刚性桩、柔性桩复合地基力学性状三维有限元分析

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1、维普资讯http://www.cqvip.com岩土工程界第8卷第7期i嗣慝刚性桩、柔性桩复合地基力学性状三维有限元分析段永辉肖昭然张昭(1．河南工业大学土木建筑学院2．同济大学地下建筑与工程系)摘要通过Ansys进行有限元计算，分析研究了刚性桩复合地基、柔性桩复合地基的荷载传递形式，并与桩基的荷载传递形式做了比较，分析了其异同。关键词复合桩基有限元Ansys力学性状目前，复合地基的理论远落后于实践，龚晓南认为要发展各种形式的复合地基承载力和沉降计算理论，需要加强对各种形式的复合地基荷载传递机理

2、的研究，进一步了解基础刚度、桩土相对刚度、复合地基置换率、复合地基加固深度、荷载水平等对复合地基应力场和位移场的影响，以提高各类复合地基应力场和位移场的计算精度。对于桩复合地基计算理论的研究尽管前人已做了很多研究工作。，但是对于其传递机理，特别是桩复合地基与桩基传递机理的异同分析还不是十分清楚，因此为了将桩复合地基与桩基的荷载传递形式进行比较，本文在ANSYS中分别就桩和桩复合地图1计算模型基建立了两种模型，并进行了计算模拟。本文对桩和土模拟采用SOLId5单元，考虑桩1模型的建立及验证土之间的

3、接触关系，本文选用ANSYS单元库中的桩和承台的模型假设为弹性模型，土的模型假CONTA~9面接触单元来模拟桩土之间的接触作设为Dmker—Prager弹塑性模型，桩与土之间的摩用。擦选用接触单元来模拟(表1)。其中，桩长为9m，为了验证所建模型及参数选取的合理性，本文桩径为0．5m，土体影响直径为20m，下卧层厚度为使用上述模型与河南夏邑国家粮食储备库扩建工程4．5m。深层搅拌桩复合地基的桩基检测报告进行了对比，结果如图2所示。表1材料及参数的选取图1为桩的ANSYS模型，考虑到模型的对称性，

4、为节省计算时间，本文选取了四分之一的实体进行建模。对于桩复合地基来说，是在该模型的基础图2P—S曲线上加上承台作用，荷载作用在承台上，而桩的荷载则是作用在桩顶上。[收稿日期]20o4—12—0227维普资讯http://www.cqvip.com基壅WORLDVOL⋯⋯⋯⋯⋯一～⋯⋯⋯⋯⋯一⋯⋯⋯．．．⋯⋯一⋯⋯—⋯⋯．-7由图2可以看出，计算值与试验值最大相差不到13％，说明试验模型和参数的选取是合理的，为进一步的研究分析提供了计算基础。2对比分析图3(a)、(b)分别为刚性桩、柔性桩与刚性桩

5、复合地基、柔性桩复合地基桩侧摩阻力沿桩身的分布。在所受荷载相同的情况下，由比较可以看出：图4桩身及桩周土应力分布(b)桩复合地基(b)桩复合地基图3桩侧摩阻力分布比较图5桩身应力分布(1)桩基所受的摩阻力要大于相同刚度的桩复接近桩端处摩阻力基本不发挥，因此刚性桩摩阻力合地基的摩阻力。的发挥要好于柔性桩。(2)柔性桩摩阻力沿桩身的分布趋势是递减图5(a)、(b)分别为刚性桩、柔性桩与刚性桩的，并且递减很快，越到桩底摩阻力越趋近于零。同复合地基、柔性桩复合地基桩身应力沿桩身的分布。样，柔性桩复合地基

6、也具有相同的分布趋势。由比较可以看出：(3)对于刚性桩来说，其摩阻力分布沿桩身变(1)刚性桩与刚性桩复合地基沿桩身应力的分化不大，接近一条竖直的直线，但其分布趋势还是递布趋势相似，是逐渐递减的，但分布较为均匀，接近减的，只不过递减量很小；而刚性桩复合地基刚好相线性分布，并且其应力大小也差不多，其摩阻力都能反，尽管其分布趋势也接近一条竖直的直线，但它是均匀发挥。由图4可以看出，对刚性桩而言，桩体本递增的，而递增量却很小。结合图4可以对这一现身的应力集中作用使土体难以发挥其承载作用，因象做很好的解释

7、：对于桩来说，由于没有承台与土的此这也可以解析为什么刚性桩复合地基上为什么要相互作用，荷载只作用在桩上，因此桩周土的沉降很加褥垫层，即加褥垫层可以增加上层土的刚度，减小小，可以不予考虑，而刚性桩与土的相对位移是递减桩土模量比，从而更好地发挥土体的承载作用。的，但递减的趋势不大；刚性桩复合地基有承台与土(2)柔性桩与柔性桩复合地基沿桩身的分布趋的相互作用，桩周土周围同样也受到荷载，因此应考势也相似，其递减程度要大于刚性桩，是非线性分布虑土体的沉降，而土的沉降沿桩身是逐渐减小的，而的，但柔性桩复合地

8、基的桩身应力分布要明显小于由图5(b)可以看出刚性桩复合地基桩身沉降变化柔性桩。这是由于随着桩体刚度的增大，承台本身不大，这就造成了桩体与土体相对沉降是递增的，而的架越作用相应减小而应力迅速向桩身上集中这种递增的趋势却不大。(图4)。(4)无论是桩基还是桩复合地基，对于刚性桩图6(a)、(b)分别为刚性桩、柔性桩与刚性桩来说，摩阻力沿桩身范围内发挥基本相同，柔性桩越28维普资讯http://www.cqvip.com岩土工程界第8卷第7期簟覃复合地基、柔性桩复合地基桩身位移沿桩身的分布。3结论由