竖向和水平循环荷载耦合作用下单桩基础累积位移研究

摘要

随着跨海大桥、港口码头等工程的不断兴建，桩基础在这些工程的应用不断扩大。这些工程中的桩基础比传统桩基破坏机理和变形情况更为复杂，上部结构重量、往来车辆对其产生竖向作用，风、波浪等对其产生水平向作用。而其中的交通、风、波浪等产生的荷载是长期循环的。因而研究竖向和水平循环荷载耦合作用下单桩基础的变形特性具有实际工程意义。
　　我国东南沿海广泛分布软黏土，而饱和软黏土工程性质较差，在循环荷载作用下容易出现刚度衰减，产生结构破坏和强度降低的现象。因而研究桩基变形时要考虑饱和软黏土循环软化特性。本文主要目的是研究考虑饱和软黏土循环软化时在双向循环荷载下单桩基础的累积位移特性。主要工作如下:
　　(1)总结循环荷载下软黏土的动力特性，介绍双向循环荷载下饱和软黏土的变形规律，采用考虑了径向循环应力比的刚度衰减模型来反映饱和软黏土的循环软化特性，并对已有的刚度衰减模型进行改进。
　　(2)通过ABAQUS软件进行场变量子程序的二次开发实现刚度衰减模型在有限元中的应用。将数值计算结果和室内试验结果进行比较，验证刚度衰减模型的正确性，并分析各参数对模型结果的影响。
　　(3)建立桩土三维有限元模型，研究在饱和软黏土中双向循环荷载作用下桩基累积位移问题。其中主要分析了竖向和水平循环荷载耦合作用下单桩基础的水平位移和竖向位移发展规律，并探讨了单桩的物理参数、土体工程性质对桩基变形的影响。建立与室内试验相同的数值模型进行对比，验证数值模型分析的正确性。

目录

声明

致谢

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景

1．2 研究现状

1．2．1 桩基水平位移的计算方法

1．2．2 桩基竖向位移的计算方法

1．2．3 试验研究的发展

1．2．4 数值分析方法的发展

1．3 本文主要研究内容

第二章 循环荷载作用下饱和软黏土的累积变形特性

2．1 饱和软黏土的变形特性

2．1．1 静荷载作用下饱和软黏土的变形特性

2．1．2 循环荷载作用下饱和软黏土的变形特性

2．2 饱和软黏土循环动力特性

2．2．1 饱和软黏土循环软化特性及其原因

2．2．2 饱和软黏土循环软化影响因素分析

2．3 双向循环荷载下饱和软粘土的变形特性

2．3．1 双向循环三轴试验简介

2．3．2 双向循环荷载下土体的变形特性

2．4 循环荷载下饱和软黏土的本构模型

2．4．1 修正的静力模型

2．4．2 套叠屈服面模型

2．4．3 边界面模型

2．4．4 经验模型

2．5 本章小结

第三章 饱和软黏土刚度衰减模型及其在ABAQUS中的实现

3．1 ABAQUS用户子程序及二次开发

3．1．1 用户子程序分类

3．1．2 USDFLD子程序及应用

3．2 双向循环荷载下软黏土的刚度衰减模型

3．2．1 饱和软黏土孔压产生的原理与影响因素

3．2．2 径向循环应力比对土体变形的影响

3．2．3 双向循环荷载下饱和软黏土的刚度衰减模型

3．3 刚度衰减模型验证与参数分析

3．3．1 刚度衰减模型的室内试验验证

3．3．2 数值模拟验证与试验结果对比

3．3．3 模型力学参数灵敏度分析

3．3．4 回归参数的灵敏度分析

3．4 本章小结

第四章 双向循环荷载作用下单桩基础的竖向位移分析

4．1 单桩基础的竖向极限荷载

4．2 单柱基础的数值模型

4．2．1 建立三维有限元模型

4．2．2 刚度衰减模型的实现

4．3 桩土应力分布状况

4．4 双向循环荷载下单桩基础的竖向变形分析

4．5 有限元模型的验证

4．6 本章小结

第五章 双向循环荷载作用下单桩基础的水平位移分析

5．1 单柱基础的水平极限荷载

5．2 双向循环荷载下单桩基础的水平位移分析

5．3 桩土系统参数的影响分析

5．3．1 单桩几何尺寸的影响分析

5．3．2 土体工程性质的影响分析

5．4 有限元模型的验证

5．5 本章小结

第六章 结论与展望

6．1 结论

6．2 展望

参考文献

附录作者简历