层状土体静压桩挤土效应三维模拟.pdf

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1、l04低温建筑技术2012年第l2期(总第174期)层状土体静压桩挤土效应三维模拟林绍凑(1．福建省闽东南地质大队，福建泉州362021；2．福建省泉州工程勘察院。福建泉州"362021)【摘要】采用ABAQUS软件建立了层状土体下静压桩施工模拟三维模型，对上覆土较硬、中间夹硬层和中间夹软层三种情况进行数值模拟，结果表明：上覆硬土层越厚，挤土效应越明显；中部夹硬层和中部夹软层时对于由桩体挤土引起位移影响不大，但是在夹层处容易出现较大应力差值，易在此部位出现由于挤土断桩现象。【关键词】层状土体；预制桩；挤土【中图分类号】TU473．1【文献标识码】B【文章编号】1001—6864

2、(2012)12—0104—030引言静压桩由于其造价经济，施工简单，沉降控制效果较好而在软土地基处理中得到了十分广泛的应用。但是静压桩在施工过程中会产生较为明显的挤土效应，使得桩周土体产生径向位移和竖向隆起。对施工场地周边的一些已有建筑设施产生不利影响，引起建筑物开裂等不良情况。现有对静压桩沉桩分析主要圆孔扩张理论、应变路径法、有限元分析、滑移线理论和模型槽试验等五种方法⋯。一些学者也通过了现场试验的方法对于桩体施工的挤土效图1静压桩施工扰动有日元模型应和超静孔隙水压规律进行了研究L2J。但是为了分析的部2、4和8m的硬土层三种情况进行数值计算，计算结果如方便，对于静压桩挤土

3、效应大多数的理论研究都假设在均图2所示。质土层中，而实际土体是层状分布的，假设土体均质必然会给分析带来一定的误差。本文采用ABAQUS软件建立了层表1不同土层土体计算参数状土体下静压桩施工模拟模型，对上覆土较硬、中问夹硬层和中问夹软层三种情况进行数值模拟，得到了不同情况下静压桩施工所引起的土体径向和竖向位移规律。1模型建立采用通用有限元软件ABAQUS建立三维分析模型。计算考虑2根静压桩施工时对周边土体的扰动影响，网格划分如图1所示，桩半径为0．25m，桩长为20m，桩间距为4倍桩径，，在桩的布置范围土的计算域为20m×20mx30m。通过图2中看出：硬土层越厚在土体表面产生的

4、位移越大，施加水平约束、竖向约束模拟模型边界条件，该三维计算模隆起越明显。同时，在深度方向上，硬土层内径向位移明显型共计12180个节点，9534个单元。通过在桩土接触界面增大，由于硬土层位移较大，下卧软土层在水平向的位移也施加扩孔位移条件模拟静压桩施工过程，单个模型的模拟有所提高。但硬土层厚度越大，沿深度方向的沉降明显计算时间在1h左右。减小。本数值计算的基本假定为：①按空问轴对称问题考虑；2．2中间夹硬(软)层②由于三维计算的收敛难度较大，不考虑桩周土体固结，采中间夹硬(软土)的静压桩施工扰动影响的计算结果如用总应力法分析；③桩周土体采用Mohr—Coulomb模型，考图3

5、所示，由图中可以看出：中部夹硬层和中部夹软层时，径虑大变形和材料非线性；④通过平衡初始地应力来考虑土向位移与均质软土情况相差较小。只是在夹层位移发生一体初始应力场的影响；⑤土层交界面处位移连续，即土层间定的突变，表现硬土向软土有挤进作用，导致为靠近硬土层不发生错动或脱开。的软土位移加大。从竖向位移来看，中间夹软层表现为软对上覆土较硬、中间夹硬层和中间夹软层三种情况进土层上部土体的下沉明显增大，软土层被压缩。这同样是行数值模拟。硬土和软土层的计算参数列于表】。由于上部硬土层向软土层挤进造成的。对于中间夹硬层，2计算分析硬土层减小了静压桩施工带来的向下的竖向位移。软硬交2．1上层土

6、为硬壳层界层处出现应力突变，当软硬土交替出现时会在静压桩施为了研究上层硬土对静压桩施工扰动影响，分别对上工时产生很大的应力差值，对预制桩施整体强度要求较高，林绍凑：层状土体静压桩挤土效应{维模拟105易在此部位出现由于挤土断桩现象。昌暑谗尽定x／R～。戛f一厂xlR(a)表层土体位移随径向分布径向位移，mm竖向位移／ram鲁隧聪(b)深层土体位移随径向分布图2静压桩施工产生的位移径向位移／ram径向位移／ram径向位移／ram吕暑{毯越聪竖向位移／mm径向应力／kPa径向应力／kPaO口一3一6隧越-9醛一l2一l5图3中间平硬(软)层土的位移和应力3结语土情况相差较小。只是在

7、夹层位移发生一定的突变，表现本文采用通用有限元软件ABAQUS建立了层状土体下硬土向软土有挤进作用，导致为靠近硬土层的软土位移静压桩施工模拟三维模型，通过在桩土界面施加位移条件加大。模拟静压桩施工过程，对上覆土较硬、中间夹硬层和中间夹(3)软硬交界层处出现应力突变，当软硬土交替出现软层三种情况进行数值模拟，结果表明：时会在静压桩施工时产生很大的应力差值，对预制桩使整(1)硬土层越厚在土体表面产生的位移越大，隆起越体强度要求较高，易在此部位出现由于挤土断桩现象。明显。同时，在深度方向上，硬土层