基于ANSYS软件模拟桩的挤入过程

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1、第27卷第6期岩土力学Vol.27No.62006年6月RockandSoilMechanicsJun.2006文章编号：1000－7598－(2006)06―0973―04基于ANSYS软件模拟桩的挤入过程唐世栋，李阳（同济大学地下建筑与工程系，上海200092）摘要：基于ANSYS软件分析了桩土之间的相互作用，模拟了桩打入时土中的应力、应变情况。通过结合ANSYS中的接触分析和生死单元，以DP材料来模拟土体，采用循环命令的方式来分析桩土接触时复杂的应力状态。模拟结果得到了圆孔扩张理论和极限平衡法的验证。关键词：ANSYS；桩；桩土作用；Drucker-Pr

2、ager屈服准则+中图分类号：O245TU473.12文献标识码：AAnalysisofadrivenpilebyANSYSTANGShi-dong,LIYang(DepartmentofGeotechnicalEngineering,TongjiUniversity,Shanghai200092,China)Abstract:TheinteractionofsoilandpileisanalyzedbyANSYS;andthestateofstressandstraininthesoilafterthepilewasdriveninissimulated.B

3、ycombiningthecontactanalysiswithbirth-deathelementofANSYS,andproposedthesoilmaterialcomplywiththeDrucker-Pragercriterion,thecirculationcommandisusedtoanalyzecomplicatedsoilstressstate.Theseresultsareverifiedbylimitequilibriummethodandtheoryofexpansionofacavity.Keywords:ANSYS;pile;in

4、teractionofsoilandpile;Drucker-Pragercriterion1其中σ=+()σσσ+为平均应力或静水压力;1概述mrτc3挤土桩在打入的过程中，对周围土体的挤密会{S}为偏差应力；β为材料常数，由受压屈服应力σ和受拉屈服应力σ计算而来，也可由内摩擦角ϕ使地表隆起、桩侧产生位移应力分区、桩尖下形成cr应力泡等现象[1]。由于打桩和压桩过程的复杂性，来决定，其表达式为对于这些现象的分析不但理论计算无能为力，现场σ−σ2sinφcrβ==(2)试验也很难全面地反映出来，往往只能依靠工程经验33()σcr+−σφ()3sin进行判断。本

5、文试图通过有限元计算的方法模拟和分屈服准则的表达式如下：析桩的打入过程及其周围土体中的应力、应变状态。⎡⎤1T2Drucker-Prager屈服准则FS=30βσme+−⎢⎥{}[]M{}Sσ=(3)⎣⎦2本文用ANSYS中Drucker-Prager准则来建立土体模型，主要通过黏聚力c、摩擦角ϕ和膨胀角β这3ANSYS中建立模型3个物理参数来描述DP材料。Drucker-Prager屈服3.1模型的假设和建立过程准则是对Mohr-Coulomb准则的修订。其屈服准则假定桩的挤土过程是轴对称问题：桩单元体按[2]的等效应力表达式为：弹性材料考虑；土单元体为弹塑

6、性材料，服从1/2⎡⎤1TDrucker-Prager屈服准则。模型中桩的尺寸为桩径σβem=+3σ⎢⎥{}SMS[]{}(1)9⎣⎦2d=0.5m，桩长h=6m，弹性模量E=2.1×10pa；收稿日期：2004-09-08作者简介：唐世栋，男，1952年生，博士，副教授，从事岩土工程教学和研究工作。974岩土力学2006年土体划分为3层，由于桩对20倍桩半径以外土体的循环开始[3]影响可以忽略不计，将土体模型的厚度设为桩长桩身顶端下移到单元n处,此时桩尖位于土体单元n+3处的2倍，宽度为桩长的1倍。模型的土工参数见表。单元n向右移动r(桩径),单元n+1向右

7、移动3r/4,单元n+2移动r/2表1土层参数表Table1Propertyofclayinmodel利用生死单元的性质，打开单元n~n+3处的接触单元，开始桩土接触分析弹性模量重度黏聚力摩擦角膨胀角土层泊松比-3/Pa/kN·mc/kPaϕβ接触收敛后，关闭现有接触单元，桩身下移一个单元长度，7进入下一介循环粉质黏土3.4×100.2918.512.18107淤泥质黏土2.9×100.4617131212图1打入桩循环求解流程图7黏土3.2×100.4217.51514.510Fig.1Flowchartofcirculationsolutionofdriv

8、enpile网格划分采用实体单元Sol