论文题目: 软化剪胀土中孔扩张理论及沉桩挤土性状研究
论文类型: 博士论文
论文专业: 岩土工程
作者: 汪鹏程
导师: 朱向荣
关键词: 剪胀,应变软化,孔扩张,相似解,中间主应力,沉桩挤土,应力松弛
文献来源: 浙江大学
发表年度: 2005
论文摘要: 研究内容主要包括软化剪胀土中的球形(柱形)孔扩张问题和沉桩挤土效应问题。 使用变换法，获得了小应变情况下，弹塑性材料中孔扩张问题一般解，进一步推导了理想弹塑性和弹脆塑性土体中孔扩张问题的解答，另外还分析了弹脆塑性材料的弹塑性交界面两侧的速度间断。 在前人研究的基础上，假定土体为均质各向同性的弹塑脆塑性体，用应力跌落模型描述土体的应变软化，引入剪胀角来考虑土体的剪胀特性，采用双剪统一强度理论和不相关联的流动法则，获得了考虑土体软化和剪胀特性的任意变形情况下的球形(柱形)孔扩张统一解，分析了孔扩张后的体积变化，并给出了孔扩张后卸载情况下的应力和位移解答，在此基础上，分析了土性参数如弹性模量、泊松比、抗剪强度、应变软化系数、剪胀角以及考虑中间主应力影响与否、大小应变等因素对解答的影响，并将本文方法计算的极限扩张压力值与实测值进行了比较，结果吻合得很好，从而验证了该方法的合理性和可靠性。 将土体视为各向同性的弹脆塑性体，用应力跌落模型描述应变软化，采用双剪统一强度理论和不相关联的流动法则，利用0初始孔径孔在极限扩张压力作用下，塑性区位移场具有几何自相似的特性，推导了极限扩张压力的精确相似解。 假定桩沉入时桩尖附近土体按球形孔扩张，以无限空间中球形孔扩张解为基础，借助源源和源汇的手段，模拟了在半无限空间中的沉桩挤土问题，获得沉桩挤土位移场的半数值解。 对沉桩后桩周土体中的超静孔压消散进行了解析分析。分析中不考虑竖直方向的变化，认为土体只在径向上固结，将问题简化为平面应变问题，但考虑了土体的黏性性质和桩体本身的半渗透性，得到了超静孔压的解析表达式，在此基础上，讨论了土的性质以及桩、土的渗透性对孔压消散的影响。 将沉桩后土中应力松弛问题简化为无限空间中无限长圆柱形孔扩张后的应力松弛问题，将土视为最一般的粘弹粘塑性材料，采用由饱依丁—汤姆逊元件和宾汉姆元件串连而成的粘弹—粘塑性模型作为沉桩后桩周土的模型，推导出桩周土中应力、粘塑性区半径等与时间的关系式，通过编制程序计算，得到了它们随时间变化的数值结果，并就有关因素对应力松弛的影响进行了讨论。 鉴于目前绝大多数用有限元法分析沉桩挤土问题都没有考虑土体剪胀性的事实，本文利用大型商用有限元软件ABAQUS，对具有应变软化和剪胀特性的土体中沉桩挤土应力场和位移场进行了性状分析，在分析中考虑了土体大变形，得出了一些规律性结论。另外，还分析了若干因素对沉桩挤土效应的影响。
论文目录:
摘要
Abstract
主要符号与说明
第一章 绪论
§1．1 引言
§1．2 孔扩张问题研究应用现状
§1．3 沉桩挤土效应问题研究应用现状
1．3．1 现场测试和室内试验研究
1．3．2 沉桩挤土问题的解析分析
1．3．3 沉桩挤土问题的有限元分析
§1．4 本文研究思路、主要工作和创新点
1．4．1 本文思路及主要工作
1．4．2 本文创新点
上篇 孔扩张理论研究
第二章 土中孔扩张问题小应变下变换法解
§2．1 引言
§2．2 模型及控制方程
§2．3 基于变换法的解
2．3．1 弹塑性材料中孔扩张问题变换法一般解
2．3．2 理想弹塑性土体中孔扩张问题变换法解
2．3．3 弹脆塑性土体中孔扩张问题变换法解
2．3．4 孔扩张变换法解的典型曲线
2．3．5 弹脆塑性土体弹塑性交界处的速度跳跃
§2．4 本章小结
第三章 土中孔扩张问题大应变下解析解
§3．1 引言
§3．2 基本假定及模型
§3．3 基本方程
§3．4 孔扩张问题解答
3．4．1 软化区为大应变的解
3．4．2 软化区为小应变的解
3．4．3 不计软化区弹性应变的解
3．4．4 关于ε_(rc)~-的确定
§3．5 孔扩张解的典型曲线
§3．6 孔扩张过程中的土体体积变化
3．6．1 理想塑性区的体积变化
3．6．2 弹性区的体积变化
3．6．3 软化区的体积变化
§3．7 孔扩张后的卸载分析
§3．8 本章小结
第四章 孔扩张解的影响因素分析及实例验证
§4．1 引言
§4．2 模型参数
§4．3 影响因素分析
4．3．1 排水条件的影响
4．3．2 土性参数的影响
4．3．3 其他因素的影响
§4．4 实例验证
§4．5 本章小结
第五章 孔扩张极限扩张压力相似解
§5．1 引言
§5．2 抽象模型及基本方程
§5．3 极限扩张压力相似解
§5．4 算例及影响因素分析
§5．5 本章小结
下篇 沉桩挤土性状研究
第六章 基于球孔扩张解的沉桩挤土位移场
§6．1 引言
§6．2 基于球孔扩张解的沉桩挤土位移场
6．2．1 基本假定和模型建立
6．2．2 用源—源方法求水平位移场
6．2．3 用源—汇方法求竖向位移场
6．2．4 考虑桩侧摩擦力对位移的修正
§6．3 基于应变路径法解的沉桩挤土位移场
6．3．1 小应变情形
6．3．2 大应变情形
§6．4 基于球孔扩张解的沉桩位移场典型曲线
6．4．1 水平位移场
6．4．2 竖向位移场
§6．5 基于不同计算方法的沉桩位移场比较
§6．6 单桩沉桩位移场的实例验证
§6．7 本章小结
第七章 沉桩后桩周土中超静孔压消散
§7．1 引言
§7．2 基本假定及模型
§7．3 控制方程及其求解
7．3．1 控制方程
7．3．2 初始及边界条件
7．3．3 方程求解
§7．4 影响因素分析
7．4．1 弹性模量的影响
7．4．2 黏滞系数的影响
7．4．3 桩、土渗透系数的影响
7．4．4 超静孔压在径向上分布曲线
§7．5 本章小结
第八章 沉桩后土中应力松弛初探
§8．1 引言
§8．2 基本假定及模型
8．2．1 基本假定
8．2．2 土体模型
8．2．3 本构方程
§8．3 沉桩后土中应力松弛
8．3．1 黏塑性区半径变化
8．3．2 桩外侧挤压力变化
8．3．3 黏塑性区应力场变化
8．3．4 黏弹性区应力场变化
§8．4 应力松弛影响因素分析
8．4．1 对黏塑性区半径的影响
8．4．2 对桩外侧挤压力的影响
8．4．3 对桩周土中应力的影响
§8．5 本章小结
第九章 沉桩挤土性状有限元分析
§9．1 引言
§9．2 ABAQUS软件中莫尔—库仑模型简介
9．2．1 屈服准则
9．2．2 流动势函数
§9．3 沉桩挤土有限元分析
9．3．1 基本假定
9．3．2 有限元计算模型
9．3．3 单一土层算例分析
9．3．4 多层土算例分析
§9．4 影响因素分析
9．4．1 弹性模量的影响
9．4．2 黏聚力软化系数的影响
9．4．3 黏聚力的影响
9．4．4 内摩擦角的影响
9．4．5 剪胀角的影响
§9．5 本章小结
第十章 结论与建议
§10．1 本文主要结论
§10．2 进一步工作的建议
参考文献
致谢
作者简介
附录 浙江大学岩土工程研究所历届博士学位论文目录
发布时间: 2005-04-18
参考文献
- [1].沉桩挤土球孔扩张理论研究和数值模拟分析[D]. 胡士兵.浙江大学2007
- [2].静压桩施工沉桩阻力及沉桩挤土效应研究[D]. 樊向阳.同济大学2007
相关论文
- [1].成层地基中静压桩挤土效应及防治措施[D]. 鹿群.浙江大学2007
- [2].孔扩张理论研究及其在静力触探技术中的应用[D]. 李波.大连理工大学2007
- [3].静压桩施工沉桩阻力及沉桩挤土效应研究[D]. 樊向阳.同济大学2007