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1、第39卷第8期华中科技大学学报(自然科学版)Vol.39No.82011年8月J.HuazhongUniv.ofSci.&Tech.(NaturalScienceEdition)Aug.2011FDM-DEM耦合分析刚性桩复合地基褥垫层特性1112郑俊杰董友扣马强蒋明镜(1华中科技大学土木工程与力学学院,湖北武汉430074;2同济大学地下建筑与工程系,上海200092)摘要针对单独采用连续体法或离散元法分析桩体复合地基褥垫层的不足,以单桩模型试验为背景,采用有限差分法(FDM)模拟桩体和桩间土,采用离散单元法(DEM)模拟褥垫层,对刚性桩复合地基建立耦合计算模型,并对该
2、模型各加载阶段的桩顶刺入量、褥垫层的受力特性和变形特性进行了分析.结果表明:当上部荷载较大时桩顶边缘出现沿竖向的滑裂带,褥垫层的调整均化作用是通过桩顶附近的颗粒从桩顶高应力区向低应力区流动实现的.关键词有限差分法;离散元法;耦合;复合地基;褥垫层;桩刺入;颗粒流中图分类号TU441.3文献标志码A文章编号1671-4512(2011)08-0036-04AnalyzingthebehavioursofrigidpilecompositefoundationthroughFDM-DEMcouplingsimulation1112ZhengJunjieDongYoukouMa
3、QiangJiangMingjing(1SchoolofCivilEngineeringandMechanics,HuazhongUniversityofScienceandTechnology,Wuhan430074,China;2DepartmentofGeotechnicalEngineering,TongjiUniversity,Shanghai200092,China)AbstractToimprovecontinuummethodordiscreteelementmethod(DEM)usedinsimulatingthecushionofpilecompositefound
4、ation,acouplingmodelwasproposed.Inthismodel,thepilesandsoilweresimulatedbyfinitedifferencemethod(FDM)whilecushionbyDEM,tosimulateasinglepilemodelexperiment.Theanalysisofpenetrationvalueofpileandmechanicalanddeformationbehaviorofcushionatdifferentphasesinthecouplingmodelshowthattherewouldbeavertical
5、slipcrackontheedgeofpilewhentheloadislargeenough;thefunctionofadjustmentandhomogenizationofcush-ionisrealizedbytheflowingoftheparticlesaroundthepilefromtheregionofhigherstresstothatoflowerstress.Keywordsfinitedifferencemethod(FDM);discreteelementmethod(DEM);coupling;compositefoundation;cushion;pil
6、epenetration;particleflow近年来,刚性桩复合地基在城市民用建筑中粒的流动情况.文献[6]中由于连续体法不能模拟得到了大量的应用,褥垫层的设置是其中的关键桩顶区域局部不连续而导致桩顶应力的模拟值比技术之一,褥垫层设置合理与否直接影响刚性桩实测值高34%.由此可见,在桩体复合地基褥垫复合地基的工作性能,对褥垫层工作特性的研究层模拟中引入离散元法很有必要.[1-4]2D得到广泛关注.颗粒流程序PFC是用于分析土工问题比较[7-9]目前国内用于分析桩体复合地基褥垫层的数成熟的大型软件,可将其用于桩体复合地基褥2D值手段主要是有限元、有限差分法等连续体方垫层的分析,但单独使
7、用时PFC的计算时间随[5]法.连续体法在解决连续体问题时计算效率高,着模型中颗粒数目的增加而迅速增加,而要能够但用来模拟桩体复合地基褥垫层时无法反映砂颗合理反映褥垫层的工作特性,模型所需颗粒单元收稿日期2010-07-29.作者简介郑俊杰(1967-),男,教授,E-mail:zhengjj@hust.edu.cn.基金项目国家自然科学基金资助项目(50908112);国家杰出青年基金资助项目(510
