锤击管桩桩土相互作用研究

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锤击管桩被广泛应用于桥梁、建筑等大型工程基础之中,但锤击管桩剧烈的贯入过程,会对周围土体产生严重的挤土效应,从而对周边环境、建筑物等造成不利影响。锤击管桩贯入土体过程是非常复杂的动力学过程,涉及到几何大变形大位移、材料非线性以及桩土接触的非线性等难点问题,所以实现锤击管桩连续贯入土体过程中桩土相互作用的研究也显得非常的复杂,但具有很大的应用价值。所以本文在前辈们的基础之上对锤击管桩桩土相互作用问题进行相关研究。本文主要内容和结论有:(1)通过查阅大量相关文献资料,归纳总结桩土相互作用的研究现状,提出锤击管桩桩土相互作用的有限元模型和模型试验相关方案,制定本文的研究内容。(2)使用有限元理论详细分析桩锤与桩体发生接触撞击时产生能量交换,锤击桩与周围土体发生相对滑动与挤压作用过程。构建轴对称锤击管桩连续贯入土体简化模型,采用位移贯入法来等效桩锤锤击实现了桩体连续的贯入。(3)通过锤击管桩连续贯入土体有限元模型分析获知:模型桩周围土体单元在1~2R倍桩径范围内,土体单元被连续贯入的桩体挤压变形,发生大变形大位移。在桩身应力区处形成上口小下口大的宝瓶状,桩端处形成应力泡状。在锤击管桩贯入过程中,离桩越近的土体受挤压影响越大,随着距离的不断增大,土体的径向位移变得越来越小,超过3倍桩径之后,土体受到的压缩变形已经不太明显,径向影响范围大致9R内。土体表面隆起量随着距桩径方向距离的增大,隆起量也变得越来越小,大致在3R范围内土体表面隆起量最大。桩体贯入总阻力随着贯入深度的增大呈现似线性增长的规律。(4)通过室内锤击管桩连续贯入土体模型试验,验证了沉桩对周围土体应力应变、位移、土体表面隆起量随着距离桩径方向距离的增大,表现为不断减小趋势。在3R范围内,桩体对周围土体的挤土效果最剧烈,在9R范围之外,桩体对周围土体的作用效果非常微弱。以及桩体贯入总阻力随着贯入深度增长呈似线性增长趋势。(5)对比室内模型试验中连续贯入的桩体对周围土体挤压作用造成的应力、应变、位移以及沉桩阻力试验数据与数值模拟计算结果的差异性,曲线规律符合数值模拟计算结果,验证了本文构造的简化锤击管桩连续贯入土体模型合理性,为研究锤击管桩桩土相互作用这种复杂的非线性动力特性问题提供了一种很好的研究方法。
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