被动桩桩土相互作用的模型与计算方法研究

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1、浙江大学建筑工程学院硕士学位论文被动桩桩土相互作用的模型与计算方法研究姓名：刘振申请学位级别：硕士专业：岩土工程指导教师：韩同春20080601摘要研究了被动桩与桩问土的相互作用，通过模型分析理解被动桩桩土相互作用机理，由此推导了近似的计算公式。针对桩间距较小时弹性的基于位移的计算方法难以有效处理桩土相互作用的情况，采用了土拱效应研究中的部分概念和现有的研究成果。证明各种桩土相互作用方法的分析结果与建模方式有着极为紧密的关系，建模时某些假设甚至能定性地影响所得的规律。因此，首先总结现有的被动桩考虑桩土相互作用的模型，从中总结出五种建模时常用的假设：模型计算范围的假设、桩土接触机理

2、模拟方式的假设、平面应变假设、刚性桩的假设和初始自重应力的假设。在统一的条件下通过比较，分析并评估了这些假设对被动桩计算结果的影响。结合最新的一个模仿“活动门"试验的模型实验和离散元模拟的结果，讨论了土拱效应的概念。接着引入无限单元，分析了被动桩桩后计算范围对于计算结果的影响。将桩土接触常见模拟方法按法向接触方式和库伦摩擦定义的不同分为五种，并在相同的模拟条件下进行数值计算，通过结果的比较讨论了他们的合理性。对平面应变这一在受水平荷载的桩的研究中常用的简化进行了有限元的比较研究，并给出了定性的误差分析。对一个被动桩桩间土承受水平向荷载的极限承载力的计算方法进行了修改。在原方法的模

3、型和部分假设的基础上，修改了原方法的部分假设，用新的推导方式得出了改进后的计算方法，并对方法的有效性进行了验证，同时根据方法推导时所做的假设，讨论了改进的方法适用的桩间距和土性范围。通过引入三维的模型分析，对刚性桩假设和初始应力假设所带来的被动桩问题的三维效应进行了讨论。对比未经假设简化的模型与引入假设后的模型的计算结果，并据此对推导出的方法的应用提出了建议。模拟结果表明桩周土体沿深度并不会同时进入塑性极限状态，即土体破坏时并非所有土层的强度都能得到完全发挥，引入了“动员因子’’这一参数。并通过特定模型下计算结果的比较，给出了动员因子在一定情况下的数值。为了便于方法的应用，以边坡

4、加固桩为例给出了的被动桩加固边坡的公式。关键词：被动桩；土拱效应；模型；数值模拟；假设；桩土相互作用；计算方法摘要AbstractStudiedtheinteractionbetweenpassivepilesandsurroundingsoil，aimingatallapproximatemethodbaseduponamoreclearlyunderstandingforthemechanismofpassivepiles．Adoptedarchingeffectsandcorrelatedproduction，aswellastheoriesaddressingthepro

5、blem．Concerningthatanalysisreliesheavilyuponthemodelforinteractionbetweenpassivepilesandsoil，firstlyanalyzedthevaliditiesofthegenerallyusedmodels．Abstractedfiveclassesofassumptionsthatfrequentlyemployedtosimplifythesituationformodeling．Theseassumptions，includingcalculatingboundary，contactmech

6、anism，thesimplificationofplanestrain，initialweightstressandpilerigidityassumption，wereevaluatedfortheirinfluencesonthecomputationalresultsforpassivepiles．Startedthisevaluationwithafamiliarmodelfortheanalysisforarchingeffectsbetweenpassivepiles，usingFiniteElementMethod(FEM)tostudytheprincipleo

7、floadtransferwithinthesurroundingsoil．Basedontheforegoingstudies，aswellasdatafromoneexperimentfor‘'trapdoor'’byotherresearchers，discussedthedefinitionofarchingeffects，whichalreadyusedandtreatedasloadtransferaroundpassivepilesorinteractionbetw