含断桩缺陷的大直径嵌岩桩水平承载性状数值模拟分析
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关 键 词 ：ＡＢ ＡＱ － ＵＳ；大 直 径 嵌 岩 桩 ；缺 陷桩 ；水 平 承载 性状 中图 分 类 号 ：Ｔ Ｕ ４ ７ ３ ． １
引言
文 献 标 识 码 ：Ａ
文章编号：１ ０ ０ ６ — ７ ９ ７ ３（ ２ ０ １ ４ ）１ Ｏ 一 ０ １ ０ ７ — ０ ４
一
、
Ｍｏ ｈ ｒ — Ｃｏ ｕ ｌ ｏ ｍ ｂ模 型 ， 桩 身 采 用理 想 弹 性模 型 ， 桩 单 元 和 岩 体 单 元均 采 用 Ｃ３ Ｄ８ Ｒ 单元，该单元在 Ａ ＢＡ ＱＵＳ 中是 ８节 点 六 面 体 二 次 减 缩 积 分 单 元 ，每 个 节 点 在 Ｘ 、Ｙ 、ｚ方 向 各 有
与基 岩之 问的接触 对 ，桩一 岩接触采 用摩尔一 库仑摩擦 罚函数
形 式 ，并 采 用 主 一 从 （ Ｍａ ｓ ｔ ｅ ｒ — Ｓ ｌ ａ ｖ ｅ ） 接 触 算 法 。 分 析 过 程
分 两 步进 行 ，第 一 步 进 行 初 始地 应 力 平衡 ，第 二步 采 用表 面
拉力 的形 式施 加水 平力 。 ３ ． 计 算 模 型 前 处 理 网格
摘
要 ：在 桩 基 施 工 过程 中 经 常 出 现 缺 陷 桩 ，其 中断 桩 是 一 种 非 常 常 见 的桩 身 缺 陷 形 式 。为 了研 究 断 桩 缺 陷对 桩 基
水 ｆ承 载 性 状 的 影 响 ，采 用 Ａ Ｂ ＡＱＵＳ 有 限 元 软 件 对 含 有 断 桩 缺 陷 的 大 直 径 嵌 岩 桩 水 平 承 载 性 状 进 行 分 析 。分 别 建 立 无 缺 陷 的单 桩 ，浅 层 断桩 的 单桩 和 深 层 断桩 的 单桩 有 限 元模 型 ，利 用 Ａ ＢＡ ＱＵＳ 强 大 的接 触 面 模 拟 功 能 ，建 立 桩 身 与岩 体 之 间 的接 触 对 ，岩 体 采 用 Ｍｏ ｈ ｒ — Ｃ ｏ ｕｌ ｏ ｍ ｂ 模 型 。通 过 计 算 提 取 模 型 应 力 分 布 云 图 ，位 移 分 布 云 图和 单 桩 的挠 度 曲线 ，对 比分 析 不 同 断桩 深 度 的 大 直 径 嵌 岩 桩 在 水 平 倚 载 作 用下 的承 载 性 状 。研 究 成 果表 明 浅 层 断 桩 对 桩 的 水 平 承 载 力 影 响 较 大 ，且 随着 桩 身 断 裂位 置 的变 浅 ，桩 身 挠 度 零 点 的 位 置 也 随之 上 移 。
第 １ ４卷 第 １ ０期
２０１ ４住
ＶｏＩ ．１ ４
０ ｃｔ ｏｂ ｅｒ
Ｎ ｏ １ Ｏ ２ Ｏ１ ４
１ ０月
含 断桩 缺 陷 的大 直 径 嵌 岩 桩 水 平 承 载 性 状 数值 模 拟 分 析
潘 时 蕴
（ 重 庆 交通 大学 河 海 学 院 ， 重 庆 ４ ０ ０ ０ ７ ４）
ＡＢ Ａ ＱＵＳ中 一 个 完 整 的 接 触 模 拟 必 须 包 含 两 个 部 分 ： 一
个是接触对的定义 ，其 中定了分析哪些面会发 生接触 ，采 用
哪种 方法 判 断 接 触 状 态 ，设 定 主 控 面 和 从 属 面 等 内容 ；二 是
接触 面上的本构关系的定义＿ １ 。本 文 的模 型 建立 桩 芯 混 凝 土
直径 嵌 岩 桩 所 处 的独 特 的 水 文 地 质 条 件 ，对 于 此 类桩 型 的 缺 陷桩 力 学 性 状 研 究 也 比 较 少 。 本 文 就 此 问题 展 开 研 究 ，利 用 大 型通 用 有 限 元软 件 Ａ Ｂ ＡＱＵＳ， 对 含 断 桩 缺 陷 的 大 直 径 嵌 岩
２ 桩 岩 界 面的 处理
桩 水 平承 载性 状 进 行 数 值模 拟 分 析 。
二 、 有 限 元 模 型
为 了提 高 计 算 的精 度 和 缩 短 计 算 Fra Baidu bibliotek 间 ，在 进 行 网格 划 分 时 ，对桩 身 和桩 身 附 近 的 岩 体 网格 进 行 了 局 部 加 密 ，如 图 １ 。
桩 码头结构 中，大ｌ 直径 嵌 岩 桩 闪其 具 有 单 桩 承 载 力 大 、 横 向 刚 度 大 ，能 抵 御 冈 较 大 船 舶 撞 击 、 风 、 以 及地 震 引起 的横 向 荷 载 的作 用 等 特 点 ，正 越 来 越 受 到 工 程 界 的关 注 …。
个 平 动 和转 动 自 由度 ，共 计 ６个 自 由度 。 模 型 中 各 材 料 参
一
三 峡 工 程 建 成 蓄 水 后 ，为 适 应 库 区 网 水 变 动 段 内长 历 时 大 水 深 和 大 水 佗 差 等 复 杂 的 水 文 条 件 ，库 区 码 头 建 没 已经 进 入＿ ｒ一 个 新 的 发 展 阶 段 ，“ 大桩 柱 、大 跨 度 ” 的新 型 码 头 结 构 型 式 已经 逐 渐 得 到 良 好 的 应 用 。在 内河 港 Ｖ １ 的 高 架 直 立 式 高
表 １ 材 料 参 数
数取 值 取 值 如 表 １ １ 。
由于 桩 径 的扩 大 ，在 桩 基 施 工 过 程 中难 免会 ｍ 现 桩 身 缺 陷 的 情 况 ，缺 陷桩 的 存 在 ，将 会 直 接 影 响到 桩 基 的 承 载 能 力 和 整 个 结 构 的正 常 使 用 ， 所 以 近 几 十 年 ，学 术界 对 于 缺 陷 桩 的 研 究 主 要 集 中在 桩 身 检 测 ，缺 陷 产 生 的原 因 和 如 何 处 理 缺 陷桩 等 ，对 于 缺 陷桩 承 载 性 状 的 研 究 相 对 较 少 。 断桩 是 实 际 工程 中 非 常 常 见 的 一种 桩 身 缺 陷 形 式 ， 因此 ， 目前对 于 断 桩 承 载 性 状 的研 究 也 较 少 。 天 津 大 学 的王 成 华 教 授 及 其 研 究 生 对于 缺 陷 桩 的水 平承 载 性 状 和 竖 向承 载 性 状 进 行 了非 常 系 统 的研 究 ，取 得 了非 常 有 价 值 的成 果 ｌ ２ 一 Ｉ 。 由于 三 峡 库 区码 头 大
引言
文 献 标 识 码 ：Ａ
文章编号：１ ０ ０ ６ — ７ ９ ７ ３（ ２ ０ １ ４ ）１ Ｏ 一 ０ １ ０ ７ — ０ ４
一
、
Ｍｏ ｈ ｒ — Ｃｏ ｕ ｌ ｏ ｍ ｂ模 型 ， 桩 身 采 用理 想 弹 性模 型 ， 桩 单 元 和 岩 体 单 元均 采 用 Ｃ３ Ｄ８ Ｒ 单元，该单元在 Ａ ＢＡ ＱＵＳ 中是 ８节 点 六 面 体 二 次 减 缩 积 分 单 元 ，每 个 节 点 在 Ｘ 、Ｙ 、ｚ方 向 各 有
与基 岩之 问的接触 对 ，桩一 岩接触采 用摩尔一 库仑摩擦 罚函数
形 式 ，并 采 用 主 一 从 （ Ｍａ ｓ ｔ ｅ ｒ — Ｓ ｌ ａ ｖ ｅ ） 接 触 算 法 。 分 析 过 程
分 两 步进 行 ，第 一 步 进 行 初 始地 应 力 平衡 ，第 二步 采 用表 面
拉力 的形 式施 加水 平力 。 ３ ． 计 算 模 型 前 处 理 网格
摘
要 ：在 桩 基 施 工 过程 中 经 常 出 现 缺 陷 桩 ，其 中断 桩 是 一 种 非 常 常 见 的桩 身 缺 陷 形 式 。为 了研 究 断 桩 缺 陷对 桩 基
水 ｆ承 载 性 状 的 影 响 ，采 用 Ａ Ｂ ＡＱＵＳ 有 限 元 软 件 对 含 有 断 桩 缺 陷 的 大 直 径 嵌 岩 桩 水 平 承 载 性 状 进 行 分 析 。分 别 建 立 无 缺 陷 的单 桩 ，浅 层 断桩 的 单桩 和 深 层 断桩 的 单桩 有 限 元模 型 ，利 用 Ａ ＢＡ ＱＵＳ 强 大 的接 触 面 模 拟 功 能 ，建 立 桩 身 与岩 体 之 间 的接 触 对 ，岩 体 采 用 Ｍｏ ｈ ｒ — Ｃ ｏ ｕｌ ｏ ｍ ｂ 模 型 。通 过 计 算 提 取 模 型 应 力 分 布 云 图 ，位 移 分 布 云 图和 单 桩 的挠 度 曲线 ，对 比分 析 不 同 断桩 深 度 的 大 直 径 嵌 岩 桩 在 水 平 倚 载 作 用下 的承 载 性 状 。研 究 成 果表 明 浅 层 断 桩 对 桩 的 水 平 承 载 力 影 响 较 大 ，且 随着 桩 身 断 裂位 置 的变 浅 ，桩 身 挠 度 零 点 的 位 置 也 随之 上 移 。
第 １ ４卷 第 １ ０期
２０１ ４住
ＶｏＩ ．１ ４
０ ｃｔ ｏｂ ｅｒ
Ｎ ｏ １ Ｏ ２ Ｏ１ ４
１ ０月
含 断桩 缺 陷 的大 直 径 嵌 岩 桩 水 平 承 载 性 状 数值 模 拟 分 析
潘 时 蕴
（ 重 庆 交通 大学 河 海 学 院 ， 重 庆 ４ ０ ０ ０ ７ ４）
ＡＢ Ａ ＱＵＳ中 一 个 完 整 的 接 触 模 拟 必 须 包 含 两 个 部 分 ： 一
个是接触对的定义 ，其 中定了分析哪些面会发 生接触 ，采 用
哪种 方法 判 断 接 触 状 态 ，设 定 主 控 面 和 从 属 面 等 内容 ；二 是
接触 面上的本构关系的定义＿ １ 。本 文 的模 型 建立 桩 芯 混 凝 土
直径 嵌 岩 桩 所 处 的独 特 的 水 文 地 质 条 件 ，对 于 此 类桩 型 的 缺 陷桩 力 学 性 状 研 究 也 比 较 少 。 本 文 就 此 问题 展 开 研 究 ，利 用 大 型通 用 有 限 元软 件 Ａ Ｂ ＡＱＵＳ， 对 含 断 桩 缺 陷 的 大 直 径 嵌 岩
２ 桩 岩 界 面的 处理
桩 水 平承 载性 状 进 行 数 值模 拟 分 析 。
二 、 有 限 元 模 型
为 了提 高 计 算 的精 度 和 缩 短 计 算 Fra Baidu bibliotek 间 ，在 进 行 网格 划 分 时 ，对桩 身 和桩 身 附 近 的 岩 体 网格 进 行 了 局 部 加 密 ，如 图 １ 。
桩 码头结构 中，大ｌ 直径 嵌 岩 桩 闪其 具 有 单 桩 承 载 力 大 、 横 向 刚 度 大 ，能 抵 御 冈 较 大 船 舶 撞 击 、 风 、 以 及地 震 引起 的横 向 荷 载 的作 用 等 特 点 ，正 越 来 越 受 到 工 程 界 的关 注 …。
个 平 动 和转 动 自 由度 ，共 计 ６个 自 由度 。 模 型 中 各 材 料 参
一
三 峡 工 程 建 成 蓄 水 后 ，为 适 应 库 区 网 水 变 动 段 内长 历 时 大 水 深 和 大 水 佗 差 等 复 杂 的 水 文 条 件 ，库 区 码 头 建 没 已经 进 入＿ ｒ一 个 新 的 发 展 阶 段 ，“ 大桩 柱 、大 跨 度 ” 的新 型 码 头 结 构 型 式 已经 逐 渐 得 到 良 好 的 应 用 。在 内河 港 Ｖ １ 的 高 架 直 立 式 高
表 １ 材 料 参 数
数取 值 取 值 如 表 １ １ 。
由于 桩 径 的扩 大 ，在 桩 基 施 工 过 程 中难 免会 ｍ 现 桩 身 缺 陷 的 情 况 ，缺 陷桩 的 存 在 ，将 会 直 接 影 响到 桩 基 的 承 载 能 力 和 整 个 结 构 的正 常 使 用 ， 所 以 近 几 十 年 ，学 术界 对 于 缺 陷 桩 的 研 究 主 要 集 中在 桩 身 检 测 ，缺 陷 产 生 的原 因 和 如 何 处 理 缺 陷桩 等 ，对 于 缺 陷桩 承 载 性 状 的 研 究 相 对 较 少 。 断桩 是 实 际 工程 中 非 常 常 见 的 一种 桩 身 缺 陷 形 式 ， 因此 ， 目前对 于 断 桩 承 载 性 状 的研 究 也 较 少 。 天 津 大 学 的王 成 华 教 授 及 其 研 究 生 对于 缺 陷 桩 的水 平承 载 性 状 和 竖 向承 载 性 状 进 行 了非 常 系 统 的研 究 ，取 得 了非 常 有 价 值 的成 果 ｌ ２ 一 Ｉ 。 由于 三 峡 库 区码 头 大