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文檔簡介
1、在沿海地區(qū)存在深厚飽和軟土下臥層,而且往往固結(jié)排水條件不良和流變性明顯。因此,考慮時間效應(yīng)的樁-筏基礎(chǔ)體系共同作用研究十分必要。樁-筏基礎(chǔ)體系共同作用的時間效應(yīng)問題是一項富有挑戰(zhàn)性的基礎(chǔ)性和實用性課題。事實上,考慮時間效應(yīng)的共同作用問題,特別是邊界條件復(fù)雜的情況下很難依靠實驗觀測手段進(jìn)行全面分析,建立在成熟理論框架上的數(shù)值模擬方法成為目前共同作用時間效應(yīng)分析的主要途徑和手段。目前,圍繞共同作用時間效應(yīng)的研究己取得較深入和全面的成果。但由
2、于當(dāng)時計算技術(shù)條件和理論的限制,概括地說具有如下特點和局限性:一、大多基于半解析半數(shù)值分析方法,無法適應(yīng)邊界條件復(fù)雜的情況(如載荷多樣、接觸條件和結(jié)構(gòu)樣式復(fù)雜等);二、大多簡化成二維平面應(yīng)變模型無法真實反映體系三維空間效應(yīng)和考慮上部結(jié)構(gòu)的影響。三、由于固結(jié)數(shù)值計算的復(fù)雜性和求解繁瑣性,大多數(shù)研究成果簡化了基礎(chǔ)與地基土接觸界面行為的數(shù)學(xué)物理描述,無法真實反映基礎(chǔ)與地基土之間例如滑動、脫空等接觸界面行為;四、大多采用地基模型局限在線彈性范圍
3、或簡單元件流變模型,在高荷載狀態(tài)下,不能真實地反映地基土本構(gòu)特性及其對共同作用體系中內(nèi)力分布與變形發(fā)展的影響。本文基于已有研究成果的特點和局限性,更合理全面地考慮影響共同作用時間效應(yīng)的諸如接觸界面行為、地基彈塑性特性和上部結(jié)構(gòu)剛度的影響等各種因素,通過建立更符合實際的數(shù)值模擬模型及相應(yīng)的數(shù)值計算,深入地探討和分析樁-筏基礎(chǔ)共同作用體系的協(xié)同工作機(jī)制,對設(shè)計理論和工程實踐具有一定指導(dǎo)作用和參考價值。研究內(nèi)容主要包括如下幾個方面:
4、1.在簡化成平面應(yīng)變狀態(tài)下,應(yīng)用二維Biot固結(jié)理論,對于地基土采用彈塑性Mohr-Coulomb屈服準(zhǔn)則,利用基于罰接觸算法的Coulomb接觸對模擬基礎(chǔ)與土之間允許“滑動和脫空”界面接觸行為,對樁-筏基礎(chǔ)與地基共同作用體系(包括筏板基礎(chǔ)不完全共同作用體系和樁筏基礎(chǔ)不完全共同作用體系)進(jìn)行了二維彈塑性固結(jié)有限元數(shù)值分析。通過算例分析首先較為詳細(xì)地討論了加載后地基固結(jié)過程中超孔隙水壓力的消散規(guī)律及其相關(guān)的 Mandel-Cryer 效應(yīng)
5、與地基受力變形變化的聯(lián)系。進(jìn)一步地,對于不同樁長情況下的樁筏基礎(chǔ)不完全共同作用體系進(jìn)行了固結(jié)時效性對比分析,結(jié)合已有研究成果,概括出樁-筏基礎(chǔ)不完全共同體系時間效應(yīng)一般性的非單調(diào)時間變化特征。分析表明在一定樁長范圍內(nèi),隨著樁長的變化,樁-筏與地基不完全共同作用體系的非單調(diào)時間變化特征可以相互轉(zhuǎn)化,筏板基礎(chǔ)和深樁樁筏基礎(chǔ)呈現(xiàn)的時間變化特征只是此一般性特征的極限情況。并且通過對一般性樁長的具體算例,結(jié)合超孔隙水壓力場的消散分布變化規(guī)律,探討
6、了樁-筏基礎(chǔ)不完全共同作用體系一般性時間變化特征形成的機(jī)理和動因。此外,對樁筏基礎(chǔ)共同作用體系的平面應(yīng)變簡化固結(jié)分析的局限性進(jìn)行了討論。從而提出了當(dāng)沿平面內(nèi)方向樁的布置較稀疏或土滲透性較好時,進(jìn)行三維共同作用固結(jié)時間效應(yīng)分析的必要性。 2.在前述樁-筏基礎(chǔ)不完全共同作用體系時效性分析的基礎(chǔ)上,附加考慮了上部結(jié)構(gòu)剛度的影響,并通過建立三維有限元數(shù)值計算模型,合理地考慮了共同作用體系中地基土的空間效應(yīng)。應(yīng)用Blot固結(jié)理論、地基土M
7、ohr-Coulomb彈塑性屈服準(zhǔn)則,利用Coulomb 接觸對模擬樁基礎(chǔ)、筏基礎(chǔ)與土之間界面接觸行為,通過分別建立上部結(jié)構(gòu)-筏板基礎(chǔ)-地基完全共同作用體系和上部結(jié)構(gòu)-樁筏基礎(chǔ)-地基完全共同作用體系固結(jié)時間效應(yīng)分析三維有限元模型,對樁.筏基礎(chǔ)完全共同作用體系時間效應(yīng)進(jìn)行了三維彈塑性固結(jié)有限元分析,結(jié)合在真實三維狀態(tài)下超孔隙水壓力消散分布變化規(guī)律,進(jìn)一步探討了樁-筏基礎(chǔ)完全共同作用體系受力變形特性和協(xié)調(diào)機(jī)制的非單調(diào)時間變化特征及動因。分析
8、還表明上部結(jié)構(gòu)作為完全共同作用體系的一部分,其內(nèi)力變形特性同樣具有非單調(diào)的時間變化特征,其自身剛度也對體系時效性的影響也很顯著,并且此種影響呈現(xiàn)一定的有限性,不會隨上部結(jié)構(gòu)剛度的提高而無限增大。此外,從另一角度論證了共同作用固結(jié)時效性平面應(yīng)變分析的局限性和進(jìn)行三維完全共同作用分析的必要性。 3.以大型非線性有限元軟件 ABAQUS 為平臺,通過編制了 Fortran 語言接口程序,二次開發(fā)了 Perzyna 過應(yīng)力理論框架下的地
9、基土彈粘塑性模型(EVP),并實現(xiàn)了與 Biot固結(jié)理論有限元耦合數(shù)值計算。基于此彈粘塑性模型,首先探討了聯(lián)合考慮地基流變特性和固結(jié)作用時,地基土中超孔隙水壓力消散分布變化規(guī)律,論述了當(dāng)?shù)鼗亮髯兲匦悦黠@時,由粘性效應(yīng)和 Mandel-Cryer 效應(yīng)耦合作用下的超孔隙水壓力增長機(jī)理。其次,建立了完全、不完全共同作用體系彈粘塑性固結(jié)有限元數(shù)值模型,通過參數(shù)對比分析研究了流變特性對共同作用固結(jié)時間效應(yīng)的影響機(jī)制。分析表明考慮地基流變特性對
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