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钢-土接触面本构模型及其在钢护筒嵌岩桩基承载性状研究中的应用
| 论文题名： | 钢-土接触面本构模型及其在钢护筒嵌岩桩基承载性状研究中的应用 |
| 关键词： | 钢-土接触面;钢护筒嵌岩桩;数值模拟;本构模型;桩基承载 |
| 摘要： | 随着三峡库区港口码头的建设，大直径钢护筒嵌岩桩得到了较为广泛的应用。然而，钢护筒嵌岩桩基面临的接触问题较传统混凝土桩有很大的区别:①钢护筒嵌岩桩与桩周土体的接触问题为钢-土接触，不同于以往大量研究的桩-土接触以及桩-岩接触;②长江上游地区砂岩、泥岩分布广泛，砂泥岩互层的地层较为普遍，钢护筒嵌岩桩回填区上覆土层常为开挖的砂泥岩混合料，其力学性质与传统的砂性土、粘性土相差较大;③长江上游码头回填区覆盖层土体，由于水位变化幅度较大，常年处于饱和-非饱和的循环过程，钢-土接触面力学性质随饱和度的变化规律研究尤其重要。 本文设计研制界面剪切仪，研究接触面力学特性;基于试验结果，分析探讨砂泥岩试样颗粒级配、配合比、含水率以及干密度对钢-土接触面力学特性的影响;同时提出符合接触面力学关系的本构模型，给出本构模型的数值模拟实现方法，本构模型的实现方法应用于钢护筒嵌岩桩数值模中，研究钢护筒嵌岩桩承载性状。本文完成的主要工作以及取得的成果如下: (1)设计研制界面剪切仪，进行钢-土接触面直剪试验，设计不同级配、砂泥岩配合比、含水率以及干密度试验，分析研究各因素对接触面力学特性的影响;根据试验数据，给出接触面抗剪强度指标随各影响因素的变化关系; (2)提出接触面修正双曲线本构模型，即当相对剪切位移较小时，剪应力随相对剪切位移的增加呈双曲线增加，当相对剪切位移增加到某一值时，剪应力随相对剪切位移的增加保持不变;给定模型参数的推导过程，得出模型参数的随各影响因素的变化关系; (3)给出接触面修正双曲线模型的数值模拟方法。建立直剪试验有限元模型，将数值模拟结果与试验结果分析比较，确定有限元模型的正确性;通过设置无厚度单元、有厚度单元、不同厚度单元以及常规双曲线与修正双曲线模型的对比分析，确定数值模拟中接触面单元采用有厚度单元且单元厚度d/B为1/10，修正双曲线模型较常规双曲线模型更为合理; (4)基于接触面修正双曲线模型的数值模拟方法，进行钢护筒嵌岩桩承载性状数值模拟。通过设置嵌岩深度3D、4D、5D，研究嵌岩深度对钢护筒嵌岩桩承载性状的影响。将规范中极限承载力计算结果与数值模拟计算结果进行对比分析，验证模型计算的正确性以及提出现有规范中极限承载力计算存在问题，为后续的理论研究打下基础。 |
| 作者： | 卢孝志 |
| 专业： | 水利工程；水工结构工程 |
| 导师： | 梁越;王俊杰 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 重庆交通大学 |
| 学位年度： | 2015 |
| 正文语种： | 中文 |
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