橫向荷載下樁土交界面的分析與數(shù)值模擬

1、第30卷第16期2 0 0 4年8月山 西建筑SHANXI ARCHITECTUREVol. 30 No. 16Aug. 2004? 85文章編號：1009 26825 (2004) 1620084202橫向荷載下樁土交界面的分析與數(shù)值模擬王鵬楊林第30卷第16期2 0 0 4年8月山 西建筑SHANXI ARCHITECTUREVol. 30 No. 16Aug. 2004? 85圖訂有接融樁現(xiàn)測 點(diǎn)水平拉移記錄曲茲抽2無提伯曲觀離 點(diǎn)水平位移逗垠歯耀摘要：利用大型巖土軟件FLAC做了樁土接觸面的數(shù)值模擬 指岀在模擬樁承受橫向荷載時(shí)，使用接觸面模型更為合理。 關(guān)鍵詞：橫向荷載，接觸面，樁土，

2、數(shù)值模擬中圖分類號:TU470在分析樁與土的相互作用時(shí)，有關(guān)樁與土的接觸關(guān)系一直是 爭論的焦點(diǎn)。在相當(dāng)多的情況下，為了簡化計(jì)算，都將樁與土假 設(shè)為粘結(jié)在一起，即樁與土之間無滑動(dòng)，脫離。為了探討樁與土 的接觸問題，以下利用工程軟件FLAC3D2. 0,制作了樁的無接觸和有接觸兩種模型，并將計(jì)算結(jié)果加以對比，分析異同。1 FLAC3D的接觸面單元模型簡介如果加載以后，在樁周土體和樁之間并未產(chǎn)生顯著的相對滑 動(dòng)，那么就可以認(rèn)為兩者之間是協(xié)調(diào)的。不過，在多數(shù)情況下需要考慮交界面的相對滑動(dòng)、脫離、接觸以及周期性的閉合和張開。為了說明這種特性，應(yīng)采用一種特殊單元一一接觸面單元。該文的非線性本構(gòu)模型采用的是

3、國際通用大型線性、非線性靜動(dòng)力有限差分程序 FLAC3D中的Mohr2Coulomb彈塑性本構(gòu)模 型，并使用該程序自帶的接觸面單元模型。兩個(gè)物體接觸可能岀現(xiàn)三種狀態(tài)：1)粘式。兩物體的接觸點(diǎn)無相對運(yùn)動(dòng)，變形前后接觸點(diǎn)的局 部坐標(biāo)值相同。2)滑移。兩物體相接觸，但變形后接觸點(diǎn)間沿接 觸面有相對運(yùn)動(dòng)，沿接觸面法線方向兩接觸面坐標(biāo)相同。3)開式。兩物體表面某些部位并未接觸，但隨物體變形可能會(huì)接觸或某些 已接觸的部位隨物體的變形而脫離接觸，此時(shí)接觸約束釋放。FLAC3D中的接觸面(interface)可以比較好的模擬以上三種 狀態(tài)。其接觸單元具有摩擦角、內(nèi)聚力、膨脹角、法向剛度、剪切剛度及拉伸力等性質(zhì)

4、。接觸面是由三角平面(接觸單元interface elements)和相應(yīng)的節(jié)點(diǎn)(接觸節(jié)點(diǎn)interface nodes)組成。通常，接 觸單元(interface elements)可以在空間任何位置形成。兩個(gè)三角 形接觸單元可以組成一個(gè)四邊形。接觸節(jié)點(diǎn)(interface nodes)自動(dòng)在每一個(gè)接觸單元 (interface elements)的頂點(diǎn)產(chǎn)生。兩個(gè)面之 間力的傳遞通過接觸節(jié)點(diǎn)完成。2接觸面對樁水平承載力的影響為研究接觸面對樁的水平承載力的影響，做了有接觸單元和無接觸單元兩種，共計(jì)兩個(gè)模型。該模擬模型將接觸面(interface )設(shè)在土層面上，而將樁作為 目標(biāo)面(target

5、 face)。樁由于形狀規(guī)則，故接觸面網(wǎng)格較為均勻，形狀比較一致。2. 1觀測點(diǎn)的位移歷時(shí)變化曲線分析利用FLAC3D所特有的跟蹤記錄功能(即history )，在樁頭與 土的接觸處設(shè)置數(shù)值模擬觀測點(diǎn)。對觀測點(diǎn)的水平位移進(jìn)行全 程觀測，獲得觀測點(diǎn)位移值歷時(shí)變化曲線。如圖2、圖4所示，沒有設(shè)置接觸單元的樁其觀測點(diǎn)處的樁與,探討了接觸面的設(shè)置對樁水平承載力計(jì)算結(jié)果的影響文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A土的水平位移和豎向位移，從加重力場到施加水平荷載再到穩(wěn)定 狀態(tài)，始終閉合成一條曲線，隨著水平荷載的增大而不斷地加大 如圖1、圖3，設(shè)置接觸單元的樁，其觀測點(diǎn)處的樁與土的水平位 移和豎向位移，僅在土沒有開挖前保持一致；在

6、土被開挖、支盤樁 被灌注之后，施加水平荷載之前，兩者有細(xì)微的差別；在施加水平 荷載之后，兩者的差別逐漸明顯，隨著荷載的不斷加大，樁的水平 位移迅速增加，而土的水平位移則增長速度相對緩慢。圖3有接觸樁觀離團(tuán)4無接堆植觀需點(diǎn)豎同也移記錄曲蜒直豎向位轄記錄曲a2. 2兩種樁型相同水平荷載作用下位移值的對比在相同水平荷載1. 24e5N作用下的樁和土的位移值見表1。從表1中可見，當(dāng)設(shè)置接觸面時(shí)，樁的位移為(3. 0676e- 2) m ,同一 位置土的位移是(4. 9165e - 3) m，兩者相差將近26 mm，同樣，對 于其他的支盤樁，也有類似情況。這就說明接觸單元的設(shè)置較好 地模擬了接觸面的開裂

7、情況。而對于沒有設(shè)置接觸面(將樁與土 直接粘接起來)的模型，樁與土的水平位移完全一樣，即樁與土緊 密粘接在一起，這與實(shí)際情況完全不符。從計(jì)算結(jié)果來分析，設(shè) 置接觸單元的模型與沒有設(shè)置接觸單元的模型在樁的水平位移 上誤差大概在40 %左右，而在土的水平位移上誤差則在130 %第30卷第16期2 0 0 4年8月山 西建筑SHANXI ARCHITECTUREVol. 30 No. 16Aug. 2004? 85第30卷第16期2 0 0 4年8月山 西建筑SHANXI ARCHITECTUREVol. 30 No. 16Aug. 2004? 85收稿日期:2004204216作者簡介:王 鵬(1

8、9742),男,1995年畢業(yè)于太原工業(yè)大學(xué)工民建專業(yè)，助教,山西長治市職業(yè)技術(shù)學(xué)院，山西長治046000楊 林(19762),男 沖國礦業(yè)大學(xué)在讀碩士，江蘇徐州221006© J9f94-2Q0fr ("kina Ac.ade：ni£ Journal EteeirortX FublishLnAll rishis rcitirvQiL.文章編號：1009 26825 (2004) 1620085202灌注樁施工要點(diǎn)及卡管現(xiàn)象的探討衛(wèi)紅星摘要：從成孔施工、鋼筋籠安裝、水下灌注及卡管等方面論述了灌注樁施工中較易岀現(xiàn)的問題，著重介紹了卡管的現(xiàn)第30卷第16期2 0 0

9、4年8月山 西建筑SHANXI ARCHITECTUREVol. 30 No. 16Aug. 2004? 85象、危害及原因，并提岀了預(yù)防措施。關(guān)鍵詞：灌注樁，卡管,鋼筋籠中圖分類號:TU473. 1 +4鉆孔灌注樁是近幾年來在黃土高原應(yīng)用比較廣泛的一種樁 型?；炷恋乃鹿嘧⑹鞘┕ぶ凶钪匾易詈蟓h(huán)節(jié)之一。它的質(zhì)量好壞直接影響著樁基乃至整幢建筑物的質(zhì)量。而在水下灌注混凝土的過程中，卡管是最易岀現(xiàn)的質(zhì)量問題之一。整個(gè)施工過程多工序及較易岀現(xiàn)的問題，表現(xiàn)在以下幾方面。1成孔施工首先鉆機(jī)定位，孔位點(diǎn)必須要經(jīng)過復(fù)核確保無誤，在埋設(shè)孔口護(hù)壁筒時(shí)，要保證護(hù)壁筒的中心對準(zhǔn)孔位點(diǎn)中心，護(hù)筒埋設(shè)要有足夠的深度，

10、護(hù)筒外的土要夯實(shí)，以防漏漿、水浸，護(hù)筒發(fā)生傾 斜或者位移。為了保證成孔的垂直度，鉆機(jī)在整個(gè)作業(yè)過程中的穩(wěn)定性很 重要。2002年9月安邑炭素廠二期工程施工中，由于剛接了一根235 %之間。表1樁與土的水平位移值樁型樁的水平位移/ m誤差土的水平位移/m誤差有接觸無接觸有接觸無接觸樁3. 0676e - 21. 6488e - 246 %4. 9165e- 31.6488e - 2235 %表2樁與土的豎向位移值樁型有接觸的豎向位移/m無接觸的豎向位移/m樁土樁土樁7. 3850e- 5-1.9414e- 3-9. 4736e- 4-9. 4736e - 4對于樁與土的豎向位移，從表2中可清楚看

11、岀，設(shè)置接觸單 元的模型，其樁與土的豎向位移并不相同，樁與土的位移方向相反，而支盤設(shè)置距離地表較遠(yuǎn)的樁型雖然樁與土的位移方向相 同，但數(shù)值不同。這說明當(dāng)模型承受水平荷載時(shí)，在接觸面上樁與土產(chǎn)生了相對滑動(dòng)。沒有設(shè)置接觸單元的樁型，其樁與土的豎 向位移完全一樣，這表明樁與土之間沒有相對滑動(dòng)，而是緊密粘接在一起。3結(jié)語通過建立有無接觸面這兩個(gè)模型來探討接觸面的設(shè)置對樁文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A3m鉆桿，主鉆桿大部分露在磨盤以上操作工人就用快檔鉆進(jìn)，主鉆桿擺動(dòng)幅度太大，致使鉆機(jī)搖晃，機(jī)下枕木松動(dòng)，導(dǎo)致鉆機(jī)位 移。因及時(shí)發(fā)現(xiàn)，經(jīng)糾偏、加固機(jī)下枕木，在鉆機(jī)周圍打上1 m長tx' b |,.咋討玉V ij il

12、 廣“一包的木樁數(shù)根后，才將鉆機(jī)固定牢固。之后提起鉆頭，換慢檔低速 將孔鉆直。所以，土層較硬時(shí)，在選用鉆機(jī)時(shí)盡量選用自重大的 鉆機(jī)且低檔慢速鉆進(jìn)，抗位移效果較好。鉆孔完成后，如果不能 及時(shí)灌注混凝土 ，泥漿泵循環(huán)要間斷工作 ，每隔30 min工作循環(huán) 20 min，保證孔內(nèi)泥漿的濃度和壓力，避免塌孔及沉渣過量。2鋼筋籠安裝以前在施工中安裝鋼筋籠只通過孔口加壓固定，但在混凝土灌注時(shí)，鋼筋籠上浮，難以復(fù)位。后在新利通 MALL樁基施工的 現(xiàn)場試驗(yàn)，在鋼筋籠底部用兩根8號鉛絲綁一塊混凝土預(yù)制塊(該預(yù)制塊為400 mm x400 mm x200 mm厚、強(qiáng)度等級同樁身混的水平承載力計(jì)算結(jié)果的影響。結(jié)論

13、如下：1) FLAC3D2. 0軟件中，接觸面的設(shè)置可以較好地模擬樁與 土之間的滑移、開裂，使模擬過程更符合實(shí)際。而無接觸面的模 型則假定樁與土粘接在一起，其兩者的水平位移和豎向位移都相 同，這與實(shí)際情況相違背。2) 有接觸面模型的計(jì)算結(jié)果與無接觸面模型的計(jì)算結(jié)果相差甚遠(yuǎn)。樁的水平位移誤差在40 %左右，土的水平位移誤差在130 %以上;樁與土的豎向位移也差別甚大。綜上所述，在模擬樁承受橫向承載時(shí)，使用接觸面模型更為 合理。參考文獻(xiàn)：1 黃強(qiáng).樁基工程若干熱點(diǎn)技術(shù)問題M .北京：中國建材工業(yè)出版社,1996.2 劉金礪.樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)與計(jì)算M .北京：中國建筑工業(yè)岀版社,1990.3 FLAC23

14、D ( Fast Lagrangian Analysis of Continua in 3 Dimensions) Version 2. 0 user manual USA ; Itasca Consulting group, Inc.第30卷第16期2 0 0 4年8月山 西建筑SHANXI ARCHITECTUREVol. 30 No. 16Aug. 2004? 85第30卷第16期2 0 0 4年8月山 西建筑SHANXI ARCHITECTUREVol. 30 No. 16Aug. 2004? 85An alysis and nu mericalmodeli ng of pile2so

15、il in terfacewith lateral loadWANG Peng1 YANGLin 2(1 . Changz hi V ocational Institute in Shanxi , Changz hi 046000 , China ;2. Gollege of Architecture and Civil Engineering , Xuzhou 221006 , China )Abstract : According to numerical modeling of pile2soil interface by software FLAC , influence of interface setting to lateral load is discussed, author points out that interface modeling is more reasonable in the modeling pile.Key word