鋼-土接觸面本構(gòu)模型及其在鋼護(hù)筒嵌巖樁基承載性狀研究中的應(yīng)用.pdf

1、隨著三峽庫區(qū)港口碼頭的建設(shè)，大直徑鋼護(hù)筒嵌巖樁得到了較為廣泛的應(yīng)用。然而，鋼護(hù)筒嵌巖樁基面臨的接觸問題較傳統(tǒng)混凝土樁有很大的區(qū)別:①鋼護(hù)筒嵌巖樁與樁周土體的接觸問題為鋼-土接觸，不同于以往大量研究的樁-土接觸以及樁-巖接觸;②長江上游地區(qū)砂巖、泥巖分布廣泛，砂泥巖互層的地層較為普遍，鋼護(hù)筒嵌巖樁回填區(qū)上覆土層常為開挖的砂泥巖混合料，其力學(xué)性質(zhì)與傳統(tǒng)的砂性土、粘性土相差較大;③長江上游碼頭回填區(qū)覆蓋層土體，由于水位變化幅度較大，常年處于飽

2、和-非飽和的循環(huán)過程，鋼-土接觸面力學(xué)性質(zhì)隨飽和度的變化規(guī)律研究尤其重要。
　　本文設(shè)計研制界面剪切儀，研究接觸面力學(xué)特性;基于試驗結(jié)果，分析探討砂泥巖試樣顆粒級配、配合比、含水率以及干密度對鋼-土接觸面力學(xué)特性的影響;同時提出符合接觸面力學(xué)關(guān)系的本構(gòu)模型，給出本構(gòu)模型的數(shù)值模擬實現(xiàn)方法，本構(gòu)模型的實現(xiàn)方法應(yīng)用于鋼護(hù)筒嵌巖樁數(shù)值模中，研究鋼護(hù)筒嵌巖樁承載性狀。本文完成的主要工作以及取得的成果如下:
　　(1)設(shè)計研制界面剪切

3、儀，進(jìn)行鋼-土接觸面直剪試驗，設(shè)計不同級配、砂泥巖配合比、含水率以及干密度試驗，分析研究各因素對接觸面力學(xué)特性的影響;根據(jù)試驗數(shù)據(jù)，給出接觸面抗剪強(qiáng)度指標(biāo)隨各影響因素的變化關(guān)系;
　　(2)提出接觸面修正雙曲線本構(gòu)模型，即當(dāng)相對剪切位移較小時，剪應(yīng)力隨相對剪切位移的增加呈雙曲線增加，當(dāng)相對剪切位移增加到某一值時，剪應(yīng)力隨相對剪切位移的增加保持不變;給定模型參數(shù)的推導(dǎo)過程，得出模型參數(shù)的隨各影響因素的變化關(guān)系;
　　(3)給出

4、接觸面修正雙曲線模型的數(shù)值模擬方法。建立直剪試驗有限元模型，將數(shù)值模擬結(jié)果與試驗結(jié)果分析比較，確定有限元模型的正確性;通過設(shè)置無厚度單元、有厚度單元、不同厚度單元以及常規(guī)雙曲線與修正雙曲線模型的對比分析，確定數(shù)值模擬中接觸面單元采用有厚度單元且單元厚度d/B為1/10，修正雙曲線模型較常規(guī)雙曲線模型更為合理;
　　(4)基于接觸面修正雙曲線模型的數(shù)值模擬方法，進(jìn)行鋼護(hù)筒嵌巖樁承載性狀數(shù)值模擬。通過設(shè)置嵌巖深度3D、4D、5D，研究