單層土地基中靜壓樁連續貫入的數值模擬

賀曉明 唐 鵬 寇海磊

(1.青島理工大學建筑設計研究院，山東青島 266033;2.青島市房產置業集團開發分公司，山東青島 266033;3.青島理工大學土木工程學院，山東青島 266033)

靜壓樁施工具有無污染，噪聲小等優點，在國內外得到廣泛應用。成層土地基中靜壓PHC管樁過程模擬一直是國內外學者研究的熱點。Daichao Sheng等(2005)[1]利用摩擦接觸大變形有限元法模擬靜壓樁的貫入，但連續貫入的距離有限。鹿群[2]，李鏡培等[3]利用ANSYS有限元軟件對靜壓樁貫入機理進行研究，但始終沒有實現全過程連續貫入。本文在大型有限元軟件ABAQUS的基礎上利用位移貫入法[4]對靜壓樁連續貫入的全過程進行模擬，得出了貫入過程中樁周土位移場以及應力場的變化，模擬結果比較接近壓樁實際，具有較大的工程應用價值。

1 基本假定及計算參數

模擬過程中土體采用Mohr-Coulomb塑性模型，樁身采用彈性模型，為了在貫入過程中實現連續貫入，樁土計算假定如下所示:

1)模擬采用總應力法;

2)計算過程考慮土體自重應力場;

3)土體假定為理想彈塑性體，遵守Mohr-Coulomb屈服準則，采用CAX4R單元。鋼筋混凝土簡化為線彈性體，采用更符合實際情況的線性縮減積分單元;

4)采用二維軸對稱平面模型能滿足模擬需要。

PHC管樁以及土體基本計算參數均采用勘察報告，符合實際情況。具體參數如表1所示。

表1 樁，土計算參數取值

2 模擬結果及分析

靜壓樁貫入過程中，樁土之間摩擦系數對樁周土的位移場以及應力場有至關重要的作用。在不同樁土摩擦系數作用下，貫入過程中的樁表現出不同的特性，如圖1所示。

由圖1可以看出:不同樁土摩擦系數下樁周圍土的應力場大致相似，當樁土摩擦系數較大時，樁底端徑向應力云圖以及豎向應力云圖應力變化明顯。樁周土體徑向位移場與樁土摩擦系數密切相關。樁土間摩擦系數的大小關系著樁貫入土體難易程度的大小。其值越大說明樁土間摩擦阻力越大，樁貫入越困難。

圖2說明當樁側摩阻力為恒定值時，樁土之間摩擦力不發生變化，與深度呈明顯的線性關系。隨著樁土之間摩擦系數的增加，樁貫入土體的摩阻力也隨之增加。研究表明貫入阻力并不是隨著樁土間摩擦系數增大無限制的增大。樁土摩擦系數大于0.3時，摩阻力趨于一穩定值，不再增大。

3 結語

1)在大型通用有限元軟件ABAQUS基礎上，通過設置樁土間摩擦系數，自適應網格等技術成功實現了靜壓PHC管樁連續貫入的數值模擬。2)計算模擬結果符合實際情況，其結果為靜壓管樁設計提供依據，指導施工，具有一定的工程實用價值。3)樁土摩擦系數關系著沉樁過程中樁周土體應力場以及位移場的變化。從模擬結果可以看出，樁側摩阻力隨樁土摩擦系數的增大而增大，當樁側摩阻力增大到一定程度時，樁側摩阻力趨于一穩定值，不再增大。

[1]Daichao Sheng，K.Dieter，Peter Wriggers.Finite Element Analysis of Pile Installation Using Large-slip Frictional Contact.Computers and Geotechnics，2005，32(1):17-26.

[2]鹿 群.成層地基中靜壓樁擠土效應及防治措施[D].杭州:浙江大學博士論文，2007.

[3]李鏡培，何建鋒，梁發云.靜壓樁樁尖作用機理的數值模擬及參數分析[J].結構工程師，2007，233(3):5-57.

[4]張明義，鄧安福，干滕君.靜力壓樁數值模擬的位移貫入法[J].巖土力學，2003，24(1):113-117.

[5]Bailighmm.Strain path method.Jour Geotech Engender，ASCE，1985，111(9):1108-1136.