基于二维颗粒流理论的挤扩支盘桩承载力研究

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挤扩支盘灌注桩是一种新型桩,是在普通混凝土钻孔桩的基础上发展而来的。该桩利用桩身不同部位的硬土层设置分支或承力盘,将摩擦桩变革为变截面多支点摩擦端承桩,改变了桩的受力机理,使桩的承载力大大提高,沉降变形显著减小。关于挤扩支盘桩的承载力,国内外已经有了较多的研究。有采用现场试验,有采用室内试验,有采用理论方法,有采用数值模拟,在本文中采用数值模拟的方法来进行分析,并最终与室内试验进行对比。在数值模拟领域,纵观以往所用的研究支盘桩的方法,几乎都是采用有限元或者有限差分法这种基于连续介质假定的数值分析方法,而支盘桩与桩周土体相互作用的根本性质,很大程度上有赖于土体材料的细观层面力学特性的深入研究,有赖于对土体的细观结构与宏观力学现象的关联的研究。介于此,本文采用基于离散单元法的二维颗粒流数值模拟分析程序对挤扩支盘桩进行承载力研究分析。首先将数值模拟与室内试验的荷载-位移曲线进行对比,使两者性状发展相似,在此基础上确定模拟参数以进行进一步的桩土细观研究。首先进行支盘桩的颗粒流模拟,分析桩的时步-位移曲线、颗粒排列、颗粒接触力及颗粒位移等细观现象对桩土相互作用的宏观力学的影响,得出结论:(1)加载过程中支盘上端存在“拱”现象,桩侧有“剪切带”,并且随荷载增大向桩身靠拢;(2)支盘桩承载力主要由下支盘和桩端反力组成,受支盘的影响有很大面积的桩端土体能提供桩端反力。然后再进行支盘桩与等直径桩的颗粒流模拟对比分析,从细观角度分析研究支盘桩较等直径桩承载力高而变形小的原因,结论如下:(1)支盘桩在加载过程影响的土体区域要较等直径桩大很多;(2)支盘桩主要由下支盘和桩端部分的土体承担上部荷载,而等直径桩主要由桩侧及桩端土体承担;(3)对比两者荷载-位移曲线发现支盘桩较等直径桩承载力高而变形小。
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