软土地基中桩土体系的有限元分析

摘要

随着我国经济建设的发展，有关基础设施的建设规模逐年增大。我国的地域非常辽阔，自然地理环境有很大的不同，地质条件区域性较强，土质各异。软土地基广泛分布在我国经济发达的沿海地区，长江三角洲地区及内陆的沿江沿湖地区，因此对于软土地基的处理显得尤为的重要。桩加固软土地基作为一种常用的深基础形式具有承载力高、稳定性好、基础沉降小且比较均匀、抗震性能好以及能适用各种复杂地质条件等特点。因此在诸多软土地基加固方法中，桩基加固广泛应用于高层建筑、码头工程、高速公路、桥梁工程和铁道工程等。
　　本文应用有限单元法，建立三维单桩-土作用的模型，采用Drucker-Prager线性屈服准则的弹塑性模型，在桩和土之间采用接触单元和合理的约束条件，系统的研究了竖向荷载、桩长、桩土之间的摩擦系数因素对桩土共同作用的影响程度，并分析了每个影响因数的影响程度。计算表明，在加载的初始阶段，在外荷载较小的情况下桩位移较小，桩位移与荷载成线性关系；荷载达到一定值后，荷载继续增加位移荷载曲线呈现出非线性特征。通过计算还发现，在同样荷载作用下，随着桩长的增加桩的竖向位移减小；当桩长增加到一定程度以后，桩位移几乎不再较少，表明存在一个有效桩长，当桩长大于有效桩长桩位移不再较少。最后计算了摩擦系数的影响，随着桩土间摩擦系数的提高桩的竖向位移是减少的，这一趋势在桩位移较大的情况下尤为明显，说明桩侧土体的摩擦系数对桩竖向承载力终位移以及终压力下的位移值影响较大，说明摩擦系数的增加对于提高桩承载力是十分有效的。
　　结合具体工程实例将数值计算结果与现场实测值进行对比，总结出一个经验公式。结果表明，该有限元方法应用于软土地基分析是可行的，本文的研究成果可以为实际工程设计提供参考。