复合地基中桩土应力数值分析

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1、维普资讯http://www.cqvip.com复合地基中桩土应力数值分析陈晓平邢仲星(■南大学士术工程系广州sto6s2)(武仅大学士术建筑学院武仅4，0072)精要：采用有限元分析方{击和DIl口咖_Chang土件本构模型对探层搅拌桩复合地基的桩悻荷载传递规律、桩土应力比分布特性爱I瞽响因素进行了系统分析，得出了有益的结论美■词：有限元搅拌桩复台地基桩土应力比NUblERICALANALYSIsoFPⅡEANDS0ILSTRESS”Co。圊rIESUBGRADECb肌xhopi~(De~tmemCivilIlg．JⅡmUaiverst~ycⅢlu5106

2、32)XingZho,~ns(c0I雷eCivllandc帅st川0n，WulumL呻wIlh肌430072)Abstract：FEMandDuncan．町Ig∞岫is1Imdeitusedto~eJysesyslemeficanyt舰哪蚰呻ofdeepmixingpilepile-soil_re聃mfioandI乜lh-椰facto~incommie日ubgmde；and∞me啦e柚cond⋯obtained．Keywerds：FEMdpmixingpilecommposite日ubgmdpile—soiimsmfio复合地基是一种人工地基，指在软土中通过

3、某0种技术手段加入一定数量的桩，由桩和土这两种具有不同力学性质的材料共同承担荷载，以改善软土=-0的物理力学性能。其中深层搅拌桩复合地基是最具l一2J代表性的一种。002(1一v)J由于缺乏对其力学特性、破坏机理等进行深人(3)系统的研究，因而在工程实用中也出现了不少问题，式中E——弹性模量；甚至工程事故，严重影响了该种地基处理技术的应v——泊松比。用。本文采用土工中常用的非线性弹性模型和有限对土体材料采用D—c丑IIChang非线性弹性模元技术，结台工程实例对深层搅拌桩复台地基中桩型，取切线模量。，取切线泊橙比。土应力的传递和分配进行数值模拟，以进一步揭示

4、文中对搅拌桩桩体采用非线性模型，在土与桩其内在特性，使该项技术得到更好的利用。体的接触面采用无厚度的GoodmIm单元对其进行模拟。l有限元分析横型1．2土体厦接触面单元的破坏模式及应力修正1．1本构模型在荷载作用下，土体破坏模式有下述两种：本文采用平面应变有限元方法，基本方程为：(1)拉裂破坏，即应力超过土体的抗拉强度[K]{{=lF}(1)如主应力为．>口(压应力为正)，则<口式中【]——刚度系数矩阵；时即产生拉裂破坏，此时有：l}——结点位移矢量矩阵；{F}——结点力矢量矩阵。<=一2ctan(4．5~一詈)=(4)对平面应变问题的四结点单元，单元刚度

5、矩阵(2)剪切破坏，即大小主应力差值太大，所构成[]为：的Mohr圆与Coulumb抗剪强度包线相割，其控制方[K]‘=II[口][D][口]lJId(2)J式中，【口]为应变矩阵，[口]=[口．口，]；*教育部。全国高等骨干教师赍助计捌赍助项目。IJl为雅可比行列式；[D]为与本构模型有关的矩第一作者：陈晓平女I957年5月出生教授博士阵：收藕日期：2001—04—05bd岫CH∞岫Ic2001。Vd．31．N0．1I工业建藐2∞1年苇3l善苇11期5维普资讯http://www.cqvip.com程为：荷载作用下，桩体承担的荷载主要依靠桩侧阻力沿1一si

6、n02cCOS0⋯深度呈指数衰减模式向软土地基传递，因而桩的，一_5)竖向承载力同桩所穿过的土层和桩底持力层的性，r+(6o)J质、桩的外形和尺寸密切相关。由于在实际问题中土体单元的应力不可能超过破坏状态，因此，如算出某单元的应力达到极限值时应予以修正。拉裂修正为：设土体材料抗拉强度为d。，当算出的d，<。，把修正到d=0，即拉坏后不再承受任何拉应力，此时仍然维持=，且维持应力主向不变，即2：2。剪切修正为：当计算应力圆超过Coulumb破坏线时，将应力圆修正到与图】计算网格破坏线相切。I一桩体单元；2一土单元；3一摩捧单元对于各类接触面单元来说，其破坏模式

7、也不外2．1计算参数乎为拉裂破坏和剪切滑移破坏两种。对这两种不同图1为某工程实例有限元分析的计算网格示的破坏模式分别采取下述方法修正：若接触面拉裂意，复合地基由下至上中材料的计算参数见表1，接破坏，令拉应力为零，接触面剪应力亦修正至零；若触面单元计算参数见表2。接触面发生剪切破坏，则将接触面剪应力修正至等2．2单桩的荷栽传递于其抗剪强度。表3列出了3根桩土材料相同的单桩，各桩具有不同的桩长和桩径，并分为自由桩顶单桩和有承2深屡搅拌桩的荷载传递规律台约束单桩两种。采用前述有限元分析模型对其进深层搅拌桩是一种不同于刚性桩(如钢筋混凝行数值分析，分析结果见图2、图

8、3。土桩)和散体材料桩(如碎石桩)的柔性桩，在轴向裹