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1、中国农村水利水电·2005年第12期51文章编号:100722284(2005)1220051204竖向荷载下桩土相互作用的有限元分析张社荣,李光华(天津大学建筑工程学院,天津300072)摘要:在水闸设计中,对软土地基的处理多采用桩基。但是由于桩土作用的复杂性,要获得解析解是十分困难的。利用大型有限元软件ANSYS,建立了桩土相互作用的三维有限元-接触面单元的非线性数值模型,对竖向荷载作用下的群桩与土的相互作用机理进行了分析与探讨。结果表明,采用的接触单元模型能够很好地模拟桩与桩侧土体之间滑移破坏地发展情况。关键词:桩土相互作用;非线性分
2、析;接触面单元+中图分类号:TU473.12文献标识码:AFiniteElementAnalysisofPileOSoilInteractionunderVerticalLoadsZHANGSheOrong,LIGuangOhua(CivilEngineeringSchoolofTianjinUniversity,Tianjin300072,China)Abstract:Inthedesignofsluice,pilefoundationisusuallyadoptedtodealwithsoftfoundation.Astheproble
3、mofthepile-soilin2teractionissocomplexthatitisimpossibleforustoobtainatheoreticalresult.Inthispaper,usingthelargeOscalefiniteelementpro2gramANSYS,athreeOdimensionalnonlinearnumericmodelofthefiniteelementandthecontactinterfaceelementwithpileOsoilinter2actionisestablished.Th
4、emechanismsofpilegroupsOsoilinteractionunderverticalloadsareanalyzedandprobed.Theresultsshowthatthecontactinterfaceelementmodelestablishedcansimulatethedevelopmentoftheslippagebetweenpilesandsurroundingsoils.Keywords:pileOsoilinteraction;nonlinearanalysis;contactinterfacee
5、lement用机理进行了分析与探讨。0引言1计算分析原理群桩的受力变形特性要求考虑桩土桩的相互作用,影响因素甚多,如土的性质、桩间距、桩长、桩的布置等。要寻找1.1本构模型某种方法将这一系列因素都考虑进去是困难的,也正因为如土体的本构模型采用能够较好反映土体非线性特性的DruckerO此,目前关于群桩受力变形特性的研究仍是方兴未艾。群桩分prager理想弹塑性模型。该模型屈服面F的表达式为:析的理论很大程度上取决于单桩的受力性状,许多学者对单桩11T2F=3βσm+{s}[M]{s}-σy=0的受力机理进行了研究,并提出许多预估的方法。但是
6、大多数2的方法都没有考虑土体的连续性,故不能直接用于群桩的分6ccos<σy=(1)析。目前,几种流行的群桩分析方法主要有:弹性理论法、剪切3(3-sin<)位移法、有限单元法等。1{σm}=(σ1+σ2+σ3)3本文运用有限元软件ANSYS,对承台-桩群-地基土相式中:σm为平均应力或静水压力;β为材料常数;<为内摩擦角;互作用体系进行了三维有限元分析,利用面-面接触单元考虑土体与桩基交界面的状态非线性,合理地模拟了桩与桩周土间{s}为偏应力向量;[M]为系数矩阵;σy为材料屈服强度;c为凝复杂的相互作用,对桩基的受力变形特性、群桩与土的
7、相互作聚力。DP模型使用Drucker-prager屈服准则,此屈服准则对收稿日期:2005205210Mohr-coulomb准则给予近似,以此来修正VonMises屈服准作者简介:张社荣(19602),男,博士,教授。则,即在VonMises表达式中包含一个附加项。其屈服面不随©1994-2006ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreserved.http://www.cnki.net52竖向荷载下桩土相互作用的有限元分析张社荣李光华着材料的逐渐屈服而改变,因此
8、没有强化准则,然而其屈服强型。在标准的库仑摩擦模型中,两个接触面在开始滑动之前,度随着侧限压力(静水应力)的增加而相应增加,其塑性行为被在它们的界面上会有达到某一大小的剪应力产生
