基于FLAC3D的侧向约束桩受力变形特性数值模拟研究

摘要

当今社会，桩应用日趋广泛，在工程建设中，桩附近侧向堆载的情况时常发生，侧向堆载极易使桩身受到侧向作用力而发生侧移和挠曲变形，同时也会产生竖向摩阻力，从而使得桩身承载性能大幅度降低甚至导致上部结构破坏。目前，关于侧向加载作用下侧向约束桩的受力变形特性的理论研究远远落后于工程实践，本文结合室内模型试验，利用有限差分软件FLAC3D对侧向约束桩的受力变形特性进行研究。
　　通过对侧向堆载作用下多型桩室内模型试验和复合地基加载条件下侧向约束桩室内模型试验进行数值分析，并将数值分析结果与模型试验结果进行对比，两者吻合度较好，验证了数值分析的可行性。通过改变桩土参数、堆载距离及桩身约束条件，对侧向约束桩受力变形特性展开更深层次的研究。结果表明:
　　(1)堆载距离大于10d时，桩身侧移较小可忽略，随着距离减小桩身侧移整体呈增大趋势，小于5d时继续减小堆载距离，桩身侧移变化不大，仅对桩顶位移造成影响;桩身内力随堆载距离减小呈增大趋势，在2.5d时达到峰值，继续减小堆载距离内力呈现减小趋势。
　　(2)复合地基加载作用下，桩顶嵌固较桩顶自由时桩身侧移略有减小，桩顶附近的负轴力增幅明显，同时桩顶处出现了负弯矩，且整体弯矩略有增大;当对桩底进行嵌岩时，桩底侧移急剧减小，桩身侧移峰值点出现在桩顶处，桩身上部弯矩变化不大，而从桩身中部开始，产生较大的负弯矩，桩身轴力会大幅度增大;而桩底桩顶均约束时桩身受力变形与桩底嵌岩时基本一致。
　　(3)土体弹性模量、土体摩擦角、土体粘聚力对桩身侧移影响较明显，而桩身刚度只对桩顶处侧移影响较明显;桩身刚度、土体摩擦角、土体粘聚力对桩身轴力的影响较明显，而土体弹性模量对桩身轴力影响较小;而四者对桩身弯矩均影响较明显。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 引言

1．2 国内外研究现状

1．2．1 桩基础的应用概述

1．2．2 被动桩的提出

1．2．3 被动桩的试验研究现状

1．2．4 被动桩有限元分析研究现状

1．3 本文研究的主要内容与技术路线

2．1 概述

2．1．1 FLAC3D程序的原理简介

2．1．2 ANSYS、ABAQUS、FLAC3D的比较

2．2 本构模型

2．3 FLAC3D中桩土接触面

2．3．1 桩土接触面设置

2．3．2 桩土接触面的经验取值

2．4 FLAC3D的求解流程

3．1 前言

3．2 模型试验简介

3．3 多型桩数值模拟实现及结果分析

3．3．1 有限元模型建立及参数取值

3．3．2 桩身位移分析

3．3．3 桩身弯矩分析

3．3．3 桩身轴力分析

3．4 本章小结

第四章 复合地基加载条件下侧向约束桩受力变形特性数值模拟

4．1 前言

4．2 模型试验简介

4．3 侧向约束桩数值模拟实现及结果分析

4．3．1 有限元模型建立及参数取值

4．3．2 桩身位移分析

4．3．3 桩身弯矩分析

4．3．4 桩身轴力分析

4．4 本章小结

第五章 复合地基加载作用下侧向约束桩受力变形特性影响因素数值分析

5．1 前言

5．2 土体摩擦角对侧向约束桩受力变形特性的影响分析

5．2．1 桩身侧移分析

5．2．2 桩身弯矩分析

5．2．3 桩身轴力分析

5．3 土体弹性模量对侧向约束桩受力变形特性的影响分析

5．3．1 桩身侧移分析

5．3．1 桩身弯矩分析

5．3．1 桩身轴力分析

5．4 土体粘聚力对侧向约束桩受力变形特性的影响分析

5．4．1 桩身侧移分析

5．4．2 桩身弯矩分析

5．4．3 桩身轴力分析

5．5 桩身刚度对侧向约束桩受力变形特性的影响分析

5．5．1 桩身侧移分析

5．5．2 桩身弯矩分析

5．5．3 桩身轴力分析

5．6 堆载距离对桩身受力变形特性的影响分析

5．6．1 桩身侧移分析

5．6．2 桩身弯矩分析

5．6．3 桩身轴力分析

5．7 桩端约束条件对侧向约束桩受力变形的影响分析

5．7．1 桩身侧移分析

5．7．2 桩身弯矩分析

5．7．3 桩身轴力分析

5．8 本章小结

结论与展望

参考文献

致谢

附录