桩土相互作用分析解读
被动条件下桩—土相互作用机理及被动桩工作性能分析
01 引言
目录
02
被动条件下桩—土相 互作用机理
03 被动桩工作性能
04 写作建议
05 参考内容
引言
随着现代土木工程技术的不断发展，桩基作为一种重要的基础形式在实际工程 中得到了广泛应用。按其承受荷载的性质，桩基可分为主动桩和被动桩。被动 桩是指桩体通过与土体的相互作用而获得承载力，如地下连续墙、锚杆桩等。 了解被动条件下桩—土相互作用机理及被动桩工作性能对于优化设计、提高工 程安全性和降低成本具有重要意义。
一、如何选择合适的被动桩
被动桩是指通过在土体中设置桩体，利用土体自重、相邻土体的位移以及桩端 处土体的位移等被动能量，对桩体进行加载的试验方法。在选择被动桩时，应 考虑以下因素：
1、土体性质：不同土体的力学性质不同，选择被动桩时应根据土体的性质进 行选择。
2、桩身材料：桩身材料对被动桩的性能也有很大影响，应考虑材料的强度、 刚度、耐久性等因素。
被动条件下桩—土相互作用机理
1、桩土相互作用机理概述
桩土相互作用是指桩体与土体之间由于力的传递和共享而产生的相互影响。在 被动条件下，桩体与土体的相互作用更加明显。桩体通过与土体的接触，将荷 载传递到周围土体，利用土体的变形和位移来获得承载力。
2、被动条件下桩土相互作用机 理分析
在被动条件下，桩体与土体的相互作用主要包括桩侧摩阻力和桩端阻力。桩侧 摩阻力是指桩体表面与土体之间的摩擦力，而桩端阻力则是桩端处土体的变形 和位移对桩体产生的阻力。被动桩的设计和施工应充分考虑这些因素，以保证 其承载力和稳定性。
3、影响因素及特点
被动条件下桩—土相互作用的机理受到多种因素的影响，如土体性质、桩体材 料、施工方法等。土体的力学性质，如剪切模量、压缩模量和摩擦系数等，对 桩土相互作用有着重要影响。桩体材料的选择，如强度、刚度和耐久性等，将 直接影响被动桩的工作性能。此外，施工方法也是影响桩土相互作用的重要因 素，如成孔方法、灌浆工艺等。
考虑桩土相互作用的长桩基础打桩过程中桩身变形研究
考虑桩土相互作用的长桩基础打桩过程中桩身变形研究目录1. 内容描述 (2)1.1 研究背景及意义 (3)1.2 国内外研究现状 (4)1.3 研究内容及目的 (5)2. 理论基础 (6)2.1 桩土相互作用理论 (7)2.2 桩身变形理论 (8)2.3 长桩基础设计规范及代码 (10)3. 数值模拟方法 (11)3.1 有限元分析软件及模型建立 (12)3.2 桩土相互作用模型边界条件及参数确定 (14)3.3 仿真模拟方案及精度验证 (15)4. 实验研究方法 (16)4.1 实验平台及装置 (17)4.2 试验材料及模型制作 (18)4.3 桩身变形测量方法 (19)5. 研究结果 (21)5.1 桩身变形规律分析 (22)5.1.1 桩长对桩身变形的影响 (23)5.1.2 围岩性质对桩身变形的影响 (24)5.1.3 打桩工艺对桩身变形的影响 (25)5.2 影响因素耦合效应分析 (26)6. 结论与展望 (28)6.1 研究结论 (29)6.2 学术意义及应用价值 (30)6.3 今后研究方向 (31)1. 内容描述本文档旨在全面探讨考虑桩土相互作用的长桩基础打桩过程中的桩身变形特性。
在现代建筑和工程领域,长桩基础因其强度大、适应性广而广泛应用于高层建筑、桥梁工程以及海洋平台等大型结构中。
为确保结构的稳定和安全,深入研究桩土相互作用下的桩身变形极为重要。
首先是桩土接触的动态过程研究,通过分析桩土接触表面应力、应变分布和动力响应,理解桩身受力机制和动态变化规律。
其次,是桩身变形模式的判别,运用弹性动力学理论,结合时域动态仿真,分析桩身在不同打桩阶段的变形演化特性。
此外,还需分析桩土互作的频率响应特性以及桩间土对桩身变形的影响,提炼出桩土系统相互作用下的桩身频率与谐振特性。
此外,本文档还将综合考虑施工参数对桩身变形的影响,比如桩径、打桩顺序、锤击力度等因素。
通过对这些关键参数的控制,研究其在打桩过程中的动力响应特性,以获得最优化的桩身变形控制方案。
软土地基中被动桩与土体的相互作用及其工程应用
软土地基中被动桩与土体的相互作用及其工程应用一、本文概述本文旨在深入研究和探讨软土地基中被动桩与土体的相互作用及其工程应用。
随着工程建设的不断推进，对软土地基的处理和加固技术提出了越来越高的要求。
被动桩作为一种有效的地基加固方式，在软土地基处理中发挥着重要作用。
然而，被动桩与土体的相互作用机制复杂，涉及土体力学、桩土相互作用、地基稳定性等多个领域，因此需要进行系统而深入的研究。
本文将首先介绍软土地基的特性和被动桩的基本原理，为后续研究提供理论基础。
接着，将重点分析被动桩与土体的相互作用机制，包括桩土之间的力学传递、应力分布、变形协调等方面。
同时，将探讨不同工程条件下被动桩的工作性能，如不同荷载、不同地质条件下的桩土相互作用规律。
在此基础上，本文将进一步探讨被动桩在软土地基工程中的应用技术，包括被动桩的设计、施工、监测等方面。
通过对实际工程案例的分析和总结，将提出适用于软土地基的被动桩加固方案和技术措施，为相关工程建设提供有益的参考和借鉴。
本文的研究不仅对深入理解被动桩与土体的相互作用机制具有重要理论意义，同时也为软土地基加固技术的实际应用提供了有力支持，对于提高工程建设的安全性和经济效益具有积极的推动作用。
二、被动桩与土体相互作用的理论基础被动桩与土体的相互作用是一个复杂的力学问题，涉及土力学、结构力学和弹性力学等多个领域。
在软土地基中，由于土的强度低、变形大，被动桩与土体的相互作用更为显著。
为了深入理解这一过程，需要建立相应的理论基础。
被动桩在受到侧向土压力作用时，会产生桩身弯曲和桩侧摩阻力。
根据弹性力学理论，桩身的弯曲变形会导致桩侧土体产生应力集中，进而影响土体的应力分布和变形。
同时，桩侧摩阻力是土体对桩身的约束力，其大小与桩土界面的摩擦系数、法向应力以及桩身变形等因素有关。
被动桩的存在会改变周围土体的应力场和位移场。
根据土力学原理，桩周土体会产生应力重分布，形成“应力拱”效应。
这种效应使得桩侧土体承受更大的法向应力，从而增加桩侧摩阻力。
桩-土-桩相互作用有限元接触分析
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。
桩土相互作用下单桩特性
桩土相互作用下单桩特性分析[摘要]：随着我们经济技术的发展，各种复杂建筑的不断涌现，桩土之间相互作用和协调工作问题的研究成为土木工程中非常重要的课题之一。
桩基础作为一种常用的基础形式，以其承载力高、沉降量小而均匀、稳定性好、易于机械化作业等特点，在高层建筑及路桥工程及其它领域得到不断发展。
国内外的学者在如何考虑桩基础与地基之间的共同作用方法的研究都进行了深入的讨论，并在实际工程得到了运用。
桩土共同作用是一个非常复杂的系统，有必要进一步的研究桩土相互作用下单桩特性分析。
本文借助大型通用有限元软件分析了桩和土体共同作用下的单桩的受力特性，揭示了桩土相互作用下单桩特性分析，为优化实际工程结构设计方案安全和经济性进行有效的预测和指导作用。
1 桩土本构模型的选取本构模型选取是否合适对结构分析非常重要，本文土体选用弹塑性地基模型。
桩土受荷时，当土体进入塑性阶段时，桩仍处于弹性变形阶段，桩与土体正比，其变形较小。
因此，桩基选用线弹性模型。
1.1 弹塑性地基模型本算例在采用有限元软件进行分析时，采用SOLID45单元来模拟，SOLID45单元用于建立三维实体结构模型，单元通过8个节点来定义，每个节点有3个分别沿着X、Y、Z方向平移的自由度[1]。
由于土体和混凝土两种材料的性质相差较大，在一定的受力条件下有可能在其接触面上产生错动滑移或开裂。
因此，在土体和混凝土的交界面考虑接触效应。
有限元程序提供了多种接触形式，并且能将纯拉格朗日乘子法和罚函数法结合起来。
其中法向刚度因子取1.0，以避免取值过小导致造成总刚度病态，不便于收敛。
本文采用刚体-柔体的面-面接触单元来模拟[2]。
其中，土体当作“接触”面，利用TARGE173来模拟，作为柔性面。
桩体当作“目标”面，利用TARGE170来模拟，作为刚性面。
3 计算结果分析3.1 桩身的荷载与沉降关系研究桩基在不同荷载作用下的荷载-沉降曲线是探究桩基受力机理的主要途径。
单桩的P-S曲线如图3.1所示，可以看出，随着荷载的逐步加大，桩顶的沉降逐渐增加，由线性特征逐步表现出非线性的特性。
深基坑支护桩与土相互作用
深基坑支护桩与土相互作用摘要:本文论述深基坑支护体系计算中考虑桩土共同作用原理,提供了经过监测与验证的主要结论.关键词:深基坑预应力锚杆排桩非线性共同作用变形协调;1前言目前土抗力法中弹性地基反力法是综合效果最好的，应用日益广泛。
土抗办法中入土桩的挠曲线微分方程为式中:EI为桩身抗弯刚度（KN/m2）P为作用在单位桩长上的力；y为桩身水平变位(m）Z为从地面向下算起的深度(m). 式(1)中，对土压力p作不同的假设就有不同的计算理论，例如，大家所熟知的“m”法假设p＝mzy，而“c”法假设p = cz1／2Y，张有令法假设p=ky等等。
根据Winkler假定，k是与面积有关的，很难在不同的深度上进行不同面积的侧向压板试验来求k。
2计算模型的建立对于深基坑预应力锚杆排桩的计算，本文按照Zemochkin的集中反力方法，但这单用的是一个弹簧，该弹簧的系数不是垫层系数k而是刚性系数K=p/y（Ｐ为集中力;Y为位移)。
因此，不同的土层用不同的K代替，而K是由习惯的土力学的方法求变形模量E，而得到的。
长度L具有弯曲刚度Ei的桩，其承受的土压力可分成n个集中力代替，而集中力是作用于具有刚性系数K的弹簧上，弹簧支承于刚体上。
同样，锚杆也用弹簧代替，刚性系数记为Kt其计算简图如图1所示。
本文提出土的p -y曲线p=ky，将其代入式(1),用有限差分求解桩身内力和位移.3刚性系数的确定3.1土弹簧刚度系数K的确定。
一个土压力弹簧的集中力为p，则分布于圆弧单位面积上的压力为q。
设q=p/bd ,用矩形面积bxd代替圆弧面积。
由弹性力学Boussinesq解可得到位移Y。
设d <b，有式中:E0、VS分别为土的变形模量及泊松比;。
为W与b/d有关的形状系数。
当b/d =1.0时，W= 0.88 ;当b/d=1.5时，W=1.08;当b/d=2.0时，W=1.22b为长边。
若L/n小于直径d，则式(2)中应以d代替b，而W应由d/b之比来决定。
水平地震作用下桩—土—上部结构弹塑性动力相互作用分析
水平地震作用下桩—土—上部结构弹塑性动力相互作用分析一、本文概述《水平地震作用下桩—土—上部结构弹塑性动力相互作用分析》这篇文章主要探讨了水平地震作用对桩—土—上部结构体系的影响，并详细分析了这一复杂系统在地震作用下的弹塑性动力相互作用。
本文旨在深入理解地震时桩—土—上部结构体系的动态行为，为工程实践提供理论依据和指导，以提高结构的抗震性能。
本文首先介绍了地震作用下桩—土—上部结构体系的研究背景和意义，阐述了国内外在该领域的研究现状和发展趋势。
接着，文章对桩—土—上部结构体系的弹塑性动力相互作用进行了理论分析，包括桩土相互作用、地震波的传播与散射、结构的动力响应等方面。
在理论分析的基础上，本文进行了数值模拟和实验研究。
通过建立合理的数值模型，模拟了不同地震波作用下的桩—土—上部结构体系的动态响应过程，得到了结构的地震反应特性和破坏模式。
同时，结合实验数据，验证了数值模拟的有效性，并对模拟结果进行了深入分析。
本文总结了地震作用下桩—土—上部结构弹塑性动力相互作用的研究成果，指出了现有研究的不足和未来研究方向。
文章强调了在实际工程中应考虑桩土相互作用的影响，合理设计抗震结构，以提高结构的整体抗震性能。
通过本文的研究，可以为工程师和科研人员提供有益的参考，推动桩—土—上部结构体系抗震设计方法的改进和完善，为保障人民生命财产安全和提高建筑行业的可持续发展水平做出贡献。
二、桩—土—上部结构相互作用的基本理论桩—土—上部结构的相互作用是一个复杂且关键的动力学问题，涉及到地震波传播、土壤动力学、结构动力学等多个领域。
在水平地震作用下，土壤对桩的约束和桩对土壤的支撑形成了相互作用力，这些力通过桩传递到上部结构，进而影响整个系统的动力响应。
桩—土相互作用的理论基础主要是基于土的动力学特性和桩土之间的接触关系。
土壤在地震作用下的行为受到其本身的物理特性（如密度、弹性模量、泊松比等）和动力特性（如阻尼比、剪切波速等）的影响。
桩-土体系相互作用有限元分析
杂 的土体本构模型的选择和桩体 、 土体单元 的选择 ， 桩一土接触 面单元 的力学行为。下面介绍 土体和桩 体常用 的八节 点立 方体
参考 文 献 ［ ］ Ｇ ／ ３ １ ２ ０ 煤 的 格 金 低 温 干 馏 试 验 方 法 ［ ］ 京 ： １ ＢＴ １４－ ０ １ Ｓ． 北
展， 主要包括有 限元法 、 边界元法 、 离散元 法等， 而其 中有限单元
科技情报开发与经济
文章 编 号：０ ５ ６ ３ （ ００）０ ０ ６ — ３ １０ — ０ ３ ２ １ １－ ｌ２ ０
Ｓ Ｉ Ｅ ＨＩ Ｆ Ｒ Ａ Ｉ Ｎ Ｄ Ｖ Ｌ Ｐ Ｅ Ｔ＆Ｅ Ｏ Ｏ Ｙ Ｃ— Ｃ Ｏ Ｍ ＴＯ Ｅ Ｅ Ｏ Ｍ Ｎ Ｔ Ｎ ＣＮＭ
２１ 年 ００
第２ Ｏ卷 第 ｌ 期 Ｏ
ｌ 桩多年 的发展 ， 目前桩与土的共 同作 ｊ ｝分析主要有 以下 ４ ｆ 种 ［ ： 载传递 法 【 弹性 理论法 ＿ ， 荷 ］ ， ３ 剪切位移 法 ［ 数值计 算 Ｊ ， 法 。随着计算机的高速发展 ， 目前数值计算方法得到了很快 的发
估箅桩基承载力与沉降是 很重要的。根据前 人的研究 总结 和分 析， 得知影响有限元在桩土相互作用分析应用 的主要因素有 ： 复
ｓ ａ ｅ’ ｉ ｏ ｔｎ ｎ ｈ ｃ ｕ ａ ｙ ｏ ｈ ａ ｕ ｉ ｇ ｒ ｓ ｌｓ ｎｄ ｔ ｒ ｕ ｈ ｔ ｅ ｔ，ａ ｌ ｚ ｓ ｔ ｉ ａ ｔ ｒ ｎ ｌ ｅ ｃｎ ｈ ｌ Ｓｏｌｃ ｎ ｅ ｔａ ｄ ｔ ｅ ａ ｃ ｒ ｃ ｆｔ ｅ ｍｅ ｓ ｒｎ ｅ ｕ ｔ，ａ ｈ ｏ ｇ ｈｅ ｔｓｓ ｎａｙ ｅ ｈｅ ｍａ ｎ ｆｃ ｏ ｓｉ ｆｕ ｎ ｉｇ ｔ ｅ ｍｅ ｓ ｒ ｍｅ ｔ ｆｏｌｓ ａ ｅ’ ｉ ｃ ｎ ｅ ｔ ａ ｄｅ ｐ ｕｎ ｓｔ ｅ ｓ ｌ ｃｉ ｎｏ ｈ ｅ ｔｔ ｓ ｏ ｄ ｔｏ ． ｈ ａ ｕ ｅ ｎ ｉ ｈ ｌ Ｓｏｌ ｏ ｔ ｎ ， ｎ ｘ ｏ ｄ ｈ ｅｅ ｔｏ ｆｔ ｅｂ ｓ ｅ ｔｃ ｎ ｉｉ ｎ ｏ
桩-土-桩相互作用分析
故式 （） １即可写成 ：
『 ＋（ｖ一Ｋ ， Ｋ 。ｖ） ， 一 。 １ｆ １ 【 ／Ｖ一 ｖ ＫＡ ＾ ， ＋ Ｋｐ ） Ｐ 【 Ｊ 瑞 （ Ｖ一 砧 ｖ Ｊ
阵。
式 中， ｖ为桩 Ａ与 土交界 面处作 用 环形或 盘状 （ 底 ， ％ 桩
部） 竖向简谐荷载时 的刚 度矩 阵， 而 为桩 Ｂ与 土交界 面
荷载作用下 ， 桩侧 和桩端受到土体反 力作用 。通过桩侧 摩阻 力和桩端反 力 ， 桩体 和土 体受 力表 现为 作用 和反 作用 的关 系， 通过桩土 的接触 ， 桩体和土体保持竖 向位移协调。
＝
பைடு நூலகம்
㈦
全弹性的特点 ， 每一层土体都满 足线 弹性 的理论 。
设有层状 场地 中有桩 Ａ、 Ｂ两 根桩 ， 桩间距 为 Ｓ 桩 两 将它们沿桩长方向和土层 一样划分单元 ， 其中桩 Ａ划 分为 ｎ 单元 ， Ｂ划分为 ｍ单元 ， 图 １ 桩 如 所示 。桩 受到垂直 向下的
， ｖ即 自由场地考虑 二根桩 在垂 直荷 载作 用 时刚度 矩 Ｋ
・
ｖ ｋ
图 １力 学 模 型
・
．
设桩 Ａ Ｂ的位移 向量分别为 Ｗ ＾ Ｗ Ｂ土对桩 Ａ、 、 ｐ Ｐ， Ｂ的
Ｘ
反力向 量为 Ｆ 、ｖ 则桩的 Ｆ， Ｒ 平衡方程应当为：
・ ， ＋（ ｖ — Ｋ Ｋ Ｋ Ｐ ｅ ）
［ 瑞砧
【 Ｆ
可得
）
㈩
关于桩土相互作用体系水平振动响应的若干解析模型与解答
关于桩土相互作用体系水平振动响应的若干解析模型与解答下载提示：该文档是本店铺精心编制而成的，希望大家下载后，能够帮助大家解决实际问题。
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桩体复合地基桩、土相互作用的解析法
1 前 言
刚度较大的桩体 如素混凝土桩 CFG 桩 复合地基设计中有两个需要解决的问题 一是桩 土分担比的计算 二是考虑桩上下刺入时的沉降 计算问题 目前这两者都没有得到较好的解决 傅景辉 宋二祥[1]基于桩土沉降及垫层之间的相互 关系导出了桩土分担的解析解 为上述问题的解 决提供了思路 本文根据桩 土和垫层的协同作 用 推导出大面积群桩中桩 土的荷载传递基本 微分方程并给出其解答 以期对上述问题的解决 带来帮助 文中考虑了桩侧阻随侧向土压力的变 化以及垫层 土体模量随压力的变化 还考虑了 深度的影响
作为桩土基本单元进行分析桩 土受力如图 1
图1
桩
土受力假定图
Fig .1 Assumption of pile-soil stress
本文假定如下 1 模型 2 桩间土沉降取该水平面上的平均值 桩 土间错动为桩体沉降与土沉降平均值之差 土体为弹性体 垫层符合 Winkler 地基
２ 理论假设
取大面积群桩复合地基中单桩及所附属的土
4 , 5
"
有 d 2W p dz
2
δ 关系曲线初始段斜率
Wp =
=
U τ = β pτ Ap E p U Ap E p
(6)
其中 同理 对桩间土有 Ws =
图 ２ － ä 关系 Fig .2 relation of - ä
"
βp =
(7)
d Ws dz
2
2
= −β sτ
(8)
其中
βs =
2 基本解答的推导
(3)
表达式为 δ δu 时 τ = (1) (2) dW p = − 5 由式 (4)
δ >δu 时
τ =τu
桩土相互作用分析模型比较
１０ ２
地震波峰值（） ｇ
ａ 墩 顶 最 大 位 移 ）
３ 案 例 分 析
本 文选 取厦 漳桥 课题组 所 做试验 中的液化 有 覆 盖 层 作为 模 型对 比的参 照 ，选 取 该 试 验 中 的 Ｐ 桩 ｌ 为 对象 ，提 取其 中 的 ２ 个 工况 ，分 别对应 人 工波 、 １
３１ ．６
５ ０２ ｇ
．
２７ ７４ ５ ． ２
２ ６１ ３ ９．６
４ １２ ６ ．１
７ ８１ １ ．６
５７ ．２
◆一 人 工 波
５３ ．３
２１ ６７ ５ ．３
７１ ３ ６． ２
１ｏ ｏ
３６ ． ４
０３ ｇ ０
．
３３ ５４ ６ ．８
３ ２ ４ ４１ ３ ．
矩 （ ｍ） Ｎ・ １９１ ４ ．６
１ ３６ ５ ．８
０ １ Ｏ ２０
图 １ 结 构 响应 量 的误 差 值 — — １ 嵌 固模 型 Ｄ
０ ０１ ． ０２ ． ０３ ． ０４ ． ０５ ．
００ ｇ ５
．
１２ ．４
１ ｌ ． Ｏ １０ ． ７ ０１ ｇ ０
ｄ６ ６弹 簧矩 阵法 模 型法 ）ｘ
该 方 法 为把 桩 在 最
—
大 冲刷线 处 截 断并 附 加单 点 集 中弹簧 的桩基 模 型 ， 该模 型桩 在最 大 冲刷线处 截 断 ，冲刷线 以上 的桩 按 实 际情 况 用梁单 元模 拟 ．然后 在每个 桩 截断处 加 一
◆一 人 工 波
地 震 波
人 工 波 Ｅ — ｅｔ Ｌ Ｃ ｎｒ ｏ波 Ｔ ｆ 波 ａ ｔ
人 工 波 Ｅ — ｅｔ Ｌ Ｃ ｎｒ ｏ波 Ｔ ｆ 波 ａｔ
浅析桩与土体间的相互作用
浅析桩与土体间的相互作用作者：刘振江来源：《山东工业技术》2018年第15期摘要：建筑工程的建设过程中，桩基础的设计尤为重要，桩基础承载着整个建筑的上部的主要荷载，土与桩基础之间的作用是提升承载力的。
本文通过用PLAXIS 3D软件进行有限元模拟在桩基处于一定的荷载作用下，分析桩基础与土体间的相互影响，通过软件计算出桩的最大应力及土的最大位移；以便在实际工程中更好的利用天然地基的承载力，从而在保证其安全的条件下，减少桩基础的用量，节约资源。
关键词：桩基；土体；PLAXIS 3D；相互作用DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2018.15.0911 前言建筑工程的建设过程中，桩基础的设计尤为重要，桩基础承载着整个建筑的上部的主要荷载，土与桩基础之间的作用是提升承载力的。
通过考虑桩基础与土体间的相互作用，更加充分发挥天然地基承载力，从而减少桩的使用量，提高工程的经济效益[1-2]。
桩基础与土体间的相互作用是现在工程中出现的一个重要的问题，国内已经有很多学者对桩土间的相互作用进行了研究[3-4]。
陈顺伟等[5]通过使用ANSYS有限元软件，建立模型，施加动静荷载，使用有限元分析法，从而分析桩与土体间的相互作用，分析两者间的力学特征。
王春等[6]通过对工程实例的具体分析，发现了目前桩土模型在设计计算过程中存在着一定的局限性，并提出一个使用程序计算桩土之间相互作用的模型。
戴民等[7]通过研究桩与土之间相互作用的理论意义，对国内外桩土之间相互作用做出了详细的总结。
2 模型建立本文采用一款已经在岩土工程项目广泛使用的有限元计算软件PLAXIS 3D进行桩基础的模型建立。
采用10节点三角单元进行模拟土体，首先对该模拟桩基础所在场地（几何尺寸为：80mx60mx30m）的土层进行划分。
如图1所示，将该场地土层分为三层，最上面一层为沙土层顶部为±0m，底部为-5 m；中间层为碎石层，顶部-5 m，底部-10 m；第三层为粘土层，顶部-10 m，底部-30 m。
桩—土—结构相互作用三维数值模拟
3、探讨桩—土—结构相互作用的机制：通过分析桩基与土体以及上部结构之 间的相互作用，可以深入了解桩基承载和变形的本质，为工程设计提供理论支 持和实践指导。
在分析模拟结果时，应注意以下可能的影响因素：
1、模型参数的设置：模型参数的准确设置是保证计算结果准确性的关键之一。 应依据实际工程地质资料和现场试验数据合理确定模型参数。
2、网格划分的精度：网格划分的精度对计算结果的准确性有很大影响。在保 证计算效率的前提下，应尽可能提高网格划分的精度。
3、边界条件的处理：边界条件的处理对计算结果的准确性也有很大影响。在 数值模拟中，应合理设置边界条件以反映实际工程情况。
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连续介质模型将土体视为连续的弹性或塑性介质，通常采用有限元法或有限差 分法进行求解。连续介质模型适用于分析小变形和低应力的问题，且计算效率 较高。然而，该方法难以准确模拟复杂的地质条件和应力状态。
混合法是一种结合离散元法和连续介质模型的数值方法。该方法将土体分为若 干个单元，其中一部分单元采用离散元法进行模拟，另一部分单元则采用连续 介质模型进行模拟。混合法的优点在于能够结合离散元法和连续介质模型的优 点，同时降低计算成本。然而，混合法需要合理选择离散元和连续介质模型的 适用范围，以确保计算结果的准确性。
采用有限元法对桩—土—结构相互作用进行了数值模拟，分析了不同土体条件 和桩端荷载对桩基承载力的影响。结果显示，土体条件和桩端荷载是影响桩基 承载力的关键因素。类似地，李志平等（2021）采用有限差分法对桩基在复杂 荷载下的变形进行了数值模拟，探讨了不同土体条件对桩基变形的影响。研究 结果表明，土体条件是控制桩基变形的重要因素，合理的土体模型是提高数值 模拟精度的关键。
方法与模型
桩—土—结构相互作用的数值模拟方法与模型可分为三大类：离散元法、连续 介质模型和混合法。
桩_土_桩相互作用分析
低 温 建 筑 技 术
2008 年第 1 期 ( 总第 121 期)
(9)
2 算例分析 211 单桩沉降计算
为验证算法的正确性 ,将采用文中算法计算的单桩沉降 与 Poulos 弹 性 理 论 法 相 比 较 。按 照 Poulos ( Poulos& Davis , 1980) 的理论定义沉降因子 I , 沉降因子与沉降 S 量之间关 系有 S = ( PΠES L ) I ,式中 S 为桩头沉降 ,沉降因子 I 与桩径 比 L/ D 、 桩土刚度比 k = EPΠES 有关 , 土泊松比对其影响较 小 。以下计算采用各向同性场地 , 取场地泊松比 μ = 0. 3 , I 随桩径比 L / D 、 桩土刚度比 k = EPΠES 的变化规律如图 2 所 示 ,图中实线所示为采用本算法解 ,虚线所示为 Poulos 解 。
3 结语 (1) 采用子结构法分析桩 - 土 - 桩相互作用 , 可运用
于求解单桩与群桩沉降 。采用子结构法分析桩沉降 ,能较好 模拟土层层状性质 。 (2) 通过群桩沉降影响系数分析 , 桩桩间距影响较小 情况下 ,其相互影响不可忽略 。
房利人 : 对某工程桩基础设计及施工工艺的反思
109
承载能力中图分类号li嗍31文献标识码lb文章编号100l一6864200801一010902桩基础以其承载能力高沉降变形小施工方便质量便于控制等优点在建筑工程中得到了普遍的推广和应用尤其是混凝土灌注桩近年来有长足的发展成桩工艺不断创新每种成桩工艺各有所长根据地质状况不同各有优势
毕志成等 : 桩 - 土 - 桩相互作用分析
序号
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
调整或更换成桩工艺 ,尤其是发现明显可能影响桩身质量的 地质状况 ,必须调整成桩工艺 。否则 ,给基础工程带来隐患 , 甚至不能满足安全使用要求和耐久性要求 ,实践证明 , 错误 的决策会造成大量资金浪费和延误工期 。
桩_土体系相互作用有限元分析.kdh
SCI-TECH INFORMATION DEVELOPMENT ＆ ECONOMY
2010 年 第 20 卷 第 10 期
文章编号:1005－6033（2010）10－0162-03
收稿日期:2010－02－21
桩—土体系相互作用有限元分析
孟晋杰，贺武斌
（太原理工大学建筑与土木工程学院，山西太原，030024）
（2）取 Eb/Es＝10，Ep/Es＝100 不变，然后改变 L/d 的值。L/d 分别 取 4，10，40，100 进行模拟。根据模拟结果可以看出：随桩的长径 比 L/d 的增大，传递到桩端的荷载逐渐减小，桩身下部桩侧阻力 发挥值相应地减小；当 L/d≥40，在均质土中，其端阻分担的荷载 比趋于零；当 L/d＝100，不论桩端土刚度多大，对荷载传递影响其 端阻分担荷载值几乎为零，可以忽略不计。
摘 要：介绍了桩土相互作用的一般分析方法和有限元分析桩土相互作用的方法，就
桩土相互作用中荷载传递的几个影响因素进行了模拟试验, 得出了桩端土与桩周土的
刚度比 Eb/Es、桩的长径比 L/d、桩端扩径比 D/d 等 3 个参数的变化对桩土相互作用荷
载传递的影响。
关键词：桩—土体系；相互作用；有限元分析；荷载传递
参考文献
［1］ GB/T 1341—2001 煤的格金低温干馏试验方法［S］.北京：
中国煤炭出版社，2004.
（责任编辑：李 敏）
────────────────
第一作者简介：洪 军，男，1961 年 5 月生，1988 年毕业于
常州煤炭地质学校煤质分析专业，工程师，现为东北煤田地质局
沈阳测试研究中心化验室主任兼技术负责人，辽宁省沈阳市沈
检测结果更准确。该检测方法最佳试验条件是：称取 50 g±0.5 g 粒 度小于 3 mm 的页岩油试样，称准到 0.01 g，装入干馏管中并置于 格金干馏炉内，在隔绝空气的条件下，在 300 ℃内以 15 ℃/min 的 速度加热升温，300 ℃以后以 10 ℃/min 的速度升温至 520 ℃，并在 此温度下保持 20 min；所测得的干馏产物用锥形瓶于冷却水中冷 凝收集，以二甲苯作为溶剂蒸馏使油水分离，测定出页岩油含油 率。通过试验证明：选用本方法测定油页岩中的含油率方法简便、 测试稳定性好、重复性好，检测结果准确可靠，检测效率高。
土-结构相互作用-群桩分析
第一章问题描述土体尺寸为3.6*2.16*1.56，单元尺寸为0.06，上层土体厚度为1.44，下层碎石厚度为0.12，圆桩的水平截面的形心坐标为：1号桩X=1.2，Y=1.08；2号桩X=1.8，Y=1.08；3号桩X=2.4，Y=1.08；4号桩X=1.8，Y=1.68；5号桩X=1.8，Y=0.48。
桩的起始Z坐标为0.06，终止坐标为1.56.直径为0.15。
桩上方有一立方体承台，承台上方有一连接构件，连接一质量块。
各种材料的材料参数如下表所示。
表1-1 各种材料的材料参数输入脉冲的宽度为0.015秒，时间步长为0.00001秒，步数为16384步。
通过自由场程序构造垂直向上入射的SV波。
第二章数值计算结果2.1群桩各个水平截面的剪力时程图2.1.1一号桩各个水平截面的剪力时程图Z=0.06 Z=0.30Z=0.54 Z=0.78Z=1.02 Z=1.26Z=1.44 Z=1.502.1.2二号桩各个水平截面的剪力时程图Z=0.06 Z=0.30Z=0.54 Z=0.78Z=1.02 Z=1.26Z=1.44 Z=1.502.1.3三号桩各个水平截面的剪力时程图Z=0.06 Z=0.30Z=0.54 Z=0.78Z=1.02 Z=1.26Z=1.44 Z=1.502.1.4四号桩各个水平截面的剪力时程图Z=0.06 Z=0.30Z=0.54 Z=0.78Z=1.02 Z=1.26Z=1.44 Z=1.502.1.5五号桩各个水平截面的剪力时程图Z=0.06 Z=0.30Z=0.54 Z=0.78Z=1.02 Z=1.26Z=1.44 Z=1.502.2群桩各个水平截面的弯矩时程图2.2.1一号桩各个水平截面的弯矩时程图Z=0.06 Z=0.30Z=0.54 Z=0.78Z=1.02 Z=1.26Z=1.44 Z=1.502.2.2二号桩各个水平截面的弯矩时程图Z=0.06 Z=0.30Z=0.54 Z=0.78Z=1.02 Z=1.26Z=1.44 Z=1.502.2.3三号桩各个水平截面的弯矩时程图Z=0.06 Z=0.30Z=0.54 Z=0.78Z=1.02 Z=1.26Z=1.44 Z=1.502.2.4四号桩各个水平截面的弯矩时程图Z=0.06 Z=0.30Z=0.54 Z=0.78Z=1.02 Z=1.26Z=1.44 Z=1.502.2.5五号桩各个水平截面的弯矩时程图Z=0.06 Z=0.30Z=0.54 Z=0.78Z=1.02 Z=1.26Z=1.44 Z=1.502.3群桩各个水平截面形心点X方向的位移时程图2.3.1一号桩各个水平截面形心点X方向的位移时程图Z=0.06 Z=0.30Z=0.54 Z=0.78Z=1.02 Z=1.26Z=1.44 Z=1.502.3.2二号桩各个水平截面形心点X方向的位移时程图Z=0.06 Z=0.30Z=0.54 Z=0.78Z=1.02 Z=1.26Z=1.44 Z=1.502.3.3三号桩各个水平截面形心点X方向的位移时程图Z=0.06 Z=0.30Z=0.54 Z=0.78Z=1.02 Z=1.26Z=1.44 Z=1.502.3.4四号桩各个水平截面形心点X方向的位移时程图Z=0.06 Z=0.30Z=0.54 Z=0.78Z=1.02 Z=1.26Z=1.44 Z=1.502.3.5五号桩各个水平截面形心点X方向的位移时程图Z=0.06 Z=0.30Z=0.54 Z=0.78Z=1.02 Z=1.26Z=1.44 Z=1.502.4群桩各个水平截面形心点X方向的位移频谱图2.4.1一号桩各个水平截面形心点X方向的位移频谱图Z=0.06 Z=0.30Z=0.54 Z=0.78Z=1.02 Z=1.26Z=1.44 Z=1.502.4.2二号桩各个水平截面形心点X方向的位移频谱图Z=0.06 Z=0.30Z=0.54 Z=0.78Z=1.02 Z=1.26Z=1.44 Z=1.502.4.3三号桩各个水平截面形心点X方向的位移频谱图Z=0.06 Z=0.30Z=0.54 Z=0.78Z=1.02 Z=1.26Z=1.44 Z=1.502.4.4四号桩各个水平截面形心点X方向的位移频谱图Z=0.06 Z=0.30Z=0.54 Z=0.78Z=1.02 Z=1.26Z=1.44 Z=1.502.4.5五号桩各个水平截面形心点X方向的位移频谱图Z=0.06 Z=0.30Z=0.54 Z=0.78Z=1.02 Z=1.26Z=1.44 Z=1.502.5群桩各个水平截面的内力峰值2.5.1一号桩各个水平截面的内力峰值2.5.2二号桩各个水平截面的内力峰值2.5.3三号桩各个水平截面的内力峰值2.5.4四号桩各个水平截面的内力峰值2.5.5五号桩各个水平截面的内力峰值2.6最大弯矩值最大的截面产生最大弯矩所对应时刻桩的挠曲线2.6.1一号桩的挠曲线最大弯矩值最大的截面为Z=1.32处截面，其最大弯矩值为0.464KN*m，该截面产生最大弯矩值所对应的时刻为T=0.01204s，此时桩的挠曲线如下图所示（横轴表示挠度，纵轴表示桩水平截面的位置（以水平截面形心的Z坐标值来表示））2.6.2二号桩的挠曲线最大弯矩值最大的截面为Z=0.06处截面，其最大弯矩值为3.031KN*m，该截面产生最大弯矩值所对应的时刻为T=0.03288s，此时桩的挠曲线如下图所示（横轴表示挠度，纵轴表示桩水平截面的位置（以水平截面形心的Z坐标值来表示））2.6.3三号桩的挠曲线最大弯矩值最大的截面为Z=1.32处截面，其最大弯矩值为0.464KN*m，该截面产生最大弯矩值所对应的时刻为T=0.01204s，此时桩的挠曲线如下图所示（横轴表示挠度，纵轴表示桩水平截面的位置（以水平截面形心的Z坐标值来表示））2.6.4四号桩的挠曲线最大弯矩值最大的截面为Z=1.26处截面，其最大弯矩值为0.519KN*m，该截面产生最大弯矩值所对应的时刻为T=0.01225s，此时桩的挠曲线如下图所示（横轴表示挠度，纵轴表示桩水平截面的位置（以水平截面形心的Z坐标值来表示））2.6.5五号桩的挠曲线最大弯矩值最大的截面为Z=1.26处截面，其最大弯矩值为0.519KN*m，该截面产生最大弯矩值所对应的时刻为T=0.01225s，此时桩的挠曲线如下图所示（横轴表示挠度，纵轴表示桩水平截面的位置（以水平截面形心的Z坐标值来表示））。
桩土相互作用模型分析及土弹簧的刚度确定
桩土相互作用模型分析及土弹簧的刚度确定桩基地基相互作用在工程领域中是一个非常重要的研究方向。
如何分析桩土相互作用，确定土弹簧的刚度，已经成为研究者们长期以来的研究方向。
本文将着重介绍桩土相互作用模型的分析以及土弹簧刚度的确定方法。
一、桩土相互作用模型分析桩土相互作用的分析是一个很复杂的问题，需要考虑很多因素，例如桩的形状、尺寸、材质、荷载作用方式以及土体的本构模型等等。
因此，建立一个合适的桩土相互作用模型是非常重要的。
常用的桩土相互作用模型主要包括刚性桩模型、柔性桩模型、弹性桩-地基模型和弹塑性桩-地基模型等。
具体模型的选择应根据实际工程情况进行合理选择。
在选择模型的同时，还需要考虑模型的精度和适用范围。
1. 刚性桩模型刚性桩模型是一种假设桩完全刚性的模型，桩与土体之间不存在变形，荷载沿着桩轴线方向传递。
该模型的应用比较广泛，特别是在短桩和单桩承载力计算中。
但是，刚性桩模型忽略了桩与土体之间的变形，因此在一些长桩、柔性桩及复杂荷载情况下，其结果可能需要进行修正。
2. 柔性桩模型柔性桩模型是一种假设桩的刚度较小，桩与土体间存在较大变形的模型。
因此，在该模型中，桩遭受荷载后，桩柄会发生变形，从而引起桩端和土体的变形。
这种模型适用于长桩或软土等复杂工程情况的分析。
但是，柔性桩模型的计算较为复杂，同时模型误差也较大。
3. 弹性桩-地基模型弹性桩-地基模型是一种假设桩和土体都是均质的弹性体的模型。
该模型假设桩和土体在弹性阶段的反应服从弹性理论，可以较好地反映桩与土体之间的相互作用关系。
其应用比较广泛，适用于一些较小荷载的工程应用。
4. 弹塑性桩-地基模型弹塑性桩-地基模型是一种新的桩土相互作用模型，既考虑了弹性行为，也考虑了土体的塑性行为。
该模型能够比较准确地反映桩与土体之间的相互作用关系。
其应用范围广泛，特别适用于长桩和承载力较大的复杂应力场中的计算分析。
二、土弹簧的刚度确定在桩土相互作用中，土弹簧承担着承载荷载的重要作用。