水平靜動(dòng)荷載下單樁受力特性的顆粒流數(shù)值模擬.pdf

1、本文借助于基于離散元理論的顆粒流(PFC)程序在處理土與結(jié)構(gòu)物的相互作用、大變形與破壞等方面的優(yōu)勢(shì)以及能模擬砂土顆粒細(xì)觀特性等特點(diǎn)，利用結(jié)構(gòu)相似理論建立了樁．土縮尺模型，在模型和原型自重絕對(duì)等效的基礎(chǔ)上，對(duì)樁基礎(chǔ)承受水平靜動(dòng)荷載時(shí)水平受荷樁的受力特性及土體在受荷過程中的細(xì)觀結(jié)構(gòu)反應(yīng)進(jìn)行了顆粒流數(shù)值模擬。 本文的研究從程序編制、計(jì)算機(jī)模擬、模擬結(jié)果對(duì)比分析三個(gè)方面完成，所做的工作主要為： 1．進(jìn)行了水平受荷單樁承載特性的靜

2、力分析，研究了樁、土特性如樁徑(D)、樁周土體內(nèi)摩擦系數(shù)μ對(duì)樁-土相互作用的影響； 2．進(jìn)行了正弦波激勵(lì)下的樁基動(dòng)力位移響應(yīng)的顆粒流模擬，分析了動(dòng)荷載振動(dòng)頻率f、振動(dòng)幅值α<,max>、樁頂約束條件、上部結(jié)構(gòu)質(zhì)量等因素的變化對(duì)樁橫向振動(dòng)響應(yīng)的影響。 通過以上仿真模擬，主要研究成果如下： 1．在樁前土體中離砂土表面約為0.45倍的樁入土深度處，存在一個(gè)“應(yīng)力核”。樁身土壓力分布呈轉(zhuǎn)動(dòng)中心以上的拋物線形和轉(zhuǎn)動(dòng)中心下的

3、直線形，從樁頂非線性增大到0.45倍的樁入土深度處(“應(yīng)力核”位置)，再近似線性減小到轉(zhuǎn)動(dòng)中心處的零值，最后線性增大到樁底最大值； 2．樁體受側(cè)向荷載時(shí)，對(duì)樁頂位移影響因素最大的是樁徑，其次是土層性質(zhì)，最后是樁身材料模量。這樣，在進(jìn)行水平承載樁基設(shè)計(jì)時(shí)，如果工程對(duì)樁頂位移有嚴(yán)格的小位移要求，則考慮用更大直徑的樁徑以減小樁頂?shù)膫?cè)向位移；而樁體材料模量對(duì)樁側(cè)向位移影響較小，因而在工程設(shè)計(jì)時(shí)采用增大混凝土標(biāo)號(hào)等手段對(duì)減小樁身側(cè)向位移作

4、用不太明顯，可以考慮用低標(biāo)號(hào)混凝土(在滿足施工要求的前提下)。 3．水平動(dòng)荷載作用下，樁的橫向最大位移響應(yīng)和速度響應(yīng)出現(xiàn)在樁頂，所以實(shí)際工程中承臺(tái)與樁頭的連接處往往是震害頻發(fā)部位； 4．簡(jiǎn)諧波的振動(dòng)頻率和加速度幅值、上部結(jié)構(gòu)質(zhì)量和樁頂約束條件等四種單因素中，振動(dòng)頻率、加速度幅值及樁頂上部結(jié)構(gòu)質(zhì)量是影響單樁橫向動(dòng)力響應(yīng)的主要因素，單樁的橫向動(dòng)力響應(yīng)隨地震基本加速度和樁頂上部結(jié)構(gòu)質(zhì)量的增大而增大，對(duì)場(chǎng)地振動(dòng)頻率的變化尤其敏感