竖向荷载下桩：承台基础与土共同作用的弹塑性有限元分析

本文利用有限元分析方法对桩－承台基础与土共同作用进行了研究。采用修正剑桥模型，并在桩－与土的接触面上设置了古德曼接触面单元，通过计算研究与分析，论述了桩基础的共同作用分析中考虑土的弹塑性特性与接触面单元的必要性。     

桥梁高桩承台基础抗震性能研究

文章通过3个钢筋混凝土群桩试件在低周反复荷载作用下的受力性能试验研究,讨论了群桩基础破坏形态及滞回特征,解释了其破坏机理,分析了土体参数、密实度及桩身自由段长度等对其延性的影响。结果表明,极限状态时,群桩结构受力模式会由地基梁模型转变为悬臂柱模型;减小自由长度和提高土体含水率都会增加其抗震性能。在OpenSees有限元框架中建立了群桩基础有限元模型,使用弹塑性纤维梁柱单元模拟桩体,采用非线性p-y单元模拟桩土相互作用;对模型进行了单调Pushover分析,并且对分析结果与试验结果进行了比较,结果表明该模型能很好地模拟试验数据。     

不同上部结构体系下桩基沉降的简要分析

该文建立了共同作用三维模型,对上部结构-桩群-地基土相互作用体系进行三维有限元分析,利用面-面接触单元考虑土体与桩基交界面的状态非线性,合理地模拟了桩与桩周土间复杂的相互作用,分析桩基础的沉降性状.     

引入三维接触单元模拟冻土与桩共同工作

运用虚位移原理推导出三维非线性接触单元的等效单元刚度一约束矩阵;通过建立冻土地基的热弹塑性-蠕变增量应力应变关系及几何方程得出冻土地基的热弹塑性-蠕变单元平衡方程。根据桩土共同作用的工作特性,通过引入非线性接触单元将冻土地基的热弹塑性蠕变非线性有限元计算模式与混凝土桩联系起来,建立了冻土区桩土共同作用的热弹塑性蠕变非线性有限元计算模型,通过模型计算结果与实测比较表明,该计算模型能较好地体现桩冻土共同工作性能。     

三维接触面单元弹塑性损伤数值模拟分析方法

针对岩土工程中出现的非连续结构面、接触面等问题,建立一种新的模拟结构面或接触问题的三维非线性接触单元模型;针对接触面非线性变形以及损伤演化特性,提出一种可以考虑接触面损伤演化过程的弹塑性损伤数值模拟方法;针对接触面张开、闭合以及剪切滑移失效等变形特性,模拟接触面的黏结、滑移和开裂等非线性现象。针对某水电站地下厂房岩锚吊车梁围岩与混凝土接触问题进行数值分析。研究结果表明:采用接触面单元模拟混凝土结构与围岩的相互作用,吊车梁受力情况良好,应力、变形分布正常,基本规律与实际相符,在工程实践中是合理可行的。     

复合桩基桩土非线性相互作用的数值分析

为了对复合桩基桩土非线性相互作用的工作机理进行深入分析,利用ABAQUS对常规桩筏基础(3D桩距)和复合桩基(6D桩距)进行了三维弹塑性分析.利用无厚度接触面单元模拟筏板桩土的非线性接触特性,采用Mohr-Coulomb弹塑性本构模型描述土的非线性特性,桩设为弹性,得到了沉降、桩土荷载分担比、土体绕桩流动等变化情况,并对二者进行了对比分析.分析结果基本反映了桩土筏的实际工作性状,并验证了复合桩基理论的正确性.     

端承长桩下长短桩基础的垫层特性分析

针对长短桩桩筏基础中垫层特性对整个基础的影响,运用三维弹塑性有限元方法进行了数值模拟.分析中,筏板采用弹性薄板理论,土体采用摩尔-库仑弹性-理想塑性模型,桩体采用线弹性模型,桩土之间接触面采用非线性弹簧模拟.以桩数为9×9的长短桩桩筏基础为例,论述摩擦端承长桩条件下长短桩基础设置垫层的必要性,进而分析垫层材料性质和垫层厚度变化对长短桩基础中长桩、短桩的轴力分布,以及筏板、桩与土体沉降的影响.     

基于EAS单元的薄壁筒桩与土相互作用的有限元分析方法

用三维等参EAS单元描述混凝土薄壁筒桩的受力变形特性,用薄层接触面单元模拟桩与土体之间的相互作用,建立了由接触面约束内力和桩上作用荷载求解桩体内力的静力平衡方程,提出了考虑桩土相互作用的桩体有限元内力分析方法.对某工程薄壁筒桩在水平荷载作用下的桩体变形和内力进行了分析,并将分析结果与现场试验结果进行比较,验证了本文分析方法的正确性.     

群桩横向非线性力学响应的三维有限元数值模拟

利用有限元软件ANSYS,针对群桩横向力学响应问题,进行了三维有限元数值模拟.计算模型中,考虑了土体的材料非线性、桩-土界面状态非线性等因素,对群桩横向力学响应的影响.通过算例分析,验证了模型的正确性.在此基础上,进一步研究了群桩-土横向相互作用的非线性特性,计算结果对于桩基础的分析和设计,有较好的参考价值.     

基于节约理念的带桩筏基设计方法

采用线性扩展Drucker-Prager模型对带桩筏基下的地基土进行弹塑性模拟,建立了带桩筏基系统的ABAQUS程序三维有限元模型.模型中桩和土采用空间8节点实体单元模拟,筏板采用4节点厚板单元模拟,并采用三维有限元-接触面单元相耦合的数值方法来模拟桩-土体系,经分析计算得到了带桩筏基的一些工作特性.在此基础上结合《建筑地基基础设计规范》,改进了复合桩基的设计方法,提出了"三阶段"设计理念,并将其应用于工程实例,证明了两种方法的可行性.实例分析结果表明,复合桩基和"三阶段"设计方法较常规设计方法经济,是一种实用的带桩筏基设计方法.     

建筑桩基中桩、桩筏基与土体之间相互作用的数值模拟

桩基础是岩土工程中历史悠久的基础形式，随着我国城市建设中多高层建筑，重型厂房与特殊构筑物的日益增多，桩基技术的应用与研究亦日趋广泛而重要。本文采用三维有限元（模拟土、桩与桩筏基），交界面单元（模拟桩－土交界面），无界元（模拟上体的半无限边界），非线性弹－塑性土体模型以及非线性增量迭代法，对建筑桩基中桩、桩筏基与土体之间的相互作用进行了模拟分析，得出了如下结论：１．已打入桩基的沉降比未打入校基的小。中心桩有最大的沉降，外桩（边桩）次之，角桩最小。２．桩筏基具有减少基础沉降与增加承载力的作用，特别是土体塑性屈服后，更是如此。３．桩－土交界面降低了桩基的刚度，特别当因交界面屈服而产生滑移后，桩基沉降迅速增加，承载力大大降低，同时亦改善了基础上结构的动力响应（隔震）。４．随着桩基或桩筏基与土体杨氏模量比的增加，桩基沉降增加，亦即，仅增加桩或桩筏基的刚度，并非能减少桩基沉降。５．随着桩筏基厚度的增加，中心桩的荷载降低，角桩的荷载增加。６．在位移荷载下，角桩承担更大百分比的荷载（比平均值），而中心桩则承担较小百分比的荷载。     

考虑渗透水压力的黏土与混凝土接触面力学特性

采用大型直剪仪进行黏土与混凝土接触面的单向直剪试验,研究接触面在不同渗透水压力和法向应力作用下的力学特性,并对黏土与混凝土接触面的强度及应力变形特性进行分析,基于双曲线模型提出了考虑渗透水压力作用的黏土与混凝土接触面本构模型。结果表明:接触面的剪应力与相对剪切位移较好地满足双曲线关系,竖向位移表现为剪缩;接触面的抗剪强度与接触土体的饱和状态显著相关,当土体由非饱和状态过渡至饱和状态时,接触面抗剪强度随渗透水压力的增大显著降低;当接触土体趋于饱和时,抗剪强度随渗透水压力增大的降幅随之减小,且与有效法向应力间呈较好的线性关系;模型计算结果与试验结果吻合较好,验证了所提出的考虑渗透水压力作用下黏土与混凝土的接触面本构模型是合理的。     

非饱和土力学行为的三维离散元分析

基于离散单元法颗粒流理论,土体颗粒单元间采用Hill接触模型来考虑非饱和土中吸力的作用,建立了非饱和土的颗粒流模型。根据室内试验结果对模型细观参数进行标定,开展了固结排水三轴剪切试验离散元数值模拟,揭示了在不同围压和吸力下,模型试样的应力-应变关系与强度特性等宏观力学性质以及细观信息平均配位数的变化规律。根据不同吸力下的莫尔-库伦破坏包线,建立了吸力与抗剪强度参数之间的关系。此外,通过标定室内试验结果中不同含水率下的应力-应变曲线,建立了Hill模型中吸力与含水率的关系。研究结果表明：Hill接触模型可以较好的模拟非饱和土的力学行为,可为非饱和土的离散元模拟提供参考。     

叠合面对叠合剪力墙极限承载力影响的数值分析

归纳总结目前国外相关规范对界面抗剪强度的规定,通过有限元建立预制层和现浇层的接触面,定义叠合面的黏结-脱离损伤模型,分析叠合面的影响.研究结果表明,建立叠合面的黏结-脱离损伤模型能够反映叠合面在受力过程中的脱离破坏程度;在不同轴压比下,叠合面对叠合剪力墙极限承载力影响均较小,边缘构件现浇的叠合剪力墙叠合面脱离破坏程度较边缘构件预制的叠合剪力墙小.     

非饱和土的塑性体应变与剪应变的相互作用原理

将岩土塑性体应变与剪应变的相互作用原理拓展到了非饱和土领域。除了塑性体应变与剪应变的相互作用外,在非饱和土中出现了两类新的相互作用,吸力-塑性体应变和孔隙气压力-塑性体应变。吸力具有二重性质,其对塑性体应变作用包括两个相反的方面。基于吸力性质,阐明了非饱和土的一些独特的性质,诸如有效应力参数的物理涵义,吸力对体积变化和前期固结压力的影响和湿陷机理等。另外,应用拓展的塑性体应变与剪应变相互作用原理,从理论上证明了非饱和土的临界状态线是存在的和唯一的,以及它与应力历史无关。     

The Principle of Interaction between Plastic Volumetric and Shear Strains for Unsaturated Soils

The principle of interaction between plastic volumetric and shear strains for rock and soil has been extended to the field of unsaturated soils. Two new interactions of suction-plastic volumetric strain and pore air pressure-plastic volumetric strain appear in the unsaturated state of a soil except the interaction between plastic volumetric and shear strains. It is very important to find that the suction possesses a dual property, which is the origin of generating its special functions. Thereby the effect of the suction on volumetric strain includes two opposite aspects. By means of this property of suction, the physical significance of effective stress parameter, effects of suction on volume change and preconsolidation pressure, and the mechanism of collapse upon wetting all can be explained. In addition, it is theoretically proved by application of this principle of interaction that the critical state line for unsaturated soils exists, and is unique and independent of the stress history.     

粘结滑移问题的界面应力元模型

基于不连续介质变形体的界面应力元法,通过在不同介质界面处设置粘结滑移元件,以界面两侧块体元材料的本构特性反映界面点对的正应力和法向相对位移之间的关系,以两种材料结合面的粘结滑移特性表征界面点对的剪应力和切向相对位移之间的关系,建立了粘结滑移问题的新的界面应力元数值计算模型,并编制了相应的计算机程序．数值算例表明,计算模型可较好地仿真复合材料界面的粘结滑移现象,能很好地揭示复合材料结构的工作性态．     

邓肯-张E-μ模型的改进

针对邓肯-张E-μ模型体变经验公式不能准确描述三轴剪切试验体积变形与轴向变形之间关系的问题,首先进行了粗粒土饱和样大型三轴剪切试验,并对试验结果进行了分析,提出了可以准确描述三轴剪切试验体积变形与轴向变形之间关系的体变经验公式,然后利用其他试验数据对该体变经验公式进行了验证,证明了该体变经验公式的通用性,最后基于该体变经验公式对邓肯-张E-μ模型进行了改进,提出了一种新的E-μ模型.     

单桩非线性分析的半解析半数值方法（英）

提出了一种半解析半数值方法，该方法可用于计算埋置于多层土中单桩的荷载位移非线性分析，在本文中，采用了两种理论模型来构造单桩的传递函数，第一种模型为双曲线模型，用于计算桩土界面处的剪尖力与其相对位移的非线性关系，第二种模型为Randolph所提出的理论解，用于确定桩周土中的剪应力和位移场，对现场试验结果和有限元分析结果进行了比较后说明，按本文所建议的方法所得的三种计算结果（荷载位移曲线，证明了本文所提方法的可靠性和准确性，此外，根据本文所提的构造传递函数的方法，考虑对桩，桩对土，承台对桩的相互影响，可以构造出考虑桩－土－台共同作用的传递函数，近而可以计算分析桩－土－台共同作用。     

模拟不同形态土-岩界面的直剪试验

土-岩界面具有特殊的工程地质性质,为了研究土-岩界面的剪切特性,在实验室制备了若干不同形态接触面和不同材料性质的圆盘试样,开展室内直剪试验,并对剪切破坏面的颗粒分布和接触面剪切本构模型进行分析。研究表明:接触面的应力-应变曲线呈现出弹塑性变化特点,利用指数型接触面摩擦本构模型,可以较好地反映剪切过程中接触面的应力-应变关系;剪切面颗粒在剪切过程中发生了破碎和移动,颗粒破碎所需的力大于移动所需的力,宏观上表现为抗剪强度的差异,颗粒重新分布及接触面闭合共同作用导致试样的法向变形;低法向荷载下,接触面强度低于两侧材料强度,随着法向荷载增大,接触面强度逐渐增大,其残余强度值位于两侧材料强度之间。