【摘要】：為了研究雙土層情況下土層相對(duì)位置不同時(shí)桶形基礎(chǔ)地基土在單一荷載作用下的極限承載力,采用南水土體本構(gòu)模型進(jìn)行ABAQUS有限元建模。在分析過(guò)程中,首先采用位移控制法,通過(guò)計(jì)算地基的p-s曲線確定相應(yīng)的地基極限承載力,然后以單一加載情況下的地基極限承載力為基準(zhǔn)進(jìn)行歸一化,最后提出土層相對(duì)位置修正系數(shù)的概念,從而獲得土層相對(duì)位置不同時(shí)的地基極限承載力表達(dá)式。分析結(jié)果表明:土層由單一黏土層向單一淤泥層變化的過(guò)程中,豎向承載力、水平承載力和力矩承載力都逐漸減小,且減小幅度最大的是豎向承載力,其次是水平承載力,最后是力矩承載力;當(dāng)土層相對(duì)位置比分別達(dá)到0.33,0.25和0.2時(shí),豎向承載力、水平承載力、力矩承載力依次趨于穩(wěn)定。
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圖片說(shuō)明： 給桶形基礎(chǔ)提供承載力支撐的主要是淤泥層與黏土層。為此，本文運(yùn)用ＡＢＡＱＵＳ有限元分析軟件，對(duì)土體采用南水本構(gòu)模型，建立雙土層桶形基礎(chǔ)的三維彈塑性有限元計(jì)算模型，首先研究桶體在固定埋深情況下的地基極限狀態(tài)，得到固定桶體埋深時(shí)單一荷載作用下桶形基礎(chǔ)地基承載力與土層相對(duì)位置的關(guān)系；接著改變桶體埋深，得到在桶體不同埋深時(shí)地基承載力與土層相對(duì)位置的關(guān)系，為工程設(shè)計(jì)提供參考。１數(shù)值分析１．１有限元模型本文以連云港港徐圩港地區(qū)地基土［１１］為研究對(duì)象，建立三維有限元模型，如圖１所示，分析其在單向荷載作用下地基土的承載力特性。其中，圖１（ａ）為土體模型，高度３０ｍ，直徑５０ｍ；圖１（ｂ）為桶體模型，直徑為５ｍ，桶體埋深Ｌ隨不同情況�。�，０．５，１，１．５，２和２．５ｍ。在算例分析中，地基土按照實(shí)際情況分為上下２層，上層為淤泥層，下層為黏土層。本文研究的是小埋深桶形，為消除邊界效應(yīng)對(duì)于計(jì)算結(jié)果的影響［１２，１３］，在水平方向上將地基土的計(jì)算范圍取為桶體直徑的１０倍，豎直方向取桶體直徑的６倍。土體采用雙屈服面彈塑性模型———南水模型，除頂部自由外，規(guī)定其他土面都采用法向固定的約束。圖１有限元模型Ｆｉｇ．１ＦＥＭｍｏｄｅｌ對(duì)于簡(jiǎn)化的桶體結(jié)構(gòu)，采用線彈性本構(gòu)模型，彈性模量Ｅ＝３０ＧＰａ，泊松比μ＝０．１６７，并用實(shí)體單元（Ｃ３Ｄ８）對(duì)土體與桶體進(jìn)行網(wǎng)格劃分。南水模型是一種服從廣義塑性力學(xué)理論的雙屈服面彈塑性模型。該模型把屈服面看作是彈性區(qū)域的邊界，采用塑性系數(shù)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的硬化參數(shù)，與其他土體本構(gòu)模型相比，運(yùn)用在黏性土中具有一
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圖片說(shuō)明： Ｄ時(shí)對(duì)應(yīng)的水平承載力為水平極限承載力，轉(zhuǎn)角達(dá)到弧度０．０５時(shí)對(duì)應(yīng)的力矩荷載確定為力矩極限承載力，Ｄ為桶體直徑。本文規(guī)定桶體直徑為５ｍ，桶體埋深為Ｌ，淤泥層厚度為Ｔ１，黏土層厚度為Ｔ２，土體總厚度為Ｔ＝３０ｍ，桶體埋深比ｄ＝Ｌ／Ｄ，土層相對(duì)位置比ｔ＝Ｔ１／Ｔ。施加荷載時(shí)，對(duì)于桶形基礎(chǔ)，基礎(chǔ)底面中心處的豎向荷載為Ｖ，力矩荷載為Ｍ，水平荷載為Ｈ。位移和荷載的方向規(guī)定遵從Ｂｕｔｔｅｒｆｉｅｌｄ等［１７］的建議，如圖２所示。圖２荷載正方向規(guī)定Ｆｉｇ．２Ｐｏｓｉｔｉｖｅｄｉｒｅｃｔｉｏｎｏｆｌｏａｄ１．３桶、土接觸模擬桶體結(jié)構(gòu)與土體相互接觸是一個(gè)復(fù)雜的力學(xué)行為。本文對(duì)于桶土之間的接觸采用面面接觸，將桶體與土體相接觸的區(qū)域建立主從接觸對(duì)。由于桶體的強(qiáng)度遠(yuǎn)大于土體強(qiáng)度，因此將桶體結(jié)構(gòu)界面認(rèn)定為接觸主面，土體界面認(rèn)定為接觸從面。接觸分析中法向采用硬接觸方式，切向采用庫(kù)侖摩擦模型，其中摩擦系數(shù)�。埃保保�，其他參數(shù)按默認(rèn)取值。２南水模型的驗(yàn)證為了驗(yàn)證土體極限承載力計(jì)算的合理性，針對(duì)文獻(xiàn)［１８］的基礎(chǔ)模型試驗(yàn)進(jìn)行數(shù)值計(jì)算，與其試驗(yàn)結(jié)果及文獻(xiàn)［１３］的有限元模擬結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析。模型試驗(yàn)中吸力式桶形基礎(chǔ)的規(guī)格如表２所示，土體物理參數(shù)如表３所示。為了與文獻(xiàn)［１３］的有限元計(jì)算結(jié)果相比較，本文豎向承載力采用Ｄ２，Ｄ５和Ｄ７基礎(chǔ)模型進(jìn)行對(duì)比分析，水平承載力采用Ｄ４，Ｄ５和Ｄ７進(jìn)行對(duì)比分析。對(duì)比結(jié)果如表４和表５所示。從表中可以看出，模型試驗(yàn)計(jì)算結(jié)果與本文模型計(jì)算結(jié)果較為吻合，，在各種不同
【作者單位】： 江蘇科技大學(xué)土建學(xué)院;鹽城工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院;河海大學(xué)巖土力學(xué)與堤壩工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室;河海大學(xué)巖土工程研究所;
【基金】：國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(51009054) 教育部科學(xué)技術(shù)研究重點(diǎn)資助項(xiàng)目(109077) 江蘇省自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(BK2010513) 中央高�；究蒲袠I(yè)務(wù)費(fèi)專項(xiàng)資金資助項(xiàng)目(2014B04914)
【分類號(hào)】：TU470

【參考文獻(xiàn)】

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【二級(jí)參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2515750