基于FDM-PFM耦合方法的刚性桩复合地基性能.pdf

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1、华南理工大学学报(自然科学版)第42卷第6期JournalofSouthChinaUniversityofTechnologyVo1．42NO．62014年6月(NaturalScienceEdition)June2014文章编号：1000—565X(2014)06—0088—08基于FDM—PFM耦合方法的刚性桩复合地基性能木韩小雷李耀琨季静林远东(1．华南理工大学土木与交通学院，广东广州510640；2．华南理工大学亚热带建筑科学国家重点实验室，广东广州510640)摘要：为揭示褥垫层颗粒材料的力学本质，深入研究其对刚性桩复合地基性能的影响，开发了有限差分

2、一颗粒流(FDM—PFM)耦合方法，建立了刚性桩复合地基静载试验耦合模型；将耦合模型计算结果与某高层建筑结构现场静载试验结果进行了对比，吻合良好，证明该耦合方法有效，材料宏观、细观参数取值正确．并进一步模拟分析了不同褥垫层材料对刚性桩复合地基性能的影响，结果表明：随褥垫层刚度增大，沉降减小，桩土应力比增大，桩顶对褥垫层刺入量减小；不同褥垫层材料桩顶负摩阻区范围为中粗砂0．30、碎石O．25L、级配砂石O．20，J(L为桩长)；随褥垫层刚度增大，负摩阻力减小，桩身轴力则增大．关键词：刚性桩复合地基；FDM．PFM耦合；褥垫层；桩土应力比；刺入量；桩侧负摩阻中图分

3、类号：TU443doi：10．3969／j．issn．1000—565X．2014．06．014刚性桩复合地基承载力高，施工难度小，造价了中粗砂、碎石、级配砂石3种不同褥垫层的力学性低，在高层建筑结构中得到了越来越广泛的应用．褥能及褥垫层材料对刚性桩复合地基受力变形的垫层是设置在基础筏板与桩顶之间的一层20—影响．50cm厚的级配砂石层，是复合地基调节桩土荷载分1计算方法担、充分利用桩问土承载力的关键．目前，已有大量关于褥垫层对复合地基性质影响的研究，但均存在1．1颗粒流计算方法诸多不足．理论研究方面，学者多将褥垫层视为连续Cundall于1971年首次应用离

4、散元方法分析岩体材料，采用弹塑性本构模拟4]，或使用土力学原石力学问题¨．颗粒流法(PFM)是一种离散元方理推导其力学性能。；试验研究方面，现场足尺试法，它通过圆形颗粒模拟实际材料颗粒，可以模拟细验测点有限J，离散性大J，无法得出普遍性结论．微颗粒之间的接触和脱离，以及颗粒体的转动．在整一些学者进行了复合地基模型试验，但难以真实再个计算过程中，以颗粒接触受力关系和颗粒运动平现实际边界条件．褥垫层是离散颗粒材料，采用衡关系为基本理论，颗粒问满足一定的接触模型，其基于离散材料的方法研究褥垫层，才能深入揭示褥计算原理如图1所示¨．垫层对复合地基受力变形的影响．组成褥

5、垫层的颗粒强度很高，且颗粒间没有粘文中开发了有限差分一颗粒流(FDM—PFM)耦结强度，其接触力与变形符合Contact—Stiffness模型，合方法，建立了单桩复合地基二维数值分析模型，通即过与某高层建筑现场静载试验的对比来验证该方法F“=K“U“(1)的有效性及参数的正确性；并进一步改变材料，分析AF=一kS△(2)收稿日期：2014一O1—10基金项目：亚热带建筑科学国家重点实验室重点研究课题(2011ZA05)作者简介：韩小雷(1964．)，男，博士，教授，主要从事高层建筑基于性能抗震和复合地基等研究．E-mail：xlhan@scut．edu．CF

6、I第6期韩小雷等：基于FDM—PFM耦合方法的刚性桩复合地基性能89更新颗粒和墙体的位置，更新接触集合力与位移法则：接触模型运动方程：牛顿第二定律(应用于所有接触)(应用于所有颗粒)·相对运动·合力+合力矩·接触本构关系接图2耦合计算示意图图1颗粒流方法计算原理不意图Fig．2CouplingcalculationdiagramFig．1Calculationprinciplediagramofparticleflowmethod式中，为第i个法向接触力，为法向接触刚度，为法向叠合变形，，l为接触面单位方向向量；更新颗粒、墙体接触力位置设置接触△F为切向接触力

7、增量；k为接触剪切刚度；△为切向滑移增量．颗粒问及颗粒与墙之间的接触刚度采用线性接触模型，即：传力传速度接㈩蕊(4斗)J式中，k：、：分别为接触实体A、B的法向刚度，、k新的速度、位移新的应力或力分别为接触实体A、B的切向刚度．1．2FDM．PFM耦合计算方法颗粒流方法的优点在于可以细致研究离散颗粒图3耦合计算流程图Fig．3Flowchartofcouplingcalculation的运动规律，深入揭示其宏观力学性质的内在机理；但其计算成本很高，效率低．为解决这一问题，文中数．一组细观参数对应一组宏观参数(内摩擦角、开发了FDM—PFM耦合方法，采用有限差分

8、法变形模量、泊松比、峰值强度等)，要正