鋼-土接觸面本構(gòu)模型及其在鋼護(hù)筒嵌巖樁基承載性狀研究中的應(yīng)用.pdf

1、隨著三峽庫(kù)區(qū)港口碼頭的建設(shè)，大直徑鋼護(hù)筒嵌巖樁得到了較為廣泛的應(yīng)用。然而，鋼護(hù)筒嵌巖樁基面臨的接觸問(wèn)題較傳統(tǒng)混凝土樁有很大的區(qū)別:①鋼護(hù)筒嵌巖樁與樁周土體的接觸問(wèn)題為鋼-土接觸，不同于以往大量研究的樁-土接觸以及樁-巖接觸;②長(zhǎng)江上游地區(qū)砂巖、泥巖分布廣泛，砂泥巖互層的地層較為普遍，鋼護(hù)筒嵌巖樁回填區(qū)上覆土層常為開(kāi)挖的砂泥巖混合料，其力學(xué)性質(zhì)與傳統(tǒng)的砂性土、粘性土相差較大;③長(zhǎng)江上游碼頭回填區(qū)覆蓋層土體，由于水位變化幅度較大，常年處于飽

2、和-非飽和的循環(huán)過(guò)程，鋼-土接觸面力學(xué)性質(zhì)隨飽和度的變化規(guī)律研究尤其重要。
　　本文設(shè)計(jì)研制界面剪切儀，研究接觸面力學(xué)特性;基于試驗(yàn)結(jié)果，分析探討砂泥巖試樣顆粒級(jí)配、配合比、含水率以及干密度對(duì)鋼-土接觸面力學(xué)特性的影響;同時(shí)提出符合接觸面力學(xué)關(guān)系的本構(gòu)模型，給出本構(gòu)模型的數(shù)值模擬實(shí)現(xiàn)方法，本構(gòu)模型的實(shí)現(xiàn)方法應(yīng)用于鋼護(hù)筒嵌巖樁數(shù)值模中，研究鋼護(hù)筒嵌巖樁承載性狀。本文完成的主要工作以及取得的成果如下:
　　(1)設(shè)計(jì)研制界面剪切

3、儀，進(jìn)行鋼-土接觸面直剪試驗(yàn)，設(shè)計(jì)不同級(jí)配、砂泥巖配合比、含水率以及干密度試驗(yàn)，分析研究各因素對(duì)接觸面力學(xué)特性的影響;根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)，給出接觸面抗剪強(qiáng)度指標(biāo)隨各影響因素的變化關(guān)系;
　　(2)提出接觸面修正雙曲線本構(gòu)模型，即當(dāng)相對(duì)剪切位移較小時(shí)，剪應(yīng)力隨相對(duì)剪切位移的增加呈雙曲線增加，當(dāng)相對(duì)剪切位移增加到某一值時(shí)，剪應(yīng)力隨相對(duì)剪切位移的增加保持不變;給定模型參數(shù)的推導(dǎo)過(guò)程，得出模型參數(shù)的隨各影響因素的變化關(guān)系;
　　(3)給出

4、接觸面修正雙曲線模型的數(shù)值模擬方法。建立直剪試驗(yàn)有限元模型，將數(shù)值模擬結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果分析比較，確定有限元模型的正確性;通過(guò)設(shè)置無(wú)厚度單元、有厚度單元、不同厚度單元以及常規(guī)雙曲線與修正雙曲線模型的對(duì)比分析，確定數(shù)值模擬中接觸面單元采用有厚度單元且單元厚度d/B為1/10，修正雙曲線模型較常規(guī)雙曲線模型更為合理;
　　(4)基于接觸面修正雙曲線模型的數(shù)值模擬方法，進(jìn)行鋼護(hù)筒嵌巖樁承載性狀數(shù)值模擬。通過(guò)設(shè)置嵌巖深度3D、4D、5D，研究