桶形基础贯入过程及桶壁贯入效应对基础稳定性的影响研究

作     者：卢玉敏 

作者单位：天津大学 

学位级别：硕士

导师姓名：肖忠

授予年度：2018年

学科分类：08[工学] 0814[工学-土木工程] 

主      题：桶形基础 耦合的欧拉-拉格朗日方法 土体软化和率效应 贯入阻力 贯入效应 承载力 

摘      要：桶形结构基础由于具有造价低、安装时间短和承载能力好等优点,已经广泛应用在各类海洋工程中,围绕桶形基础的制作、下沉安装、使用以及再利用等一系列过程中的问题也成为了学术和工程领域关注的焦点。其中,桶形基础的下沉安装以及安装之后的稳定性是施工和设计中的重点和难点。一方面,桶形基础安装过程中受到的贯入阻力直接影响着基础的下沉行为,而贯入阻力受端部承载力系数、土性特性及土体流动机理等因素的影响,同时,由于桶壁对土体的挤压作用,还会产生桶内土体雍高现象,影响基础的安装深度;另一方面,基础的稳定性影响着结构物的使用安全,但在以往对桶形基础的数值研究中,往往忽略其安装过程对下沉后基础稳定性的影响,事实上,基础安装过程中伴随着的桶内土体雍高和桶壁周围土体软化的现象,无疑会影响到基础的承载特性。基于此,本文对桶形基础的下沉过程和下沉后的基础稳定性问题开展了一系列的研究工作,主要内容有:（1）利用ABAQUS中的二次开发模块VUSDFLD,在CEL方法中实现了土体应变软化、率效应模型,并进行了验证;通过图形界面处理和插值,实现了土体自由表面边界和土体强度从欧拉模型到小变形拉格朗日模型中的导入,从而能够在考虑贯入效应的基础上计算桶形基础的承载力。（2）运用CEL方法模拟了离心机试验中桶形基础安装过程,验证了模拟的的有效性;考察了不同参数时的基础贯入阻力以及桶内土体雍高高度,并对不同参数条件时的端部承载力系数和桶壁侧摩阻力的计算公式进行了修正,从而得到了基础的贯入总阻力修正计算公式;拟合了桶内土体雍高体积的计算公式,以此为基础建立了桶内土体雍高高度预测公式。（3）分析了桶壁贯入过程中产生的贯入效应,接着通过对比假设桶为预埋时和考虑桶壁的贯入效应时两种情况的基础单向承载力和破坏包络面,分析了贯入效应对下沉后基础承载力的影响,并对结构与土体的相互作用模式进行了分析,解释了贯入效应对基础承载特性的影响机理。（4）围绕桶壁贯入效应对下沉后基础承载力的影响进行了参数考察,分析了不同参数条件下贯入效应对基础单向承载力和HM破坏包络面的影响,并根据分析结果,拟合了考虑桶壁贯入效应时基础的单向承载力和HM包络面的计算公式。