土与结构接触面弹塑性损伤模型用于单桩与地基相互作用分析

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1、第23卷第2期Vol.23No.2工程力学2006年2月Feb.2006ENGINEERINGMECHANICS72文章编号：1000-4750(2006)02-0072-06土与结构接触面弹塑性损伤模型用于单桩与地基相互作用分析*张嘎，张建民(清华大学岩土工程研究所，北京100084)摘要：基于粗粒土与结构接触面弹塑性损伤静动力统一模型(称作EPDI模型)建立了可用于有限元分析的弹塑性损伤接触面单元。对接触面试验进行了模拟，采用不同的接触面本构模型及参数对单调和循环荷载作用下的单桩基础的侧摩阻力和桩顶位移进行了有限元分析。结果表明：包括剪应力应变关系和剪胀特性在内的接触面

2、力学特性对桩土相互作用分析有重要影响，需要合理地加以描述。基于试验结果建立的弹塑性损伤接触面单元能够有效地用于土体与结构物相互作用分析，并能够合理地反映土与结构接触面的包括体应变及其与剪应变耦合特性在内的接触面主要静动力学特性。关键词：岩土工程；接触面；有限元法；本构模型；单桩；相互作用中图分类号：TU43文献标识码：AELASTOPLASTICDAMAGEMODELOFSOIL-STRUCTUREINTERFACEINSINGLEPILE-SOILINTERACTIONANALYSIS*ZHANGGa,ZHANGJian-min(InstituteofGeotechnic

3、alEngineering,TsinghuaUniversity,Beijing100084,China)Abstract:AnewinterfaceelementforFEManalysisispresentedbasedonelastoplasticdamagemodelofsoil-structureinterface(i.e.,EPDImodel)whichischaracterizedbyuniteddescriptionofthemonotonicandcyclicbehavioroftheinterfacebetweenstructuresandcoarseg

4、rainedsoil.Theinterfaceelementisusedtopredicttheresponseofthesoil-structureinterfaceandconfirmedtobeeffectivebytestresults.ThestaticandcyclicresponsessuchasthefrictionresistanceandthetopdisplacementofasinglepileareanalyzedbyFEMwithvariousinterfacemodelsandparameters.Resultsshowthatthestres

5、s-strainbehaviorofsoil-structureinterfacehassignificanteffectonthepile-soilinteractionandshouldbewellconsidered.Thepresentedmodelcouldbeeffectivelyusedforsoil-structureinteractionanalysiswithareasonabledescriptionofthemainstaticanddynamiccharacteristicsofthesoil-structureinterface,suchasvo

6、lumetricstress-strainrelationship,shearstress-strainrelationshipandtheircoupling.Keywords:geotechnicalengineering;interface;FEM;constitutivemodel;singlepile;interaction桩基础、上部结构与土体的静动力相互作用分间的接触面力学特性是合理地评价桩基础与地基析一直受到广泛关注和研究。桩基础与周围土体之相互作用的关键问题之一。近年来，已在试验、理———————————————收稿日期：2004-04-01；修改日期：2

7、004-05-21基金项目：国家自然科学基金资助项目(50279015，50309008)作者简介：*张嘎(1976)，男，山东人，讲师，博士，主要从事岩土工程等方面的教学研究(E-mail:zhangga@tsinghua.edu.cn)；张建民(1960)，男，陕西人，教授，博士，主要从事岩土工程等方面的教学研究。工程力学73论和数值模拟等方面对土与结构接触面的力学特σκτ=tanϕ⋅p()(3)f0a性及其对桩土相互作用的影响进行了较深入的研pa究[1~9]。式中ϕ和κ是模型参数，p是标准大气压力。用0a在分