橫向荷載下樁土交界面的分析與數(shù)值模擬

1、第30卷第16期2 0 0 4年8月山 西建筑SHANXI ARCHITECTUREVol. 30 No. 16Aug. 2004? 85文章編號(hào)：1009 26825 (2004) 1620084202橫向荷載下樁土交界面的分析與數(shù)值模擬王鵬楊林第30卷第16期2 0 0 4年8月山 西建筑SHANXI ARCHITECTUREVol. 30 No. 16Aug. 2004? 85圖訂有接融樁現(xiàn)測(cè) 點(diǎn)水平拉移記錄曲茲抽2無(wú)提伯曲觀離 點(diǎn)水平位移逗垠歯耀摘要：利用大型巖土軟件FLAC做了樁土接觸面的數(shù)值模擬 指岀在模擬樁承受橫向荷載時(shí)，使用接觸面模型更為合理。 關(guān)鍵詞：橫向荷載，接觸面，樁土，

2、數(shù)值模擬中圖分類號(hào):TU470在分析樁與土的相互作用時(shí)，有關(guān)樁與土的接觸關(guān)系一直是 爭(zhēng)論的焦點(diǎn)。在相當(dāng)多的情況下，為了簡(jiǎn)化計(jì)算，都將樁與土假 設(shè)為粘結(jié)在一起，即樁與土之間無(wú)滑動(dòng)，脫離。為了探討樁與土 的接觸問題，以下利用工程軟件FLAC3D2. 0,制作了樁的無(wú)接觸和有接觸兩種模型，并將計(jì)算結(jié)果加以對(duì)比，分析異同。1 FLAC3D的接觸面單元模型簡(jiǎn)介如果加載以后，在樁周土體和樁之間并未產(chǎn)生顯著的相對(duì)滑 動(dòng)，那么就可以認(rèn)為兩者之間是協(xié)調(diào)的。不過，在多數(shù)情況下需要考慮交界面的相對(duì)滑動(dòng)、脫離、接觸以及周期性的閉合和張開。為了說明這種特性，應(yīng)采用一種特殊單元一一接觸面單元。該文的非線性本構(gòu)模型采用的是

3、國(guó)際通用大型線性、非線性靜動(dòng)力有限差分程序 FLAC3D中的Mohr2Coulomb彈塑性本構(gòu)模 型，并使用該程序自帶的接觸面單元模型。兩個(gè)物體接觸可能岀現(xiàn)三種狀態(tài)：1)粘式。兩物體的接觸點(diǎn)無(wú)相對(duì)運(yùn)動(dòng)，變形前后接觸點(diǎn)的局 部坐標(biāo)值相同。2)滑移。兩物體相接觸，但變形后接觸點(diǎn)間沿接 觸面有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，沿接觸面法線方向兩接觸面坐標(biāo)相同。3)開式。兩物體表面某些部位并未接觸，但隨物體變形可能會(huì)接觸或某些 已接觸的部位隨物體的變形而脫離接觸，此時(shí)接觸約束釋放。FLAC3D中的接觸面(interface)可以比較好的模擬以上三種 狀態(tài)。其接觸單元具有摩擦角、內(nèi)聚力、膨脹角、法向剛度、剪切剛度及拉伸力等性質(zhì)

4、。接觸面是由三角平面(接觸單元interface elements)和相應(yīng)的節(jié)點(diǎn)(接觸節(jié)點(diǎn)interface nodes)組成。通常，接 觸單元(interface elements)可以在空間任何位置形成。兩個(gè)三角 形接觸單元可以組成一個(gè)四邊形。接觸節(jié)點(diǎn)(interface nodes)自動(dòng)在每一個(gè)接觸單元 (interface elements)的頂點(diǎn)產(chǎn)生。兩個(gè)面之 間力的傳遞通過接觸節(jié)點(diǎn)完成。2接觸面對(duì)樁水平承載力的影響為研究接觸面對(duì)樁的水平承載力的影響，做了有接觸單元和無(wú)接觸單元兩種，共計(jì)兩個(gè)模型。該模擬模型將接觸面(interface )設(shè)在土層面上，而將樁作為 目標(biāo)面(target

5、 face)。樁由于形狀規(guī)則，故接觸面網(wǎng)格較為均勻，形狀比較一致。2. 1觀測(cè)點(diǎn)的位移歷時(shí)變化曲線分析利用FLAC3D所特有的跟蹤記錄功能(即history )，在樁頭與 土的接觸處設(shè)置數(shù)值模擬觀測(cè)點(diǎn)。對(duì)觀測(cè)點(diǎn)的水平位移進(jìn)行全 程觀測(cè)，獲得觀測(cè)點(diǎn)位移值歷時(shí)變化曲線。如圖2、圖4所示，沒有設(shè)置接觸單元的樁其觀測(cè)點(diǎn)處的樁與,探討了接觸面的設(shè)置對(duì)樁水平承載力計(jì)算結(jié)果的影響文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A土的水平位移和豎向位移，從加重力場(chǎng)到施加水平荷載再到穩(wěn)定 狀態(tài)，始終閉合成一條曲線，隨著水平荷載的增大而不斷地加大 如圖1、圖3，設(shè)置接觸單元的樁，其觀測(cè)點(diǎn)處的樁與土的水平位 移和豎向位移，僅在土沒有開挖前保持一致；在

6、土被開挖、支盤樁 被灌注之后，施加水平荷載之前，兩者有細(xì)微的差別；在施加水平 荷載之后，兩者的差別逐漸明顯，隨著荷載的不斷加大，樁的水平 位移迅速增加，而土的水平位移則增長(zhǎng)速度相對(duì)緩慢。圖3有接觸樁觀離團(tuán)4無(wú)接堆植觀需點(diǎn)豎同也移記錄曲蜒直豎向位轄記錄曲a2. 2兩種樁型相同水平荷載作用下位移值的對(duì)比在相同水平荷載1. 24e5N作用下的樁和土的位移值見表1。從表1中可見，當(dāng)設(shè)置接觸面時(shí)，樁的位移為(3. 0676e- 2) m ,同一 位置土的位移是(4. 9165e - 3) m，兩者相差將近26 mm，同樣，對(duì) 于其他的支盤樁，也有類似情況。這就說明接觸單元的設(shè)置較好 地模擬了接觸面的開裂

7、情況。而對(duì)于沒有設(shè)置接觸面(將樁與土 直接粘接起來)的模型，樁與土的水平位移完全一樣，即樁與土緊 密粘接在一起，這與實(shí)際情況完全不符。從計(jì)算結(jié)果來分析，設(shè) 置接觸單元的模型與沒有設(shè)置接觸單元的模型在樁的水平位移 上誤差大概在40 %左右，而在土的水平位移上誤差則在130 %第30卷第16期2 0 0 4年8月山 西建筑SHANXI ARCHITECTUREVol. 30 No. 16Aug. 2004? 85第30卷第16期2 0 0 4年8月山 西建筑SHANXI ARCHITECTUREVol. 30 No. 16Aug. 2004? 85收稿日期:2004204216作者簡(jiǎn)介:王 鵬(1

8、9742),男,1995年畢業(yè)于太原工業(yè)大學(xué)工民建專業(yè)，助教,山西長(zhǎng)治市職業(yè)技術(shù)學(xué)院，山西長(zhǎng)治046000楊 林(19762),男 沖國(guó)礦業(yè)大學(xué)在讀碩士，江蘇徐州221006© J9f94-2Q0fr ("kina Ac.ade：ni£ Journal EteeirortX FublishLnAll rishis rcitirvQiL.文章編號(hào)：1009 26825 (2004) 1620085202灌注樁施工要點(diǎn)及卡管現(xiàn)象的探討衛(wèi)紅星摘要：從成孔施工、鋼筋籠安裝、水下灌注及卡管等方面論述了灌注樁施工中較易岀現(xiàn)的問題，著重介紹了卡管的現(xiàn)第30卷第16期2 0 0

9、4年8月山 西建筑SHANXI ARCHITECTUREVol. 30 No. 16Aug. 2004? 85象、危害及原因，并提岀了預(yù)防措施。關(guān)鍵詞：灌注樁，卡管,鋼筋籠中圖分類號(hào):TU473. 1 +4鉆孔灌注樁是近幾年來在黃土高原應(yīng)用比較廣泛的一種樁 型?；炷恋乃鹿嘧⑹鞘┕ぶ凶钪匾易詈蟓h(huán)節(jié)之一。它的質(zhì)量好壞直接影響著樁基乃至整幢建筑物的質(zhì)量。而在水下灌注混凝土的過程中，卡管是最易岀現(xiàn)的質(zhì)量問題之一。整個(gè)施工過程多工序及較易岀現(xiàn)的問題，表現(xiàn)在以下幾方面。1成孔施工首先鉆機(jī)定位，孔位點(diǎn)必須要經(jīng)過復(fù)核確保無(wú)誤，在埋設(shè)孔口護(hù)壁筒時(shí)，要保證護(hù)壁筒的中心對(duì)準(zhǔn)孔位點(diǎn)中心，護(hù)筒埋設(shè)要有足夠的深度，

10、護(hù)筒外的土要夯實(shí)，以防漏漿、水浸，護(hù)筒發(fā)生傾 斜或者位移。為了保證成孔的垂直度，鉆機(jī)在整個(gè)作業(yè)過程中的穩(wěn)定性很 重要。2002年9月安邑炭素廠二期工程施工中，由于剛接了一根235 %之間。表1樁與土的水平位移值樁型樁的水平位移/ m誤差土的水平位移/m誤差有接觸無(wú)接觸有接觸無(wú)接觸樁3. 0676e - 21. 6488e - 246 %4. 9165e- 31.6488e - 2235 %表2樁與土的豎向位移值樁型有接觸的豎向位移/m無(wú)接觸的豎向位移/m樁土樁土樁7. 3850e- 5-1.9414e- 3-9. 4736e- 4-9. 4736e - 4對(duì)于樁與土的豎向位移，從表2中可清楚看

11、岀，設(shè)置接觸單 元的模型，其樁與土的豎向位移并不相同，樁與土的位移方向相反，而支盤設(shè)置距離地表較遠(yuǎn)的樁型雖然樁與土的位移方向相 同，但數(shù)值不同。這說明當(dāng)模型承受水平荷載時(shí)，在接觸面上樁與土產(chǎn)生了相對(duì)滑動(dòng)。沒有設(shè)置接觸單元的樁型，其樁與土的豎 向位移完全一樣，這表明樁與土之間沒有相對(duì)滑動(dòng)，而是緊密粘接在一起。3結(jié)語(yǔ)通過建立有無(wú)接觸面這兩個(gè)模型來探討接觸面的設(shè)置對(duì)樁文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A3m鉆桿，主鉆桿大部分露在磨盤以上操作工人就用快檔鉆進(jìn)，主鉆桿擺動(dòng)幅度太大，致使鉆機(jī)搖晃，機(jī)下枕木松動(dòng)，導(dǎo)致鉆機(jī)位 移。因及時(shí)發(fā)現(xiàn)，經(jīng)糾偏、加固機(jī)下枕木，在鉆機(jī)周圍打上1 m長(zhǎng)tx' b |,.咋討玉V ij il

12、 廣“一包的木樁數(shù)根后，才將鉆機(jī)固定牢固。之后提起鉆頭，換慢檔低速 將孔鉆直。所以，土層較硬時(shí)，在選用鉆機(jī)時(shí)盡量選用自重大的 鉆機(jī)且低檔慢速鉆進(jìn)，抗位移效果較好。鉆孔完成后，如果不能 及時(shí)灌注混凝土 ，泥漿泵循環(huán)要間斷工作 ，每隔30 min工作循環(huán) 20 min，保證孔內(nèi)泥漿的濃度和壓力，避免塌孔及沉渣過量。2鋼筋籠安裝以前在施工中安裝鋼筋籠只通過孔口加壓固定，但在混凝土灌注時(shí)，鋼筋籠上浮，難以復(fù)位。后在新利通 MALL樁基施工的 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，在鋼筋籠底部用兩根8號(hào)鉛絲綁一塊混凝土預(yù)制塊(該預(yù)制塊為400 mm x400 mm x200 mm厚、強(qiáng)度等級(jí)同樁身混的水平承載力計(jì)算結(jié)果的影響。結(jié)論

13、如下：1) FLAC3D2. 0軟件中，接觸面的設(shè)置可以較好地模擬樁與 土之間的滑移、開裂，使模擬過程更符合實(shí)際。而無(wú)接觸面的模 型則假定樁與土粘接在一起，其兩者的水平位移和豎向位移都相 同，這與實(shí)際情況相違背。2) 有接觸面模型的計(jì)算結(jié)果與無(wú)接觸面模型的計(jì)算結(jié)果相差甚遠(yuǎn)。樁的水平位移誤差在40 %左右，土的水平位移誤差在130 %以上;樁與土的豎向位移也差別甚大。綜上所述，在模擬樁承受橫向承載時(shí)，使用接觸面模型更為 合理。參考文獻(xiàn)：1 黃強(qiáng).樁基工程若干熱點(diǎn)技術(shù)問題M .北京：中國(guó)建材工業(yè)出版社,1996.2 劉金礪.樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)與計(jì)算M .北京：中國(guó)建筑工業(yè)岀版社,1990.3 FLAC23

14、D ( Fast Lagrangian Analysis of Continua in 3 Dimensions) Version 2. 0 user manual USA ; Itasca Consulting group, Inc.第30卷第16期2 0 0 4年8月山 西建筑SHANXI ARCHITECTUREVol. 30 No. 16Aug. 2004? 85第30卷第16期2 0 0 4年8月山 西建筑SHANXI ARCHITECTUREVol. 30 No. 16Aug. 2004? 85An alysis and nu mericalmodeli ng of pile2so

15、il in terfacewith lateral loadWANG Peng1 YANGLin 2(1 . Changz hi V ocational Institute in Shanxi , Changz hi 046000 , China ;2. Gollege of Architecture and Civil Engineering , Xuzhou 221006 , China )Abstract : According to numerical modeling of pile2soil interface by software FLAC , influence of interface setting to lateral load is discussed, author points out that interface modeling is more reasonable in the modeling pile.Key word