桩土相互作用
桩土相互作用
桩土相互作用研究综述1 桩土相互作用的研究现状桩土相互作用问题属于固体力学中不同介质的接触问题,表现为材料非线性(混凝土、土为非线性材料)、接触非线性(桩土接触面在复杂受荷条件下有黏结、滑移、张开、闭合4形态)等,是典型的非线性问题。
为了能够全面地评价桩土的相互作用问题,通常需要确定桩、土体各自的应力和应变以及接触区域处位移和应力分布的数据,对影响桩土相互作用的各因素进行全面研究。
研究桩土相互作用问题需要考虑的因素有:(a)土的变形特征;(b)桩的变形特征;(c)桩的埋置深度;(d)时间效应(土的固结和蠕变);(e)外部荷载的形式(静载或动载);(f)施工顺序(即开挖、排水以及基础和上部结构施工各个阶段的影响)。
目前桩土相互作用的研究方法主要有理论分析法和试验方法。
1.1理论分析方法理论分析方法分为经典理论分析方法和数值分析方法。
1.1.1经典理论分析法(1)弹性理论法。
以Poulos方法为代表。
假定桩和土为弹性材料,土的杨氏模量ES或为常数或随深度按某一规律变化。
由轴向荷载下桩身的压缩求得桩的位移,由荷载作用于半无限空间内某一点所产生的Mindlin位移解求得桩周土体的位移。
假定桩土界面不发生滑移,即可求得桩身摩阻力和桩端力的分布,进而求得桩的位移分布。
如果假定Mindlin位移解在群桩的情况下仍旧适用,则弹性理论法可以被推广至群桩的相互作用分析中。
(2)剪切位移法。
以Cooke等为代表。
根据线性问题的叠加原理,可将剪切位移法推广到群桩的桩土相互作用分析中。
Nogami等基于上述思想再把每根桩分成若干段并考虑地基土分层特性,得到比Mindlin公式积分大为简化的数值计算方程组。
剪切位移法的优点是在竖向引入一个变化矩阵,可方便考虑层状地基的性况,均质土不需对桩身模型进行离散,分析群桩时不依赖于许多共同作用系数,便于计算。
(3)荷载传递法。
荷载传递法本质为地基反力法。
根据求取传递函数手段的不同,可将传递函数法分为Seed等提出的位移协调法和佐腾悟等提出的解析法。
概析桩-土相互作用机理
概析桩-土相互作用机理1、引言当上部结构的荷载较大、适合于作为持力层的土层埋藏较深，并且采用天然浅基础或仅作简单的人工地基加固仍不能满足要求时，常采用的一种方法就是做桩基础。
把结构支撑在桩基础上，荷载通过桩传到深处的坚硬岩土上，从而保证建筑物满足地基稳定和变形容许量的要求。
桩通过其侧面和土的接触，將建筑荷载传递给桩周围的土体，或者传递给更深层的岩土，从而获得较大的承载能力以支撑上部的大型建筑物。
因此，研究桩土间的相互作用机理不仅能够对基础设计提供合理参考，在桩基施工过程中也可对安全施工做出贡献。
桩-土共同作用问题是地基基础与上部结构共同作用问题中的一个分支，研究地基基础与上部结构共同作用的理论，重要的是解决桩、地基土和基础之间共同作用的问题。
在该课题研究的几种方法中，比较完整的三维空间分析方法系由Hongladaromp等人和Hian提出。
进几十年来来，随着国内基础建设的兴起，桩基基础在全国各地都被广泛采用，桩-土共同作用机理也越来越被重视，许多学者采用各种试验方法并取得了不少有价值的研究成果。
但因为地下空间的复杂，影响桩-土共同作用的因素繁多，使桩-土共同作用问题研究仍然存在尚未解决的问题。
因此，本文将对这些具有代表性的研究成果进行简单的回顾，并阐述当今桩-土共同作用研究中存在的问题和今后的发展方向。
2、桩-土共同作用研究现状近年来，桩-土共同作用问题被广泛研究，主要影响因素有上部荷载形式以及桩型选取和土性变化，而桩型和土性影响可以归为桩-土界面影响因素。
下面主要详细介绍近几十年来桩-土共同作用机理研究进展。
80年代，费勤发等对建筑荷载下复杂的单桩位移影响系数以及桩对桩位移影响系数的计算给出了简易解法。
并且对单桩的一系列参数给出可以笔算的解析式。
将桩对桩以及桩对土的位移影响系数计算归并于单桩位移影响系数计算公式中。
将简化计算解与精确解进行详尽的比较和细致的分析给出简化计算解的最大相对误差范围，而简化计算结果足以满足工程要求。
考虑桩土相互作用的长桩基础打桩过程中桩身变形研究
考虑桩土相互作用的长桩基础打桩过程中桩身变形研究目录1. 内容描述 (2)1.1 研究背景及意义 (3)1.2 国内外研究现状 (4)1.3 研究内容及目的 (5)2. 理论基础 (6)2.1 桩土相互作用理论 (7)2.2 桩身变形理论 (8)2.3 长桩基础设计规范及代码 (10)3. 数值模拟方法 (11)3.1 有限元分析软件及模型建立 (12)3.2 桩土相互作用模型边界条件及参数确定 (14)3.3 仿真模拟方案及精度验证 (15)4. 实验研究方法 (16)4.1 实验平台及装置 (17)4.2 试验材料及模型制作 (18)4.3 桩身变形测量方法 (19)5. 研究结果 (21)5.1 桩身变形规律分析 (22)5.1.1 桩长对桩身变形的影响 (23)5.1.2 围岩性质对桩身变形的影响 (24)5.1.3 打桩工艺对桩身变形的影响 (25)5.2 影响因素耦合效应分析 (26)6. 结论与展望 (28)6.1 研究结论 (29)6.2 学术意义及应用价值 (30)6.3 今后研究方向 (31)1. 内容描述本文档旨在全面探讨考虑桩土相互作用的长桩基础打桩过程中的桩身变形特性。
在现代建筑和工程领域,长桩基础因其强度大、适应性广而广泛应用于高层建筑、桥梁工程以及海洋平台等大型结构中。
为确保结构的稳定和安全,深入研究桩土相互作用下的桩身变形极为重要。
首先是桩土接触的动态过程研究,通过分析桩土接触表面应力、应变分布和动力响应,理解桩身受力机制和动态变化规律。
其次,是桩身变形模式的判别,运用弹性动力学理论,结合时域动态仿真,分析桩身在不同打桩阶段的变形演化特性。
此外,还需分析桩土互作的频率响应特性以及桩间土对桩身变形的影响,提炼出桩土系统相互作用下的桩身频率与谐振特性。
此外,本文档还将综合考虑施工参数对桩身变形的影响,比如桩径、打桩顺序、锤击力度等因素。
通过对这些关键参数的控制,研究其在打桩过程中的动力响应特性,以获得最优化的桩身变形控制方案。
桩-土-桩相互作用有限元接触分析
桩-土-桩相互作用有限元接触分析摘要：桩土体作为一个共同工作的系统，广泛存在于土木工程实践中，是典型的接触问题之一，对桩-土-桩相互作用的研究也是工程十分关心的，其中桩身摩阻力的分布更是关键所在。
本文基于有限元数值分析方法软件对此进行了深入研究。
关键词：有限单元法；接触非线性；桩土相互作用；桩侧摩阻力中图分类号：TU43 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2010）11-0108-020 引言桩土相互作用问题的实质是固体力学中不同介质的接触问题，具体表现为材料非线性、接触非线性等。
目前，有限单元法是解决复杂空间结构静、动力问题、弹塑性问题最有效的数值方法之一。
本文对桩土相互作用中接触问题进行分析时主要采用接触非线性有限元法，利用ABAQUS有限元软件进行研究。
1 ABAQUS软件概述ABAQUS是功能强大的有限元法软件[1,2]，提供了广泛的功能且使用起来十分简明。
对于非线性分析，ABAQUS能自动选择合适的荷载增量和收敛精度，且拥有十分丰富的、可模拟任意实际形状的单元库。
2 ABAQUS桩土接触分析中需解决的问题2.1 单元类型的选择在接触模拟中采用二阶单元会引起接触面上等效节点力的计算出现混淆，因此接触面两侧的单元一般不宜采用二阶单元，只能采用线性单元。
2.2 主从接触面的建立可以通过定义接触面（surface）来模拟接触问题，本文所涉及的桩土体之间的接触面主要有两类：①桩侧单元构成的柔性接触面（桩侧土体表面）或刚性接触面（桩表面）；②桩底土体一般采用节点构成的接触面，选取桩底土体节点时，不包含己定义在柔性接触面上的节点。
在模拟过程中，接触方向总是主面的法线方向，从面上的节点不会穿越主面，但主面上的节点可以穿越从面。
一般遵循以下原则：①应选择刚度较大的面作为主面，对于刚度相似的两个面，应选择网格较粗的面作为主面；②主面不能是由节点构成的面，并且必须是连续的；③如果接触面在发生接触的部位有很大的凹角或尖角，应该将其分别定义为两个面；④如果两个接触面之间的相对滑动小于接触面单元尺寸的20%，选用小滑动，否则选用有限滑动。
上拔力作用下桩土相互作用数值分析
上拔力作用下桩土相互作用数值分析桩土相互作用是岩土工程中一个重要的研究课题，它影响着桩基工程的稳定性和承载力。
在实际工程中，桩土相互作用通常通过数值模拟方法进行研究。
其中，上拔力作用下桩土相互作用是一种具有挑战性的情况，需要进行细致的分析和研究。
首先，需要了解上拔力作用的原因。
上拔力是指桩基在土体中受到的由土体侧向位移引起的上拉力，这种力会对桩基产生一定的影响。
在实际工程中，上拔力的作用可能会导致桩基的稳定性降低，甚至引起桩基的失稳。
其次，需要建立合适的数值模型来模拟上拔力作用下的桩土相互作用。
数值模拟可以通过计算机软件对桩土相互作用进行模拟和分析，得出相关的计算结果。
在建立数值模型时，需要考虑土体的本构模型、桩基的几何形状和材料性质等因素，以确保模拟结果的准确性和可靠性。
接下来，可以通过数值模拟来分析上拔力作用下的桩土相互作用。
具体包括以下几个方面：1.桩基的受力特性：通过数值模拟可以得到桩基在受到上拔力作用时的受力状态，包括桩身和桩端的受力情况。
这有助于评估桩基的承载力和稳定性。
2.土体的变形特性：土体在受到上拔力作用时会发生一定的变形，数值模拟可以模拟土体的变形过程，并得到相应的位移、变形和轴力等信息。
3.拔桩过程的影响：在实际工程中，拔回桩基时可能会受到一定的阻力，这种阻力会对桩基产生一定的影响。
数值模拟可以模拟拔桩过程，并分析阻力的影响。
最后，需要对数值模拟结果进行验证和分析。
通过将数值模拟结果与实测数据进行对比，可以验证模拟结果的准确性和可靠性。
同时，对模拟结果进行分析，得出结论并提出相应的建议，以指导工程实践。
总之，上拔力作用下桩土相互作用的数值分析是一个复杂的工程问题，需要综合考虑土体、桩基和其他相关因素，通过建立数值模型进行模拟和分析，得出相应的结论和建议，以确保桩基工程的安全和稳定性。
基于abaqus的桩土相互作用分析
基于abaqus的桩土相互作用分析桩土相互作用是土木工程中的重要研究领域，它关注的是桩与土壤之间的相互作用效应。
桩土相互作用分析对于确定桩基承载力和变形特性等参数具有重要的意义。
ABAQUS作为一个常用的有限元分析软件，可以用来进行桩土相互作用分析。
首先，进行桩土相互作用分析需要建立适当的有限元模型。
对于桩土相互作用的分析，一般需要包括桩身、土体和桩的相互作用界面等部分。
桩体可以是直桩、摩擦桩或末端摩擦桩等形式，土体可以是均质土或非均质土。
在建立有限元模型时，需要根据实际情况选择合适的单元类型和材料模型，以准确描述桩和土体的力学性质。
其次，进行桩土相互作用分析需要对桩土相互作用界面应用适当的边界条件。
桩与土体之间的相互作用主要是通过桩土界面传递负荷和变形。
在建立有限元模型时，需要对桩土界面施加适当的应力或位移边界条件，以模拟桩与土壤之间的相互作用过程。
然后，进行桩土相互作用分析需要定义合适的荷载和加载方式。
在实际工程中，桩往往要承受来自地震、风荷载、交通荷载等多种荷载的作用。
在进行桩土相互作用分析时，需要根据实际情况选择合适的荷载和加载方式，并将其应用于有限元模型中。
最后，进行桩土相互作用分析后需要对分析结果进行评估和解读。
ABAQUS可以输出桩的承载力、桩身和土体的变形等关键参数，通过对这些参数进行分析和解读，可以评估桩土相互作用的性能。
总之，基于ABAQUS的桩土相互作用分析可以通过建立合适的有限元模型、施加适当的边界条件、定义合理的荷载和加载方式，并对分析结果进行评估和解读，来分析桩土相互作用的行为和参数。
这对于土木工程中的桩基设计和施工具有重要意义。
桩土共同作用研究综述
桩土共同作用研究综述摘要：现如今桩基础在高层建筑、桥梁及港口工程中应用十分广泛。
通过桩土共同作用理论的分析，探究如何充分发挥出地基土的承载能力，从而实现桩土相互作用以达到提高桩基础的经济性、安全性、耐久性是一个十分有意义的课题。
本文对近年来国内外桩土共同作用理论研究的发展进行了归纳总结。
关键词：桩基础；桩土共同作用；地基承载力；研究现状引言桩基础具有承载力高、稳定性好、沉降量小，便于机械化施工等优点，所以与其他深基础相比，桩基础的应用最为广泛。
而在传统桩基础设计中通常只考虑桩来承担上部传来的所有荷载，而地基土的承载力不能得到发挥造成了较大的浪费。
在竖向荷载作用下，桩体发生弹性压缩变形，桩与桩侧土体产生相对位移形成向上的桩侧摩阻力，另一部分荷载通过桩身传至桩底使桩底土层产生压缩变形，桩端土对桩体产生桩端阻力，地基土在保证地基稳定性中起到了至关重要的作用，所以说，土与桩体之间的相互作用关系是研究桩基承载力设计时极为重要的一个环节。
国内外研究现状1988年，杨克己[1]等人通过模型试验研究提出桩间土在受荷过程中有迟后作用，若要使桩间土能够承担上部传来的荷载需满足的条件有：基础下的土体不产生自重固结沉降、湿陷等情况造成基础脱空；基础的荷载需大于其极限荷载，桩距需大于3.5桩径或边长，入土深度需大于1.5倍基础宽度；桩尖土的刺入变形大于桩间土的压缩变形。
1991年，杨军[2]等人通过自编的有限元软件FHDJ程序，对水泥粉煤灰碎石桩复合地基受荷进行分析，提出在基础与桩之间铺设褥垫层能够有效协调桩土之间的变形，为桩土共同作用提供了保证。
1991年，Y.K.Chow[3]采用线性弹性模型，考虑各桩周围土体的杨氏模量的径向变化，对荷载作用下群桩的沉降进行了分析。
并通粘土群桩现场试验实例的分析，论证了土的弱化区对桩-土相互作用的影响。
1995年，宰金珉[4]提出影响桩土荷载分担的主要因素有桩距、名义单桩平均荷载等。
深基坑桩锚支护结构和土体之间协同作用
深基坑桩锚支护结构和土体之间协同作用现如今，对于深基坑桩锚支护结构的研究越来越深入，但是，其与土体之间的协同作用分析比较少。
对此，本文首先对桩锚支护结构的应用范围进行介绍，然后桩锚支护与土体相互作用进行详细探究。
标签：桩锚支护结构;支护特点;协同作用1、引言在深基坑施工中，桩锚支护结构可起到主动支护的作用，能够有效降低土体结构的下滑力，保证深基坑结构稳定性。
在国内外很多深基坑工程研究中，都有对于预应力锚索与土体、支护桩与土体相互作用的研究，但是，对于桩锚支护结构与土体之间协同作用的分析并不全面，因此，亟需对深基坑桩锚支护结构和土体之间协同作用进行深入研究。
2、桩锚支护结构的支护特点和适用范围支护桩与锚杆支护可作为一种整体加固结构，通过土压力变化情况，即可显示出实际支护效果。
在深基坑开挖施工中，如果桩身结构受到基坑底部水压力、基坑以外土体等因素的影响，就会发生侧向移动，同时还会向坑内发生倾斜。
在支护桩锚固范围中，深基坑土体中会产生被动土压力，同时，支护桩也会向深基坑内侧发生倾斜，二者可发挥相互抗衡的作用，同时，锚杆预应力还可有效抵御土体压力。
如果在桩锚施工中，在锚固范围内，锚杆加固与土体被动土压力的综合大于支护桩主动土压力，则能够达到良好的支护效果。
3、支护桩与土体的协同作用支护桩是由锚固段侧向地基岩土抗力抵抗土压力的横向受力桩，桩后土压力的传递方式：第一，桩身嵌入基坑坑底以下的部分产生的抵抗矩;第二，桩侧土体与桩身的负摩阻力。
维持基坑的稳定是靠多种因素共同决定的，依靠以上两种方式，将桩后土体压力进行传递，直到离桩身较远的稳定地层，以其未被扰动的特性抵消这部分土压力。
支护桩与土体互相作用可以从以下几个方面着手：（1）支护群桩与土体作用时产生的土拱效应，掌握其荷载的传递机理。
（2）支护桩与土体相互作用时，作用在桩后土压力分布形式的确定，不同土质条件就决定了其分布形式的不同，矩形是比较常见的形式，此外还有三角形、梯形等分布形式;再加上基坑周边荷载对支护桩的作用，受力形式的简化要尽可能准确。
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桩土相互作用研究综述
1 桩土相互作用的研究现状
桩土相互作用问题属于固体力学中不同介质的接触问题,表现为材料非线性(混凝土、土为非线性材料)、接触非线性(桩土接触面在复杂受荷条件下有黏结、滑移、张开、闭合4形态)等,是典型的非线性问题。
为了能够全面地评价桩土的相互作用问题,通常需要确定桩、土体各自的应力和应变以及接触区域处位移和应力分布的数据,对影响桩土相互作用的各因素进行全面研究。
研究桩土相互作用问题需要考虑的因素有:(a)土的变形特征;(b)桩的变形特征;(c)桩的埋置深度;(d)时间效应(土的固结和蠕变);(e)外部荷载的形式(静载或动载);(f)施工顺序(即开挖、排水以及基础和上部结构施工各个阶段的影响)。
目前桩土相互作用的研究方法主要有理论分析法和试验方法。
1.1理论分析方法
理论分析方法分为经典理论分析方法和数值分析方法。
1.1.1经典理论分析法
(1)弹性理论法。
以Poulos方法为代表。
假定桩和土为弹性材料,土的杨氏模量ES或为常数或随深度按某一规律变化。
由轴向荷载下桩身的压缩求得桩的位移,由荷载作用于半无限空间内某一点所产生的Mindlin位移解求得桩周土体的位移。
假定桩土界面不发生滑移,即可求得桩身摩阻力和桩端力的分布,进而求得桩的位移分布。
如果假定Mindlin位移解在群桩的情况下仍旧适用,则弹性理论法可以被推广至群桩的相互作用分析中。
(2)剪切位移法。
以Cooke等为代表。
根据线性问题的叠加原理,可将剪切位移法推广到群桩的桩土相互作用分析中。
Nogami等基于上述思想再把每根桩分成若干段并考虑地基土分层特性,得到比Mindlin公式积分大为简化的数值计算方程组。
剪切位移法的优点是在竖向引入一个变化矩阵,可方便考虑层状地基的性况,均质土不需对桩身模型进行离散,分析群桩时不依赖于许多共同作用系数,便于计算。
(3)荷载传递法。
荷载传递法本质为地基反力法。
根据求取传递函数手段的不同,可将传递函数法分为Seed等提出的位移协调法和佐腾悟等提出的解析法。
荷载传递法可较好地模拟单桩性状。
由于没有考虑土体的连续性,荷载传递法一般不能直接用于群桩,除非经分层积分位移迭代或与有限元耦合。
1.1.2数值分析方法
随着计算机技术的不断发展,计算机处理非线性问题的能力有了极大的提高,以有限元法为主的数值分析方法逐渐成为桩土相互作用分析的最有效方法。
汪克让等采用Biot固结理论,使用8结点等参元、无界元、接触面单元对桩土体系进行离散,通过分析土体固结过程中地面的沉降特性,研究桩间土承受荷载的可能性。
张崇文等提出一种解决三维空间桩与土相互作用的有限层-有限元混合模型,将半无限空间问题转化为准二维平面问题进行求解。
王玉杰等应用有限棱柱单元、无限棱柱单元离散桩土体系,在计算中用理想弹塑性弹簧模拟桩土之间的相互作用,对在集中荷载作用下由4根长桩组成的群桩与土相互作用体系进行了三维弹塑性分析。
黄昌礼等通过在土和桩之间设置接触面单元,对某工程的2个剖面进行桩土相互作用平面非线性有限元分析,以详细了解桩及土的变形场及应力场分布。
娄亦红等使用有厚度的接触面单元与有限元、无界元相耦合进行数值分析,求解桩土相互作用体系的应力和变形,计算结果与现场观测数据能较好地吻合。
1.2试验方法
1.2.1室内模型试验
限于人力、物力、财力、时间或其他因素无法进行现场原型试验时,模型试验成为研究问题的一种有效方法。
室内模型试验主要有常规模型试验和离心模型试验。
（1）常规模型试验。
王幼青等在实验室进行了不同桩距和桩数的模型桩基础载荷试验,通过试验认识到桩距和桩数对土体相互作用的影响规律。
黄海峰等通过改进的三轴试验,研究了碎石桩复合地基横向桩土的相互作用,提出碎石桩复合地基的桩土相互作用可用桩土相互作用系数kps表征。
杨进等按10∶1的比例,进行了黏性土质条件下的群桩施工模拟试验。
通过试验,研究了群桩条件下的桩土相互作用,得出群桩作用对土应力场的影响关系。
（2）离心模型试验。
离心模型试验可在高重力场条件下全仿真模拟施加荷载及挖方、填方等施工过程,但试验费用较高,试验规模很大,周期较长。
1.2.2现场原型试验
在桩基工程中,最能说明问题的是群桩或单桩的原型试验。
河海大学岩土工程科学研究所为研究PCC桩复合地基理论开展了包括单桩静载荷试验,复合地基静载荷试验,静力触探,小应变测试,表面沉降观测,分层沉降观测,地下水平位移观测,桩顶、桩间土压力观测在内的大量现场试验,论证了其加固软土地基的可行性和科学性,同时也为PCC桩桩土相互作用的研究提供了第一手资料。
2存在的问题
从Winkler模型提出到现在,人们对桩土之间的相互作用进行了大量有益的理论分析和
试验研究,取得了不少成果,但还存在不少问题。
2.1理论分析问题
2.1.1经典理论分析法
经典理论分析法发展较为完善,目前已经进入群桩分析研究阶段,可以用于桩筏基础分析,是目前数值方法无法处理大范围问题时的必要替代。
但必须注意到使用经典理论分析法分析桩土相互作用时,不能很好地描述对桩相互作用影响很大的桩土接触面的力学特性。
2.1.2数值分析方法
数值分析法存在的问题主要有接触面的处理、材料的本构、计算参数的选用、计算机容量的限制等。
（1）接触面问题。
为了更好地反映桩与土间的相互作用,真实模拟桩与土体接触面上的力学行为,需要在桩土之间设置接触面单元。
目前常用的接触面单元主要分为3类:以Goodman为代表的无厚单元，以Desai为代表的薄单元，以Katona为代表的接触摩擦元。
虽然接触面单元较多,但有的单元并不能完全反映桩土间的相互作用力学机理,因此需要针对所要研究的桩型选用恰当的单元形式来描述桩土间的接触特性,必要时通过专门试验,确定接触面单元的本构。
（2）材料本构问题。
由于土的突出非线性,到目前为止,还没有哪个本构模型可以体现土的各种特性。
不同土的本构,往往针对某个问题才具有合理性,因此要根据所研究的问题灵活选用土体本构。
较土而言,混凝土材料的本构要简单的多。
混凝土的本构,在低应力情况下,通常采用线弹性模型;在进行桩的极限状态分析时可选用损伤本构模型。
（3）计算参数的选用问题。
现场土体的性质很不均匀,且各向异性,选取计算参数比较困难。
实际计算时,往往对某一段范围内土体进行简化。
另外,用仪器很难测定地基的侧压力系数,其一般按经验公式取值,带有随意性。
计算参数取值不同,计算结果也不同,这将影响数值分析的可信度。
（4）计算容量有限。
无论是有限元法还是其他的数值计算方法,计算模型大多比较简单,这是因为目前的计算机内存容量还不足以处理大规模的非线性三维模拟问题,严重制约着复合地基的三维分析。
鉴于以上难题,目前的理论分析只有在评价影响桩的工作性状参数时才有意义。
2.2试验问题
由于不能模拟自重应力条件,桩的小比例尺模型试验无法准确地观测到桩基深处土层在实际应力条件下的性状及其与桩的相互作用。
室内试验存在着尺寸效应。
而桩的现场静载荷
试验,因影响因素过多,必须经过大量的试验积累,才能找出规律。
3今后发展的方向
3.1接触面本构的完善
桩土作为整体进行数值建模时,关键是桩土接触面的处理问题。
虽然接触面单元较多,但有的单元并不能正确反映桩土间的相互作用力学机理,因此需要针对所研究的桩型选用恰当的单元形式来描述桩土间的接触特性,寻找一个恰当的接触面本构。
3.2计算方法的改进
计算方法的改进方式主要有:(a)有限元法自身完善,如广义位移法在土-结构相互作用问题分析中的应用。
(b)有限元法与其他方法相结合,如有限元与无界元耦合,有限元与有限层耦合,以及有限元法同经典理论分析方法相结合等。
(c)新方法不断涌现,如目前备受岩土工程界注意的神经网络,十分适合处理类似于桩土相互作用这种非线性十分突出的力学问题。
虽然还没有神经网络用于桩土相互作用研究的报道,但可以相信其前景十分广阔。
3.3数值分析方法与室内外试验相结合
模型试验和数值分析相结合,进行优势互补,是桩土相互作用分析领域的发展方向之一,其最终目的是提出和验证更为简单有效的计算方法。
例如,将离心试验与数值分析相结合,参照离心模型试验的加载过程,采用数值方法模拟模型的应力和变形,将结果与离心试验结果进行比较,以验证数值分析方法的合理性,再采用数值分析方法计算原型的应力和变形。
4结语
接触面问题是桩土相互作用分析中最为突出的问题,针对桩型采用恰当的接触面单元,是保证桩土相互作用数值分析正确性的首要任务。
限于当前的计算机技术水平,桩土相互作用的研究需要探索更好的计算方法,模型试验为其提供了便利。
模型试验与数值分析方法相结合是今后桩土相互作用研究的一大发展方向。