《砂土地基静压沉桩三维颗粒流pfc3d离散元模拟分析》由会员分享，可在线阅读，更多相关《砂土地基静压沉桩三维颗粒流pfc3d离散元模拟分析（79页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、华侨大学 硕士学位论文 砂土地基静压沉桩三维颗粒流PFC离散元模拟分析 姓名：黄晨亮 申请学位级别：硕士 专业：岩土工程 指导教师：郭力群 20100601 I 摘 要 摘 要 对静压沉桩过程的数值模拟研究以往主要是建立在传统连续介 质力学模型宏观连续性假设的基础上,应用有限元对沉桩规律进行计 算分析。但是工程中静压沉桩是桩土之间倾倒、滑移、裂缝不断发展 的过程，桩和桩周土都会产生大位移及大变形，因而采用连续介质假 设的有限元模拟分析方法很不适用。 而离散元颗粒流方法克服了连续 介质力学模型宏观连续性假设， 可以模拟沉桩过程中桩周土体颗粒非 均质、不连续和大变形位移流动的特性。能够解决传统数值
2、方法忽略 的和无法解决的问题，能对静压沉桩过程进行更为符合实际的模拟。 对静压沉桩过程的数值模拟已有部分学者采用离散元颗粒流分 析， 但都是基于平面状态二维分析， 与实际三维沉桩情况有很大差别。 因此有必要利用离散元三维颗粒流 PFC3D方法对静压沉桩全过程进 行模拟分析，目前尚未见相关研究报道。 本文从细观力学角度出发利用离散元三维颗粒流 PFC3D方法对 砂土地基静压沉桩全过程进行模拟。首先，模拟分析了单桩在整个沉 桩贯入过程桩周不同区域土体位移、孔隙率、颗粒滑动数、接触数和 应力的变化规律。通过改变土体参数、压桩参数和桩体参数不同因素 去分析对静压沉桩贯入的影响， 同时将数值模拟结果与前
3、人室内模型 试验进行对比。发现在模拟试验中桩周土体的孔隙率、应力与位移变 化与模型实验中的变化趋势非常接近，分析对比结果较为吻合。表明 利用三维颗粒流 PFC3D方法分析砂土中静压沉桩是可行的。其次，对 邻近桩基的先后沉桩对不同区域土体的影响进行了分析， 并对后桩沉 桩对前桩不同区域处的土体细观参数影响进行了研究， 分析结果可以 II 为分析群桩在沉桩过程中对土体细观参数的影响等问题做基础。 关键词关键词：砂土地基，静压沉桩，颗粒流砂土地基，静压沉桩，颗粒流 PFC3D，离散元，数值模拟， 大变形 ，离散元，数值模拟， 大变形 III ABSTRACT The process of stati
4、c piles numerical simulation study mainly based on previous continuum mechanics model and macro continuity hypothesis of pile, which is the finite element analysis rule. But the static pile in the project is relate to pile and soil which process is slip and crack development, the pile and soil will
5、produce large displacement and deformation, so using continuum hypothesis of the finite element analysis method is not suitable. And discrete element method can overcomes the particle flow continuum mechanics model can simulate macro continuity hypothesis, piles in the process from particle heteroge
6、neity、 discontinuous deformation and displacement characteristics of flow. Traditional numerical method cannot solve the problem and unable to solve the problem of static pile and the realistic process simulation. Static pile of numerical simulation of some scholars discrete particle flow yuan, but
7、are analyzed based on planar 2-d analysis, and actual state of 3-d pile have very big difference. Therefore, it is necessary to use discrete element method of three-dimensional particle flow PFC3D static pile process simulation analysis, has yet to see related research reports. From the Angle of mic
8、romechanics using three-dimensional discrete element method of soil particle flow PFC3D static pile foundation process simulation. Firstly, the simulation analysis of the single pile sinking pile penetration in the whole process of different region pile soil displacement, porosity, grain number and
9、contact number slip and change rules of stress. By changing the parameters of pile and soil parameters and the pile of different factors of parameters to analyze the static pile penetration, and numerical simulation results with indoor model test. Found in the simulated test of the pile soil porosit
10、y, stress and displacement change IV trend of model experiment and analysis results are very close, and more. Using three-dimensional particle flow that PFC3D method analysis of the static pile is feasible. Secondly, to the adjacent pile foundation of different region has analyzed the influence of s
11、oil, and the different pile spacing after pile under the condition of different areas of former pile soil mesoscopic parameters was studied, the analysis results can be used for analysis of pile in the process of pile soil parameters on the impact of microscopic based. Key Words： sandy foundation，dr
12、iven pile，particle flow method of PFC3D， discrete element method ， numerical simulation，large deformation 原创性声明 原创性声明 本人声明兹呈交的学位论文是本人在导师指导下完成的研究 成果。论文写作中不包含其他人已经发表或撰写过的研究内容，如 参考他人或集体的科研成果，均在论文中以明确的方式说明。本人 依法享有和承担由此论文所产生的权利和责任。 学位论文作者签名： 日期： 学位论文版权使用授权声明 学位论文版权使用授权声明 本人同意授权华侨大学有权保留并向国家机关或机构送交学 位论文和磁盘
13、，允许学位论文被查阅和借阅。 论文作者签名： 指导教师签名： 签 名 日 期： 签 名 日 期： 华侨大学 2010 届硕士学位论文 砂土地基静压沉桩三维颗粒流 PFC3D离散元模拟分析 1 第一章 绪 论 第一章 绪 论 1.1 前 言 1.1 前 言 桩基作为深基础的一种主要形式，它具有承载力高、沉降小、抗震性好、便 于机械化和工业化施工操作等优点。 在砂土地区、 土质不均匀的场地或者工程性 质不良的场地上修建建筑物或构筑物， 尤其是高层建筑、 重型厂房和具有特殊要 求的建筑物绝大多数都是采用桩基础形式， 桩基还被广泛应用于边坡治理、 基坑 围护、地基处理和地基加固等工程中1。 桩基础因成
14、桩方法 （打入或者钻孔成桩等） 不同从而导致桩周土所受的排挤 作用也不同。排挤作用对土的天然结构、应力状态和性质发生很大的变化，从而 影响桩的承载力和变形性质。桩按照对周围土体作用可分为以下三类2-3： （1） 非挤土桩：钻孔、冲孔和挖孔灌注桩以及先钻孔后打入的预制桩等，在设置过程 中清除了孔中的土体，桩周土不受排挤作用，并可能向桩孔内移动，使土的抗剪 强度降低，桩侧摩阻力有所减小。 （2）部分挤土桩：冲击成孔或者灌注桩、预钻 孔打入式预制桩、H 型钢桩、开口钢管桩和开口预应力混凝土桩等，在桩的设置 过程中对桩周土体稍有排挤作用， 但土的强度和变形性质不大， 一般可用原状土 测得的强度指标来估
15、算桩的承载力和沉降量。 （3）挤土桩：实心的预制桩、下端 封闭的管桩、 木桩以及沉管灌注桩等在锤击、 振动和静压贯入的过程中都要将桩 位处的土体大量的排挤开， 使土的结构严重扰动破坏， 对土的强度变形性质影响 较大，因此应采用原状土扰动后再恢复的强度指标来估算桩的承载力与沉降量。 静压桩作为预制桩一种，它同灌注桩、打入桩及振动桩相比有下述优点4-5： 1. 静压施工无噪声、无污染、无振动，比较适合于市区作业。静压桩桩身 可以工厂化预制，沉桩时间周期比较短，并且施工前的准备期也可缩短。 2. 静压桩在压入过程中不像打入桩那样在桩身产生动应力，静压沉桩减小 了对桩的破坏力，从而降低了对桩身强度的要
16、求，节约钢材、水泥等建筑材料。 3. 施工过程中的沉桩阻力能实时动态的显示和记录，可准确定量的在整个 沉桩过程中观测出来，同时对桩的承载力也有一定保障。 4. 送桩深度比打入桩要深，且送桩后桩身质量较可靠，接桩方便，桩长不 第一章 绪 论 2 像沉管灌注桩那样受施工机械的限制，有较大优势。 5. 综合经济效益高。静压桩本身的工程费用，可能比灌注桩高，但如果考 虑其承载力高、桩身质量有保障、承台可减小、施工工期短等各个方面因素，设 计合理时的综合效益比灌注桩要高。 但静压桩属于挤土桩，在贯入过程中将使下部土体侧向移动，地表隆起，这 些必将对己入土的邻桩产生径向压力及垂直向拉拔力，从而使邻桩产生弯曲、倾 斜、水平位移等系列不良后果，如果周边存在建筑物，还将对相邻建筑物产生影 响，其挤土效应对工程及周围环境有很大影响。本文主要研究在砂土中静压沉桩 过程桩土相互作用影响。 在砂土中沉桩的影响主要表现在对砂土的 “强化” 效应, 沉桩除了对土体强度的影响外，还会对周围环境产生很
