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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。
等截面抗拔单桩桩土相互作用数值模拟与分析摘要：有限元法作为一种近似的数值模拟计算方法在固体力学分析上具有独特的优势，其在桩土相互作用、特别是抗压桩的应力分析上应用广泛，但是在对抗拔桩研究的应用上则相对较少。
本文在多年来前人研究成果的基础上讨论抗拔桩桩土相互作用的有限元实现形式，包括桩土模型的确定、接触方式的选取、本构关系的确定、初始应力的确定等。
通过理论分析与数值计算定量的阐述了桩长、桩径、桩身模量、土的模量等因素对抗拔桩承载力和桩顶位移的影响，并在此基础上进行了相应的总结，提出了有针对性的工程建议，从而为桩基工程的实践提供有益的参考。
关键词：有限元法；抗拔桩；桩土模拟；D-P模型；接触分析Abstract: as a kind of approximate finite element method of the numerical simulation calculation method in the solid mechanics analysis on have a unique advantage, the pile soil interaction, especially the compressive stress analysis of the pile was widely used in, but in the fight against application of tension piles is relatively small. In this paper the years previous research results based on the discussion of pull of the interaction of the soil pile finite element realization forms, including pile soil model determination, contact the selection, the way the constitutive relation of the determination, to determine the initial stress. Through theoretical analysis and numerical calculation of quantitative expounds the pile length, pile diameter and pile body modulus, soil modulus against pull factors such as pile bearing capacity and the influence of pile top displacement, and based on the summary of the corresponding, corresponding engineering Suggestions, so for pile foundation engineering practice of provide the beneficial reference.Keywords: finite element method; Tension piles resistance; Pile soil simulation; D-P model; Contact analysis概述有限元法[1]最初是20世纪50年代作为处理固体力学问题的方法出现的。
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。
*高等学校博士学科点专项科研基金资助项目(编号:9549302)桩-承台-土共同作用的三维有限元分析*胡汉兵 茜平一 陈晓平(武汉水利电力大学 武汉 430072)【提要】 本文用三维弹性有限元法研究了竖向荷载作用下,群桩基础中桩-承台-土的共同作用特性,着重研究了桩顶反力分布、承台分担比及沉降变形随s /d 、L /d及E P /E s 诸因素的变化规律,并对桩基优化设计途径进行了初步探讨。
【关键词】 共同作用 三维有限元 桩顶反力【Abstract 】 Characteristics of co-action among pile-pile cap-earth in foundation of pile clu ster und er v er ticalloading are s tudied with three dimensional finite elemen t meth od.Distribution of coun ter force at pile tip and th e law of variation of s ettlem en t defo rmation follow ing s /d ,L /d and E P /E s are em ph etically discuss ed .Furthermore ,optimum design of pile foundation is also s tudied.【Key words 】 co-action th ree dimensional finite elem ent coun terforce of pile tip1 引 言前人已对桩基共同作用问题进行了大量的研究,包括现场试验研究、室内模型试验研究以及理论分析研究,取得了一系列有价值的成果[1],但对桩-承台-基土共同作用的某些问题,尤其是群桩受力变形的某些机理问题还未弄清,导致现行的桩基设计与实际情况有很大出入。
均质地基中桩-桩位移相互作用系数的有限元分析曹明【摘要】在实际工程分析中用有限元法模拟无限域需要考虑很大一部分桩周土体来保证计算的精度,从而导致计算量的增大,同时对计算机的要求也很高.特别是对于大规模的群桩问题,有限元的计算工作量使一般的计算机无法满足其要求,这就限制了其在实际工程中的应用.本文基于叠加原理用有限元法计算桩-桩位移相互作用系数,不仅能减少群桩的计算量,又能提高计算精度.【期刊名称】《地震工程学报》【年(卷),期】2015(037)0z1【总页数】5页(P52-56)【关键词】相互作用系数;有限元法;桩;均质地基;水平荷载【作者】曹明【作者单位】上海开放大学信息与工程学院,上海200433【正文语种】中文【中图分类】TU473.1目前桩基沉降计算方法主要有荷载传递法[1]、剪切位移法[2]、弹性理论法[3]、有限元法[4]、边界元法[5]、混合法[6]等。
水平荷载作用下桩的分析方法主要有三种:一是将桩周土视为弹簧的地基反力法[7];二是将桩周土模拟为弹性连续介质的弹性理论法[8];三是数值模拟法[9],包括有限单元法。
由于桩与土相互作用的复杂性,单纯用理论分析的方法很难准确反映水平荷载作用下桩与土之间的相互作用。
有限元法克服了其他方法在理论上的局限性,是一种比较成熟的数值计算方法,由于其有效性和可靠性,自问世以来已广泛地应用于包括桩基在内的各类建筑物计算分析当中。
在早期,Ran-dolph[10]使用二维有限元模型分析了水平向荷载作用的桩土相互作用,土为弹性连续体,桩为弹性梁。
随着有限元计算技术的提高,三维有限元应用到该问题的分析和研究中,如Jeremic等[11]和Fan等[12]以土为弹塑性材料,桩为线弹性材料。
Chik等[13]和Taha等[14]用Mohr-Coulomb模型模拟土体,进行三维有限元计算。
Youngho等[15]采用p-y 曲线法计算桩的挠度和荷载分布,桩土相互作用采用三维有限元进行分析,得到与现场试验结果吻合的计算结果。
