我国是洪涝灾害频发的地区,而沉桩作业是防汛抢险不可缺少的手段。目前,我国沉桩技术比较多样化,比如人工夯击式、大型静压桩机等方式。防汛抢险螺旋桩改善了沉桩过程中移动苦难、效率低等缺点,但仍有沉桩扭矩大、桩体不易储存、易生锈等问题。为了提升沉桩效率、降低沉桩阻力,本文从仿生曲面的仿真计算入手,对仿生螺旋桩沉桩过程进行仿真,并开展沉桩效果试验,研究了沉桩时仿生螺旋桩-土体之间的相互作用。1.通过SOLIDWORKS与ANSYS/LS-DYNA软件建立仿生曲面板在土壤上运动的仿真模型,进行模拟运算。参考仿生曲面板试验,确定最佳的仿生曲面尺寸。分析仿生曲面板与土壤接触的理论基础,结合土壤本构模型,在SOLIDWORKS中建立仿生曲面板与土壤的三维模型,通过ANSYS/LS-DYNA划分网格、定义材料、施加载荷及添加约束,最后在求解器中计算。2.对仿真计算结果进行分析。仿生曲面板在土壤上形成多组沟壑,土壤两侧隆起应力较大,中间凹陷应力较小。同时仿生曲面板的动能转化为土壤模型的内能,土壤内能随时间逐渐增大。观察仿真曲面板对土壤模型在X轴方向的阻力,稳定运动时均值为103N左右,对比仿生曲面板试验值误差不超过20%,证明了仿真模型的合理性可一定程度代替试验,为试验提供一定的参考。3.建立仿生螺旋桩-土体有限元模型,模拟沉桩入土过程,分析了土体应力与沉桩扭矩的变化。采用FEM-SPH耦合算法模拟仿生螺旋桩沉桩过程,与普通螺旋桩仿真结果对比,结果表明仿生螺旋桩对土体产生的应力比较小。由仿生螺旋桩的沉桩扭矩曲线可得,沉桩扭矩随沉桩深度逐渐增大,且存在大幅度波动情况。土体压力变化幅度较大,表现出受压又受拉的情况,最终小幅度波动平衡。4.针对仿生螺旋桩-土体仿真模型,进行仿生螺旋桩沉桩试验,分析沉桩扭矩与土体压力的试验数据,验证仿真模型的合理性。利用标定试验得到沉桩扭矩与土体压力公式,对试验结果处理分析,沉桩扭矩随着沉桩深度起伏式的上涨,存在多此大幅度波动现象,与仿真结果的沉桩扭矩变化基本一致。土体压力近似线性增大,再线性减小并波动维持稳态,与仿真土体压力变化趋势相同。通过与仿生螺旋桩沉桩试验对比,验证了仿真模型的合理性,证明通过仿真试验可以在一定程度上代替沉桩试验。