河道冲刷对既有桥梁单桩基础竖向承载性状影响的数值分析

摘要

冲刷是由运动水流引起的桥梁基础周围土体受侵蚀的过程，其后果轻则降低基础承载力，重则导致整座桥梁结构损毁。尽管冲刷引起的桥梁破坏促使人们研究冲刷过程并预测桥墩处的最大冲刷深度，但涉及如何评价冲刷对桩基竖向承载性状影响的研究尚屈指可数。因此，本文旨在研究冲刷后桩基础竖向承载特性的变化规律。
　　本文利用ABAQUS有限元分析软件，引入模拟开挖的思想，将土体冲刷过程看作开挖土体的过程进行模拟计算，分析了高、低承台单桩基础遭受冲刷过程中竖向承载性状的变化。主要研究工作如下：
　　1.现有研究中，往往通过移除冲刷深度范围内的整个土层来考虑冲刷对竖向受荷桩承载性状的影响。本文研究工作中不仅考虑了冲刷坑的深度因素，还考虑了宽度和坡度因素。基于参数敏感性分析来研究冲刷坑尺寸因素的影响，结果表明，与冲刷坑宽度和坡度相比，冲刷深度是影响桩基竖向承载特性的最主要因素。
　　2.为了更深入地探讨冲刷对砂土中桩竖向承载性状的影响，研究了土体单元刚度、桩长细比等因素对受冲刷单桩基础竖向承载力下降百分比（PDV）的影响规律。研究结果表明，受冲刷后松软砂土中桩的PDV值比密实砂土中的高；当冲刷深度水平 Sd/D=8时，松软砂土中桩的竖向极限承载力折减近一半。冲刷后短桩的竖向极限承载力损失程度更大、桩基础更容易失效。增大桩径有利于减缓桩基由冲刷导致的竖向承载力降低的趋势，但效果不明显。
　　3.探讨了不同冲刷深度条件下桩侧摩阻力以及桩身轴力等的变化规律。
　　通过上述研究，取得了冲刷对桩基竖向承载特性影响的基本认识，为评估遭受水流冲刷的整座桥梁的安全性奠定了基础，所得成果对于改进桥梁桩基础设计理论有一定的参考意义。

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第一章 绪论

1.1概述

1.2研究思路与方法

1.3主要内容和创新之处

第二章 基于ABAQUS的桩基冲刷问题分析与建模过程

2.1概述

2.2建模中常用的单元类型和本构模型

2.3桩基冲刷问题的建模和分析过程

2.4模拟土体冲刷的单元生死功能

2.5桩基冲刷的数值模拟方法

2.6本章小结

第三章 冲刷对高承台单桩基础竖向承载性状影响的数值分析

3.1概述

3.2有限元计算模型

3.3冲刷坑尺寸因素对受冲刷桩基竖向性状的影响

3.4土体单元刚度对受冲刷桩基竖向性状的影响

3.5桩长细比对受冲刷桩基竖向性状的影响

3.6冲刷对桩侧摩阻力的影响

3.7冲刷对桩身轴力的影响

3.8冲刷过程中的场变量云图

3.9本章小结

第四章 冲刷对低承台单桩基础竖向承载性状影响的数值模拟

4.1概述

4.2有限元计算模型

4.3冲刷坑尺寸因素的影响

4.4冲刷对桩侧摩阻力的影响

4.5冲刷对桩身轴力的影响

4.6冲刷过程中的场变量云图

4.7本章小结

第五章 结论与展望

5.1结论

5.2建议与展望

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

致谢