砂土中筒型基础静压沉贯过程受力特性研究

发布时间：2020-11-04 05:09

　　筒型基础是一种常见的海洋工程基础形式,多数筒型基础采用负压下沉安装,合理的负压能在保证地基稳定的前提下大幅度减少筒体下沉阻力,并实现沉放到位。而筒体下沉预估负压计算方法采用的是静力触探实测数据,静力触探测定为静压下沉过程中的土体阻力特性参数,因此筒型基础静压下沉试验研究可为负压下沉阻力估算提供相关参数。本文依据前人对筒型基础负压及静压沉贯已有的研究成果,采用模型试验、离散元数值模拟及理论分析相结合的方法,研究筒体静压沉贯过程中的土体位移场和土压力变化等受力特性,获得了筒型基础在静压沉贯过程中的贯入阻力、土压力变化、土塞的发展变化等规律。论文主要研究内容及结论如下:(1)开展了不同口径筒型基础在砂土中的静压沉贯模型试验,监测了筒内土塞发展过程、土体位移场及筒体内外应力等。通过土体位移场的变化规律证实了筒内土拱效应的存在,而筒内土体应力状态的变化则验证了土拱效应对筒内土塞发展规律的影响;筒内存在土拱效应和土塞现象解释了沉贯阻力增大的原因。(2)针对沉贯过程中土体大变形的特点,采用离散元方法建立筒型基础静压沉贯模型,实现了筒型基础在砂土地基中沉贯全过程动态模拟;分析了沉贯过程中的土体位移及力链的变化特征,并以土体颗粒变位和力链变化为特征研究了土拱效应的细观形成机理。(3)以静定三铰拱在均布荷载作用下的受力机理为理论基础,提出符合静定三铰拱的土拱受力模式,在均布荷载作用下拱轴线呈抛物线型,土拱为轴对称状态的空间结构,根据计算力学理论将其简化为平面土拱进行分析,建立了考虑土拱效应的沉贯阻力、筒内壁土压力计算方法。总之,本文针对筒形基础在砂土中静压沉贯过程土体的位移特征,研究筒体端部土拱效应对贯入阻力的影响,建立了考虑土拱效应的沉贯阻力、筒内壁土压力的计算方法;并将不同口径筒体贯入过程中土塞效应、筒-土摩阻力与沉贯阻力的理论计算结果并与静压下沉试验数据进行了对比分析,证明了该方法的合理性,可为筒型基础沉贯阻力的合理预判提供参考。
【学位单位】：扬州大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TU476
【部分图文】：

示意图,土塞,长度,示意图

Ｐａｉｋｏｗｓｋｙ完整的描述了桩基础中土塞的增长变化过程，在初始阶段粧体的下沉深度??与土体的贯入深度相同，随粧体贯入深度的增加，桩与土体的摩阻增大导致土塞高度小于??桩体入土度，当发生完全闭塞时土塞的高度保持恒定，如图１－１所示土塞增长变化示意图。??１?土塞?１?ｊ??筒体?土??▲?—Ｉ??Ｑ??二?Ｑ?Ｊ??１??，?。丨??５?？?！??图１－１不完全闭塞土塞长度增长变化示意图??国振、王立忠等％进行室内小尺度模型锚沉贯试验时，发现不同的压贯深度初始泥面??下降情况不同；在吸力沉贯过程中，初始阶段不同压贯深度的土塞发展趋势差别不大，当??土塞加速隆起后，压贯越深土塞发展越迅速。杨旭、陈飞等＃采用显式的任意拉格朗曰－欧??拉（ＡＬＥ）方法，针对土体大变形和接触非线性等问题，建立实现筒型基础动态、连续沉??贯过程的有限元模型，模拟静压下沉过程中筒壁内外侧挤土效应的差异情况，并提出了考??虑挤土效应的筒型基础沉贯阻力计算公式。??闫澍旺、林澍等＞?通过采用位移控制法和力控制法两种下沉方式，对筒型基础室内液??压下沉进行试验

法向应力,砂土,应力位移,曲线发展

土与结构物的应力位移曲线。??＇?如图２－２所示土与钢材料接触时在初始阶段，抗剪切能力相差不大，随着法向应力的??增大二者之间的差别逐渐显现，在法向应力４００ｋＰａ时砂土－钢抗剪强度是土体内部抗剪强??度的０．５倍。．??３００?－??？砂土??２５０?－?〇?砂土?钢??｜?２００?－??瞍?１５０?－??５０?－???Ｉ?Ｉ?Ｉ?Ｉ???０?１００?２００?３００?４００??法向应力／ｋＰａ??图２－２抗剪强度包线??从图２－３知土体内部剪切破坏时，应力位移曲线发展趋于平缓，砂土？钢接触剪切破??时出现明显的软化现象，随着法向应力的增大，软化系数（残余强度／峰值强度）成增大趋??势，软化现象逐渐减弱，这既印证了夏红春等Ｉ４４】学者的结论又与胡黎明等［４５】学者的试验结??果规律类似，得到软化的剪切应力位移曲线。可知随法向应力的增大，残余应力增大，残??余摩擦系数增大。本文的试验结果如表２－１所示。??

应力位移,曲线发展,砂土,剪切破坏