软土地基静压桩挤土效应的弹塑性分析及其数值模拟

摘要

由于静压桩具有噪音小、工期短、无泥浆污染等优点，在我国沿海软土分布较广的地区应用相当广泛。但在静压桩贯入饱和软土的过程中，所产生的挤土效应对周围环境的影响也是相当严重的。因此迫切需要对软土地基上静力压桩的挤土效应及其对周围环境的影响规律进行研究，并在此基础上提出切实有效的防治措施来预防和减小挤土效应的影响。本文结合建设部科研计划项目“深基坑边坡工程位移预测及其优化设计”，以宁波某高中静压桩工程和上海某商住楼工程为实例，就这一课题展开了深入的研究分析，并完成以下研究工作： 1.本文首先介绍国内外关于挤土效应的理论，主要理论有滑移线理论、圆孔扩张理论、应变路径法、有限单元法等，并进行逐一评述。 2.以圆孔扩张理论为基础，推导单桩的挤土效应的弹塑性解。静压桩沉入软土中的过程，就是在不排水条件下，桩向四周挤开与自身体积相等的土体进入土层中的过程。桩周土体发生侧向位移，并产生塑性区。针对饱和软土和非饱和软土，服从不同的屈服准则，分别推导了单桩挤土的塑性区半径以及挤土位移和应力公式。 3.通过非线性和体积应变的修正，采用双曲线型应力－应变关系来拟合土的非线性。随后还讨论挤土过程中孔隙水压力变化，土体强度变化以及桩土界面等问题。 4.简要介绍了有限元软件ANSYS模拟分析挤土效应的基本过程，并讨论相关计算参数。鉴于静压桩挤土效应的复杂性，本文选取单桩贯入的挤土效应作为研究对象，利用ANSYS模拟分析一计算实例，分别利用圆孔扩张法和位移贯入法模拟，得到静压桩挤土效应的一般规律。 5.以上海某商住楼和宁波某静压桩工程为实例，结合本文模拟结论深入分析了挤土效应。最后基于数值分析和工程实践，提出了预防和减小静压桩挤土效应的措施，对今后静压桩施工具有一定的指导意义。

目录

文摘

英文文摘

第1章绪论

1.1课题来源、研究目的及意义

1.2国内外研究现状及水平

1.2.1滑移线理论

1.2.2圆孔扩张理论(CEM)

1.2.3应变路径法(SPM)

1.2.4有限单元法(FEM)

1.3本文研究的主要内容

第2章静 压桩侧向挤土效应的弹塑性理论分析

2.1引言

2.2桩周围土体挤土位移的弹塑性解

2.2.1无限土体中圆柱形小孔扩展的基本假设

2.2.2轴对称圆孔扩张理论的应力平衡方程式及其解析解

2.3非线性的考虑

2.4土体积应变的讨论

2.5挤土作用引起桩周孔隙水压力及有效应力的变化

2.6沉桩挤土的土强度问题

2.6.1各向异性对土体强度的影响

2.6.2施工扰动对土体强度的影响

2.7桩土界面的讨论

2.8本章小结

第3章静压桩挤土效应的数值模拟基础

3.1引言

3.2有限元程序ANSYS的简介

3.3弹塑性结构静态分析步骤综述

3.3.1建模过程

3.3.2加载和求解

3.3.3考察结果

3.4 DP材料及其屈服准则

3.5静压桩土界面的接触分析

第4章静压桩挤土效应的数值模拟分析

4.1引言

4.2模拟静压桩挤土效应的两种方式

4.2.1圆孔扩张法

4.2.2位移贯入法

4.3计算实例

4.3.1按圆孔扩张法计算

4.3.2按位移贯入法计算

4.3.3两种方法的比较

4.4工程实例

4.4.1上海某基础工程

4.4.2宁波某高中行政楼

4.5减小和预防静压桩的措施

4.6本章小结

第5章结论与建议

5.1结论

5.2建议

参考文献

攻读硕士学位期间已发表的学术论文

致谢