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上拔荷载作用下桩的颗粒流数值模拟

岩土工程学报 2004年第4期26卷 516-521页

作者：刘文白周健上海海运学院交通运输学院上海200135 同济大学地下建筑与工程系上海200092

对桩进行了承受上拔荷载作用的数值模拟试验并与物理实物试验实测值作了对比。应用颗粒流理论及其PFC2D程序,模拟研究了承受上拔荷载作用的桩及桩周土的细观力学特征,桩的上拔位移和颗粒的分布和速度。随荷载增加土颗粒的受影响区由大到... 详细信息

对桩进行了承受上拔荷载作用的数值模拟试验并与物理实物试验实测值作了对比。应用颗粒流理论及其PFC2D程序,模拟研究了承受上拔荷载作用的桩及桩周土的细观力学特征,桩的上拔位移和颗粒的分布和速度。随荷载增加土颗粒的受影响区由大到小,且影响区边界逐渐明显,颗粒排列发生变化,形成了锥体状的受影响区域。根据土颗粒的分布、速度和位移的分布和变化,确定土中滑裂面为锥体状;数值模拟了上拔荷载、桩上拔位移与时步的关系,并与宏观物理实物试验的实测结果作了对比分析;综合确定了桩的极限上拔承载力。桩承受荷载过程中土颗粒细观结构变化的颗粒流仿真,是关于土体的细观力学特征与宏观力学响应相关联的初步研究。

关键词：上拔荷载桩颗粒流数值模拟细观力学

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上拔荷载作用下扩展基础的颗粒流数值模拟

水利学报 2004年第12期35卷 69-76页

作者：刘文白周健上海海事大学交通运输学院上海200135 同济大学地下建筑与工程系上海200092

对砂土地基上承受上拔荷载作用的扩展基础进行颗粒流数值模拟,并与物理模型试验结果进行了对比。应用PFC2D程序,用细观力学的方法研究上拔荷载作用下砂土的颗粒结构分布、颗粒速度的变化。通过对剪切带颗粒速度的考察,分析颗粒间的咬合... 详细信息

对砂土地基上承受上拔荷载作用的扩展基础进行颗粒流数值模拟,并与物理模型试验结果进行了对比。应用PFC2D程序,用细观力学的方法研究上拔荷载作用下砂土的颗粒结构分布、颗粒速度的变化。通过对剪切带颗粒速度的考察,分析颗粒间的咬合摩擦和滑动摩擦,判定出土中滑裂破坏面的位置。数值模拟分析了上拔荷载-基础位移曲线。通过实验室模型试验和现场原型试验,测得土中滑裂破坏体为曲面锥台与圆柱的组合体,其破裂面与颗粒流数值模拟的结果符合良好,并分析了荷载-位移关系。细观力学数值模拟的土中滑裂破坏面和荷载-位移关系能反映物理实物试验的宏观力学特性。

关键词：颗粒流数值模拟扩展基础砂土上拔荷载荷载-位移

上拔荷载作用下桩-桶基础结构尺寸效应的数值分析

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岩石力学与工程学报 2008年第A2期27卷 3465-3470页

作者：刘文白李小强上海海事大学海洋环境与工程学院上海200135 中国交通建设集团第三航务局上海分公司上海200122

运用ABAQUS软件分析不同尺寸的桩-桶基础在相同上拔位移时的上拔荷载及基础周围地基土体影响区域的变化,并对桩-桶基础进行初步设计。桩-桶基础的主要尺寸包括桶顶以下入土桩长(L3)、桶半径(R)及桶壁高(H),不同尺寸的桩-桶基础在地基土... 详细信息

运用ABAQUS软件分析不同尺寸的桩-桶基础在相同上拔位移时的上拔荷载及基础周围地基土体影响区域的变化,并对桩-桶基础进行初步设计。桩-桶基础的主要尺寸包括桶顶以下入土桩长(L3)、桶半径(R)及桶壁高(H),不同尺寸的桩-桶基础在地基土体达到破坏时的极限荷载各不相同,增加L3,R及H能提高基础的抗拔承载力,同时地基土体的影响范围也随之加大;R的变化对基础的抗拔承载力影响最大,其次是L3的变化,最后是H的变化;影响地基土体横向范围的结构尺寸主要是R,L3次之,H最小;影响地基土体的纵向范围的结构尺寸主要是L3,H次之,R最小。L3∶R=8.0∶1.0时,能充分体现桩结构和桶结构共同的抗拔承载性能;R∶H=0.6∶1.0时能充分体现桶结构的抗拔承载性能。

关键词：岩土力学上拔荷载桩-桶基础结构尺寸效应数值分析

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考虑上拔荷载影响的水平受荷斜桩p–y曲线

岩土工程学报 2020年第7期42卷 1189-1198页

作者：曹卫平吴奇兴夏冰张伟伟西安建筑科技大学土木工程学院陕西西安710055 陕西省岩土与地下空间工程重点实验室陕西西安710055 四川文理学院建筑工程学院四川达州635000

为揭示砂土中上拔荷载对水平受荷斜桩性状的影响规律,开展了9根斜/直桩模型试验,实测获得了上拔与水平荷载共同作用下的桩顶荷载位移曲线及桩身应变,计算得到了桩侧土抗力p及相应的桩身横向位移y,建构了考虑上拔荷载影响的水平受荷斜桩... 详细信息

为揭示砂土中上拔荷载对水平受荷斜桩性状的影响规律,开展了9根斜/直桩模型试验,实测获得了上拔与水平荷载共同作用下的桩顶荷载位移曲线及桩身应变,计算得到了桩侧土抗力p及相应的桩身横向位移y,建构了考虑上拔荷载影响的水平受荷斜桩双曲线型p–y曲线,给出了地基土初始反力模量及极限土抗力的确定方法。该p–y曲线能反映水平与上拔荷载共同作用下斜桩与桩侧土之间复杂的挤压、剪切相互作用。基于文中建立的p–y曲线,编写程序分析了斜桩的承载变形性状及内力分布规律,研究了桩顶上拔荷载大小、桩顶约束条件对水平受荷斜桩承载性状和内力分布的影响,结果表明:①不论桩顶自由还是固支,上拔荷载增大时,正斜桩桩身横向位移、弯矩及剪力均减小,而负斜桩桩身横向位移、弯矩及剪力均增大;②相同的水平及上拔荷载作用下,正斜桩桩身横向位移、弯矩及剪力均小于负斜桩;③相同的上拔荷载作用下,水平受荷斜桩在桩顶固支条件下桩身横向位移、弯矩及剪力较小,而桩顶自由条件下则较大。

关键词：斜桩砂土水平荷载上拔荷载 p–y曲线极限土抗力

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上拔荷载对斜桩水平承载性状影响的试验研究

长江科学院院报 2020年第8期37卷 82-88页

作者：曹卫平赵呈李元张伟伟西安建筑科技大学土木工程学院西安710055 陕西省岩土与地下空间工程重点实验室西安710055 西安奥园骏远房地产开发有限公司西安710055

斜桩在承受水平荷载的同时,往往会受到上拔荷载的作用。为研究上拔荷载对斜桩水平承载性状的影响,开展了10根直、斜桩的室内模型试验,研究上拔荷载对斜桩桩顶水平位移和水平承载力的影响,对比了直桩与斜桩桩身弯矩和剪力的差异,并分析... 详细信息

斜桩在承受水平荷载的同时,往往会受到上拔荷载的作用。为研究上拔荷载对斜桩水平承载性状的影响,开展了10根直、斜桩的室内模型试验,研究上拔荷载对斜桩桩顶水平位移和水平承载力的影响,对比了直桩与斜桩桩身弯矩和剪力的差异,并分析了上拔荷载对正、负斜桩桩身内力及桩侧摩阻力的影响规律。模型试验结果表明:上拔荷载从直桩水平极限承载力的12.5%增大到75%时,正斜桩水平承载力比增大21%,负斜桩水平承载力比减小25%。上拔荷载的存在会使正、负斜桩桩身轴力均增大,且上拔荷载越大,桩身轴力越大。上拔荷载能减小正斜桩桩身弯矩和剪力,使其抵抗弯矩和剪力的能力得到提高,而增大负斜桩桩身弯矩和剪力,使其抵抗弯矩和剪力的能力被削弱;不论正斜桩还是负斜桩,其上部区段桩身侧表面均出现了方向向上的摩阻力,而下部区段桩身侧表面均为方向向下的摩阻力,随着上拔荷载的增大,斜桩桩身侧摩阻力逐渐增大。

关键词：斜桩模型试验上拔荷载水平承载性状桩身轴力摩阻力

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上拔荷载作用下的土体细观结构分析

岩石力学与工程学报 2007年第S2期26卷 4311-4318页

作者：刘文白田桥上海海事大学交通运输学院上海200135 大连市港口与口岸局辽宁大连116001

对上拔荷载作用下桩桶基础周围土体细观结构特征进行试验研究。通过对桩桶基础的全模和半模模型试验,研究土中破坏面,对土中破坏面和桩侧不同位置的测点进行图像拍摄。桩桶基础的上拔破坏为:桶上部土体的压缩变形塑性区开展整体剪切破... 详细信息

对上拔荷载作用下桩桶基础周围土体细观结构特征进行试验研究。通过对桩桶基础的全模和半模模型试验,研究土中破坏面,对土中破坏面和桩侧不同位置的测点进行图像拍摄。桩桶基础的上拔破坏为:桶上部土体的压缩变形塑性区开展整体剪切破坏的渐进性破坏;桶桩周围的土体由于桶和桩侧的摩擦力,致使土中的塑性区开展整体剪切破坏的渐进性破坏。土表裂缝是以基础中心为圆心的同心圆环状裂缝,并伴有放射状裂缝。分析土体结构细观结构特征变化,随荷载增加,土的大孔隙增多,土结构变化从土孔隙体积变化为主导作用逐渐变为土颗粒的定向为主导作用,土结构松弛,颗粒接触点减少,颗粒的咬合接触减少,在破坏面上颗粒有显著的定向性。研究破坏面的细观结构参数与抗拔强度的关系,上拔荷载作用下破坏面的孔隙率、孔隙率增量、颗粒总数、颗粒面积和颗粒偏心度均有明显的突变,其变化率均为最大值。随荷载增加,孔隙率增加,而颗粒总数、颗粒面积和颗粒偏心度减少。沿桩侧的土结构孔隙性受上拔荷载影响显著,不仅受桩的滑移影响,还受土体的整体剪切的影响。分析结果对上拔地基破坏的细观力学研究具有重要价值。

关键词：土力学上拔荷载砂土破坏面细观结构强度

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上拔荷载作用下斜桩承载变形性状数值分析

西安建筑科技大学学报（自然科学版） 2019年第3期51卷 321-326,349页

作者：曹卫平高帅鹏秦强毅西安建筑科技大学土木工程学院陕西西安710055 陕西省岩土与地下空间工程重点实验室陕西西安710055 陕西建工第一建设集团有限公司七公司陕西西安710075

通过有限元软件模拟了上拔荷载作用下斜桩的承载变形性状并与直桩进行比较,分析了桩身倾角对桩顶位移、极限抗拔承载力、桩身弯矩、剪力及轴力的影响,研究了斜桩-土接触压力、桩侧摩阻力的分布特征,探讨了长径比与斜桩有效桩长的关系.... 详细信息

通过有限元软件模拟了上拔荷载作用下斜桩的承载变形性状并与直桩进行比较,分析了桩身倾角对桩顶位移、极限抗拔承载力、桩身弯矩、剪力及轴力的影响,研究了斜桩-土接触压力、桩侧摩阻力的分布特征,探讨了长径比与斜桩有效桩长的关系.结果表明:在上拔荷载作用下,斜桩桩顶的上拔位移均大于相应直桩.桩身倾角及上拔荷载越大,上拔位移和水平位移越大;斜桩极限抗拔承载力大于直桩,且在15~20°之间存在一个最佳倾角使斜桩的极限抗拔承载力达到最大;桩身最大弯矩均出现在z/L=0.1处,最大剪力均出现在桩顶截面处.在z/L=0.4以下区域,桩身弯矩及剪力几乎全部为零.同一桩身相对深度处,桩身剪力及弯矩都随着倾角的增大而增大;直桩及各斜桩桩端存在真空吸力.倾角对桩身轴力的影响不大;桩-土接触压力的大小与桩身倾角的大小有关.桩与土沿深度方向脱离的范围随着倾角的增大而增大;斜桩左、右两侧摩阻力分布相差较大,其大小与倾角的大小有关;上拔荷载作用下斜桩存在有效桩长.倾角的大小对有效桩长影响不大.

关键词：斜桩数值分析倾角上拔荷载

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上拔荷载作用下桩—桶基础结构受力数值分析

上拔荷载作用下桩—桶基础结构受力数值分析

作者：李小强上海海事大学

学位级别：硕士

地球表面面积的70.8%是海洋,海洋蕴藏着丰富的石油、天然气以及其它矿产资源,能为人类提供大量的生存资源。科学技术的发展,使人们能够有机会从陆地向海岸,甚至向远海、深海进军,开采海洋资源,以满足人类不断增长的生存和生活需要。 ... 详细信息

地球表面面积的70.8%是海洋,海洋蕴藏着丰富的石油、天然气以及其它矿产资源,能为人类提供大量的生存资源。科学技术的发展,使人们能够有机会从陆地向海岸,甚至向远海、深海进军,开采海洋资源,以满足人类不断增长的生存和生活需要。在进行海洋开发的过程中,首先面临的是海洋建筑物的建造,而一切建筑物都要建立在合适的基础之上。本文所研究之桩-桶基础是一种新型的海洋工程基础,目前正处于理论研究和试验分析阶段,本文主要研究的是桩-桶基础在上拔荷载作用下结构的力学响应,首先采用室内模型试验进行分析,接着运用ABAQUS有限元数值模拟进行分析,进行对比分析后对桩-桶基础的结构尺寸效应进行分析。首先分析了本课题研究的脉络,从桩基础工作性能、桶型基础工作性能及桩-桶基础上拔时地基土体的受力特性这些已有科研成果出发,寻求本文研究的着入点。然后设计了测量上拔荷载作用下的桩-桶基础的结构变形的试验装置和试验流程,对试验原理进行介绍,对试验结果数据进行整理和分析。通过分析可知随着上拔荷载的增加,桩-桶基础结构应力及变形随之增加,上拔荷载达到极限时,基础应力及变形也达到最大;土体破坏后,桩-桶结构各部分的受力趋于稳定;桶结构和桩结构从上到下,所受应力逐渐减小;桶顶结构在上拔过程中体现固支梁的效果;桶顶远桩边缘和桶壁上部的连接属于固接;上拔过程中,桶底和桩底会出现空腔,对桶底部结构和桩底部结构受力有减小的影响,对桶的减小影响比对桩的要小,由于空腔导致摩擦力减小,桶底结构应力较最大应力减小8.6%;桩底结构应力较最大应力减小13.5%;桩和桶的结合部位在上拔过程中应力最大,达到3MPa左右,上拔荷载往下传递时在该处进行再分配;桶顶边缘处在上拔过程中应力也较大,达到3MPa左右,桩-桶基础上拔过程中,该处土体产生剪切破坏。接着运用ABAQUS软件建立桩-桶基础的数值模型,并进行分析和后处理,通过对模型10个测点的应力曲线的分析,知道从第1级荷载步到第9级荷载步,主要由桩来抵抗上拔荷载的作用,桩体结构每荷载步的应力增长量是其最大应力值的11.0%,桶体结构每荷载步的应力增长量是其最大应力值的1.0%;第9级荷载步之后,主要由桶结构来抵抗上拔荷载的作用,桶体结构每荷载步的应力增长量增加为其最大应力值的10.0%,桩体结构每荷载步的应力增长量减小为其最大应力值的1.0%。桩-桶结构较单桩结构能增加抵抗上拔荷载的能力得到体现。将数值模拟所得结论与室内模型试验所得结论进行对比分析,两者基本一致,这就验证了数值模拟方法的可行性。然后运用ABAQUS软件分析不同尺寸的桩-桶基础在上拔荷载作用下的不同的受力特性,通过分析可知,达到破坏荷载时,地基土体的破坏曲线是倒锥形曲线,且曲线起始点不是从桩的端部开始,而是在桩端部以上桩土摩擦力最大处开始,经桶的底部,到地表面,形成倒锥形曲线,可推断,土体的破坏面为倒锥形曲面;在桶外侧和桩周围离基础轴心由近到远的过程中,土体应力出现二次曲线级的减小。在摩擦力达到最大时,离桶侧表面为0.5R（R=桶半径）处的应力较桶侧表面应力减小11.3%;桩底部离桩表面为3r（r=桩半径）处应力较桩侧表面应力减小19.5%;桶半径的变化对抗拔承载力影响最大,入土桩长的变化对抗拔承载力影响其次,桶壁高的变化对抗拔承载力影响最小;各尺寸结构在达到最大上拔位移时,地基土体的影响范围各不相同,影响土体横向范围的主要是桶的半径,其次是入土桩长,最后是桶壁高;影响土体纵向范围的主要是入土桩长,其次是桶壁高,最后是桶的半径。最后对桩-桶基础进行初步设计,提出了桩-桶结构设计时的基本步骤。为了充分发挥桩-桶基础的桩和桶的组合作用,研究发现桶顶以下入土桩长与桶半径的比例关系为8;1时能将桩和桶的特点表现出来,桶半径与桶壁高度的比例关系为0.6;1时能将桶结构的特点表现出来;在桩和桶的结合部位加三角形肋梁,在桶角的内部做成圆倒角进行加强。桩-桶基础在上拔荷载作用下的结构的力学分析对于理论分析及工程实践都有重要的作用。

关键词：上拔荷载桩-桶基础结构应力模型试验数值模拟尺寸效应

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上拔荷载作用下桩周土的细观分析

上拔荷载作用下桩周土的细观分析

作者：徐海侠上海海事大学

学位级别：硕士

在长期的工程实践中,人们发现土体的宏观工程性状在很大程度上受到微细结构的系统状态或整体行为的控制,复杂的物理力学性状是其微细结构特性的集中体现。本论文通过室内模型桩的上拔试验,得到细观分析图片,利用体视显微镜统计系统和数... 详细信息

在长期的工程实践中,人们发现土体的宏观工程性状在很大程度上受到微细结构的系统状态或整体行为的控制,复杂的物理力学性状是其微细结构特性的集中体现。本论文通过室内模型桩的上拔试验,得到细观分析图片,利用体视显微镜统计系统和数字图像处理技术,对砂土细观结构的图像进行定量和定性分析,得出桩在上拔荷载作用下土体破坏前后各项参数和各种应力、应变场的变化规律,并对这两种细观观测结果进行关联性分析,同时与宏观试验结果进行对比分析,结果表明图像的细观结构的变化特征与宏观力学响应特性具有很好的一致性。模型实验作为研究岩土力学性状的重要源泉,是把握岩土变形特性和建立、检验与改进岩土本构模型的必要手段,同时也为地基处理、隧道开挖和边坡支护等工程设计提供重要的参考依据。本论文将基础模型按照实际基础同比例缩小进行实验,利用显微镜和数码相机拍摄土体的连续变化过程,得到的图像用MiVnt图像分析软件对土体的细观基本结构、土颗粒的方向性和土体孔隙比进行研究,颗粒基本结构的研究包括颗粒的面积、长短轴和偏心度,土颗粒的方向性主要是研究长轴与水平夹角的变化情况,以及研究分析区域土体孔隙比的变化特征,通过这些参数的变化来研究桩基础在上拔作用下土体破坏前后的土颗粒特征。无标点的数字照相变形量测系统是同济大学李元海博士等研究与开发的,适合于岩土模型变形量测的一种技术应用系统。该系统能根据数字图像基本组成元素的颜色,对连续拍摄的模型试验照片序列识别出与初始照片上设定的量测点的对应点。采用像素块的追踪算法完成位移的计算,而借用FEM四边形等参单元的概念进行应变的计算。本论文将利用该系统,追踪地基的渐进性变形与破坏过程,捕捉地基的变形模式、滑动剪切面位置形状和剪切带特征。为研究砂土在上拔荷载下的全场变形和局部化变形的产生、发展和演化特点进行了量测和定量分析。最后将MiVnt图像分析软件得到的结论与无标点的变形量测分析结果和宏观力学现象作对比分析,结果表明,物理模型试验图像的细观结构的变化特征,反应了土体的宏观力学响应特性,表征了通过对土体的细观结构变化来反应土体破坏前后的强度和变形的可研究性。

关键词：砂土桩基础上拔荷载物理模型试验无标点数字照相细观结构定量分析