靜壓樁擠土效應(yīng)的數(shù)值模擬

1、靜壓樁擠土效應(yīng)的數(shù)值模擬 【摘要】本文利用空間小孔擴(kuò)張理論和flac3d軟件，對(duì)靜壓樁單樁的擠土效應(yīng)進(jìn)行了數(shù)值模擬分析。 1、flac3d模型的建立 利用厚壁圓筒的模型來(lái)模擬靜壓樁的擠土過(guò)程。對(duì)于樁尖處小范圍內(nèi)土體，由于主應(yīng)力發(fā)生偏轉(zhuǎn)，應(yīng)力邊界條件比實(shí)際偏大；在樁尖以下，由于土體主要發(fā)生向下位移，故徑向位移將迅速減小，直至為零。本文模擬的是靜壓樁樁尖以上的樁體部分進(jìn)入土體后的擴(kuò)張過(guò)程以及這個(gè)過(guò)程對(duì)樁周一定范圍內(nèi)土體徑向位移的影響程度。 采用flac3d中的圓柱型殼體cshell網(wǎng)格建立一個(gè)四分之一的厚壁圓筒，利用模型的軸對(duì)稱特點(diǎn)建立一個(gè)厚壁圓筒形狀。由于靜壓樁的影響范圍是有限的，可以認(rèn)為在距離

2、樁中心一定距離遠(yuǎn)處?kù)o壓樁的擠土效應(yīng)（應(yīng)力和位移）可以忽略不計(jì)，進(jìn)而在厚壁圓筒外側(cè)的邊界條件可以假設(shè)為固定的，上端（樁端）和下端（樁底）設(shè)置為自由邊界，在筒內(nèi)對(duì)樁周土施加徑向的擴(kuò)張應(yīng)力和豎向的摩擦力。這也就是該模型的初始的邊界條件和應(yīng)力條件。 2、參數(shù)的確定 設(shè)用打入方式的沉樁的影響范圍最大也就20r，r為樁半徑。 在數(shù)值計(jì)算中，假設(shè)壓樁前土體已存在一個(gè)有一定半徑為r0的圓柱空腔體，即初始擴(kuò)張半徑。設(shè)初始擴(kuò)張半徑可取為：，即：土體中空腔半徑擴(kuò)大至。 3、數(shù)值模擬結(jié)果 3.1相同樁長(zhǎng)不同樁徑的數(shù)值模擬比較 設(shè)場(chǎng)地的工程地質(zhì)條件如表1。 表1 土體本構(gòu)參數(shù)8 土體名稱 （kn/m3） （） c（kp

3、a） cu（kpa） es（mpa） v 灰色粉質(zhì)粘土 18.65 15 15 13.9 3.6 0.3 設(shè)土體初始徑向擠壓力： 厚壁圓筒內(nèi)部的徑向應(yīng)力： 厚壁圓筒內(nèi)部的豎向摩擦應(yīng)力： 設(shè)樁體外徑分別為d=0.4m，0.5m，0.6m，樁長(zhǎng)均為l=6m時(shí)，初始擴(kuò)張小孔半徑為r0=0.1155m，0.1443m，0.1732m。 隨著計(jì)算點(diǎn)離樁體中心軸距離的增大，位移呈減小趨勢(shì)，經(jīng)過(guò)對(duì)各組數(shù)據(jù)的回歸分析，土體的徑向位移ur與ln（1/r）呈正比例關(guān)系。其它條件相同的情況下，樁徑越大，徑向位移隨之越大，其影響范圍也越遠(yuǎn)。比較z=0.0m、z=-2.0m、z=-3.0m和z=-5.0m可以看出隨著深

4、度的增加，徑向位移的影響范圍也在增加。 3.2相同樁徑不同樁長(zhǎng)的數(shù)值模擬比較 土體參數(shù)和初始應(yīng)力參數(shù)同3.1節(jié)。而樁的尺寸取相同的樁徑d=0.6m，樁長(zhǎng)l分別取10m、15m和20m三種情況。這樣初始擴(kuò)張小孔半徑為r0=0.1732m，擴(kuò)張到2r0=0.3464m，影響范圍為20r=6.0m。 由數(shù)值模擬分析分別得出在不同深度處水平面徑向位移ur與徑向距離r的關(guān)系曲線，如圖1；不同徑向距離處的豎直方向上徑向位移ur與深度z的關(guān)系曲線，如圖2。 通過(guò)對(duì)圖1（a）和圖1（b）的比較可以得出徑向位移的最大值在樁頂和樁底幾乎相當(dāng)，但是樁底的影響范圍明顯比樁頂大。 通過(guò)比較圖2中的四種情況可以發(fā)現(xiàn)隨著徑向距離的增大，各種樁長(zhǎng)的徑向位移隨之減??；但是在同一徑向距離處各樁的最大徑向位移隨樁長(zhǎng)的變化并不明顯，樁長(zhǎng)對(duì)靜壓樁擠土效應(yīng)中的徑向位移的影響要比樁徑小的多，樁徑是影響徑向位移的主要因素。 4、結(jié)論 （1）隨著計(jì)算點(diǎn)離樁體中心軸距離的增大，位移呈減小趨勢(shì)，經(jīng)過(guò)對(duì)各組數(shù)據(jù)的回歸分析，土體的徑向位移ur與ln（1/r）呈正比例關(guān)系。 （2）在其它條件相同的情況下，在深度方向上的靜壓樁單樁擠土徑向位移的最大值隨樁長(zhǎng)的不同而有可能不同，短樁（10m）大約在距樁底1/3倍樁長(zhǎng)處。 （3）其它