斜坡桩土共同作用的接触分析

桩土相互作用研究综述1 桩土相互作用的研究现状桩土相互作用问题属于固体力学中不同介质的接触问题,表现为材料非线性(混凝土、土为非线性材料)、接触非线性(桩土接触面在复杂受荷条件下有黏结、滑移、张开、闭合4形态)等,是典型的非线性问题。

为了能够全面地评价桩土的相互作用问题,通常需要确定桩、土体各自的应力和应变以及接触区域处位移和应力分布的数据,对影响桩土相互作用的各因素进行全面研究。

研究桩土相互作用问题需要考虑的因素有:(a)土的变形特征;(b)桩的变形特征;(c)桩的埋置深度;(d)时间效应(土的固结和蠕变);(e)外部荷载的形式(静载或动载);(f)施工顺序(即开挖、排水以及基础和上部结构施工各个阶段的影响)。

目前桩土相互作用的研究方法主要有理论分析法和试验方法。

1.1理论分析方法理论分析方法分为经典理论分析方法和数值分析方法。

1.1.1经典理论分析法(1)弹性理论法。

以Poulos方法为代表。

假定桩和土为弹性材料,土的杨氏模量ES或为常数或随深度按某一规律变化。

由轴向荷载下桩身的压缩求得桩的位移,由荷载作用于半无限空间内某一点所产生的Mindlin位移解求得桩周土体的位移。

假定桩土界面不发生滑移,即可求得桩身摩阻力和桩端力的分布,进而求得桩的位移分布。

如果假定Mindlin位移解在群桩的情况下仍旧适用,则弹性理论法可以被推广至群桩的相互作用分析中。

(2)剪切位移法。

以Cooke等为代表。

根据线性问题的叠加原理,可将剪切位移法推广到群桩的桩土相互作用分析中。

Nogami等基于上述思想再把每根桩分成若干段并考虑地基土分层特性,得到比Mindlin公式积分大为简化的数值计算方程组。

剪切位移法的优点是在竖向引入一个变化矩阵,可方便考虑层状地基的性况,均质土不需对桩身模型进行离散,分析群桩时不依赖于许多共同作用系数,便于计算。

(3)荷载传递法。

荷载传递法本质为地基反力法。

根据求取传递函数手段的不同,可将传递函数法分为Seed等提出的位移协调法和佐腾悟等提出的解析法。

山区斜坡高差下桥梁桩基受力与防护分析作者：***来源：《西部交通科技》2021年第10期摘要：橋梁桩基在高陡坡上由于边坡的存在，与扁桩基础相比，结构荷载的作用更为复杂。

为了精准地分析桥梁桩基受力特点，并提出相应的防护措施，文章以广西崇左西环线标段为例，分析不同荷载作用下桩基受力和位移情况，并按上部结构桩基边坡相互作用影响程度，构建受力模型，确定自由段、受力段、嵌固段受力情况，最后提出排水防护、削方减载防护、回填压脚防护三种防护措施。

研究表明：该方法能够精准分析桥梁桩基受力情况，但国内研究较少，还可进一步完善。

关键词：山区斜坡;高差;桥梁桩基;受力;防护文献标识码：U441+.5-A-24-078-40 引言鉴于公路的线形和环保问题，一些桥梁必须穿越深谷或在陡坡上架设。

桥梁桩基在高陡坡上由于边坡的存在，不仅要承担上部结构向桩顶组合荷载作用，还要承担由山体变形引起的剩余滑移力[1]，与扁桩基础相比，桥梁桩基结构荷载的作用更为复杂[2]。

以往提出了一种以地基系数为常数的桩基，研究其在倾斜荷载作用下山区斜坡高差下桥梁桩基受力与防护措施，采用该方法未考虑山区陡坡复杂形势，导致桥梁桩基受力分析内容不全面，相应的防护措施不具有代表性;分析水平推力桩的桩土相互作用，研究山区斜坡高差下桥梁桩基受力情况，可推导出桥梁桩基综合刚度，但使用该方法局限于抗滑桩，忽略了桩顶复杂荷载作用，很难与实际桥梁桩基受力状况相吻合，导致桥梁桩基防护效果较差;结合有限元模拟法分析桥梁桩基斜面位置和坡脚对桩基水平承载力的作用，确定桥梁桩基结构力学性能，使用该方法未考虑到边坡坡度对桩基稳定性的影响，导致桩基受力分析结果不精准，相应防护措施效果较差。

为此，本文根据山区斜坡上桥梁桩基的受力特点，提出了山区斜坡高差下桥梁桩基受力与防护研究。

1 桥梁桩基荷载实验桥梁桩基竖向荷载主要是通过桩周岩体坡体下滑力和桥梁桩基抗力共同承载的，横向荷载主要是通过桩身轴力承载的，而两者组合而成的荷载共同承受来自不同方向的力，因此，对不同荷载作用的分析能够确定桥梁桩基具体受力情况。

概析桩-土相互作用机理1、引言当上部结构的荷载较大、适合于作为持力层的土层埋藏较深，并且采用天然浅基础或仅作简单的人工地基加固仍不能满足要求时，常采用的一种方法就是做桩基础。

把结构支撑在桩基础上，荷载通过桩传到深处的坚硬岩土上，从而保证建筑物满足地基稳定和变形容许量的要求。

桩通过其侧面和土的接触，將建筑荷载传递给桩周围的土体，或者传递给更深层的岩土，从而获得较大的承载能力以支撑上部的大型建筑物。

因此，研究桩土间的相互作用机理不仅能够对基础设计提供合理参考，在桩基施工过程中也可对安全施工做出贡献。

桩-土共同作用问题是地基基础与上部结构共同作用问题中的一个分支，研究地基基础与上部结构共同作用的理论，重要的是解决桩、地基土和基础之间共同作用的问题。

在该课题研究的几种方法中，比较完整的三维空间分析方法系由Hongladaromp等人和Hian提出。

进几十年来来，随着国内基础建设的兴起，桩基基础在全国各地都被广泛采用，桩-土共同作用机理也越来越被重视，许多学者采用各种试验方法并取得了不少有价值的研究成果。

但因为地下空间的复杂，影响桩-土共同作用的因素繁多，使桩-土共同作用问题研究仍然存在尚未解决的问题。

因此，本文将对这些具有代表性的研究成果进行简单的回顾，并阐述当今桩-土共同作用研究中存在的问题和今后的发展方向。

2、桩-土共同作用研究现状近年来，桩-土共同作用问题被广泛研究，主要影响因素有上部荷载形式以及桩型选取和土性变化，而桩型和土性影响可以归为桩-土界面影响因素。

下面主要详细介绍近几十年来桩-土共同作用机理研究进展。

80年代，费勤发等对建筑荷载下复杂的单桩位移影响系数以及桩对桩位移影响系数的计算给出了简易解法。

并且对单桩的一系列参数给出可以笔算的解析式。

将桩对桩以及桩对土的位移影响系数计算归并于单桩位移影响系数计算公式中。

将简化计算解与精确解进行详尽的比较和细致的分析给出简化计算解的最大相对误差范围，而简化计算结果足以满足工程要求。

桩-土-桩相互作用有限元接触分析摘要：桩土体作为一个共同工作的系统，广泛存在于土木工程实践中，是典型的接触问题之一，对桩-土-桩相互作用的研究也是工程十分关心的，其中桩身摩阻力的分布更是关键所在。

本文基于有限元数值分析方法软件对此进行了深入研究。

关键词：有限单元法；接触非线性；桩土相互作用；桩侧摩阻力中图分类号：TU43 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2010）11-0108-020 引言桩土相互作用问题的实质是固体力学中不同介质的接触问题，具体表现为材料非线性、接触非线性等。

目前，有限单元法是解决复杂空间结构静、动力问题、弹塑性问题最有效的数值方法之一。

本文对桩土相互作用中接触问题进行分析时主要采用接触非线性有限元法，利用ABAQUS有限元软件进行研究。

1 ABAQUS软件概述ABAQUS是功能强大的有限元法软件[1,2]，提供了广泛的功能且使用起来十分简明。

对于非线性分析，ABAQUS能自动选择合适的荷载增量和收敛精度，且拥有十分丰富的、可模拟任意实际形状的单元库。

2 ABAQUS桩土接触分析中需解决的问题2.1 单元类型的选择在接触模拟中采用二阶单元会引起接触面上等效节点力的计算出现混淆，因此接触面两侧的单元一般不宜采用二阶单元，只能采用线性单元。

2.2 主从接触面的建立可以通过定义接触面（surface）来模拟接触问题，本文所涉及的桩土体之间的接触面主要有两类：①桩侧单元构成的柔性接触面（桩侧土体表面）或刚性接触面（桩表面）；②桩底土体一般采用节点构成的接触面，选取桩底土体节点时，不包含己定义在柔性接触面上的节点。

在模拟过程中，接触方向总是主面的法线方向，从面上的节点不会穿越主面，但主面上的节点可以穿越从面。

一般遵循以下原则：①应选择刚度较大的面作为主面，对于刚度相似的两个面，应选择网格较粗的面作为主面；②主面不能是由节点构成的面，并且必须是连续的；③如果接触面在发生接触的部位有很大的凹角或尖角，应该将其分别定义为两个面；④如果两个接触面之间的相对滑动小于接触面单元尺寸的20%，选用小滑动，否则选用有限滑动。