沉桩过程的数值模拟已有部分学者采用离散元颗粒流分析，但都是基于平面状态二维分析，与实际三维沉桩情况有很大差别。3D因此有必要利用离散元三维颗粒流PFC方法对静压沉桩全过程进行模拟分析，目前尚未见相关研究报道。3D本文从细观力学角度出发利用离散元三维颗粒流PFC方法对砂土地基静压沉桩全过程进行模拟。首先，模拟分析了单桩在整个沉桩贯入过程桩周不同区域土体位移、孔隙率、颗粒滑动数、接触数和应力的变化规律。通过改变土体参数、压桩参数和桩体参数不同因素去分析对静压沉桩贯入的影响，同时将数值模拟结果与前人室内模型试验进行对比。发现在模

3、拟试验中桩周土体的孔隙率、应力与位移变化与模型实验中的变化趋势非常接近，分析对比结果较为吻合。表明3D利用三维颗粒流PFC方法分析砂土中静压沉桩是可行的。其次，对邻近桩基的先后沉桩对不同区域土体的影响进行了分析，并对后桩沉桩对前桩不同区域处的土体细观参数影响进行了研究，分析结果可以I为分析群桩在沉桩过程中对土体细观参数的影响等问题做基础。3D关键词：砂土地基，静压沉桩，颗粒流PFC，离散元，数值模拟，大变形IIABSTRACTTheprocessofstaticpile’snumericalsimulationstudymainlybasedonpreviouscontinu

4、ummechanicsmodelandmacrocontinuityhypothesisofpile,whichisthefiniteelementanalysisrule.Butthestaticpileintheprojectisrelatetopileandsoilwhichprocessisslipandcrackdevelopment,thepileandsoilwillproducelargedisplacementanddeformation,sousingcontinuumhypothesisofthefiniteelementanalysismethodis

5、notsuitable.Anddiscreteelementmethodcanovercomestheparticleflowcontinuummechanicsmodelcansimulatemacrocontinuityhypothesis,pilesintheprocessfromparticleheterogeneity、discontinuousdeformationanddisplacementcharacteristicsofflow.Traditionalnumericalmethodcannotsolvetheproblemandunabletosolvet

6、heproblemofstaticpileandtherealisticprocesssimulation.Staticpileofnumericalsimulationofsomescholarsdiscreteparticleflowyuan,butareanalyzedbasedonplanar2-danalysis,andactualstateof3-dpilehaveverybigdifference.Therefore,itisnecessarytouse3Ddiscreteelementmethodofthree-dimensionalparticleflowP

7、FCstaticpileprocesssimulationanalysis,hasyettoseerelatedresearchreports.FromtheAngleofmicromechanicsusingthree-dimensionaldiscrete3DelementmethodofsoilparticleflowPFCstaticpilefoundationprocesssimulation.Firstly,thesimulationanalysisofthesinglepilesinkin