桩端黄土持力层对地震波的响应研究

论文摘要

我国黄土主要集中分布在干旱半干旱的中西部地区，这些地区为地震多发区且烈度较高。因此黄土的动力响应研究至关重要，近年来对黄土场地土层动力响应的研究很多，但对桩端黄土持力层的动力响应研究却涉及很少。随着西部大开发，桩基已成为黄土地区一种重要的基础形式，地震波是从基岩先传到持力层，再传到桩，持力层的动力响应对桩的稳定性影响很大，尤其是对端承桩和摩擦端承桩，其持力层的动力特性更是关乎着其承载力的正常发挥和安全使用。因此我们很有必要研究桩端黄土持力层的动力特性，以避免由于地震荷载作用下所造成的桩端持力层地基失效，即由此导致的桩的承载力丧失、桩的变形破坏，以及由此引发的上部结构损坏。本论文用大型有限元软件ANSYS对桩土体系进行了三维动力模拟分析，模型中土体采用DP模型，运用修正的VonMises屈服准则，桩土之间采用面面接触单元模拟，边界条件使用的是Lysmer等的粘滞边界，用大质量法施加地震波荷载，比较合理的模拟了桩土动力相互作用，对桩端持力层有软弱下卧层时的情况进行了分析，通过对桩端土体和软弱下卧层土体的应力、应变的比较，得出了软弱下卧层应力应变扩散速度快，会影响到桩承载力的结论。通过对不同参数的持力层和下卧层时桩位移的比较，得出了持力层不同时下卧层对桩位移的影响也不同的结论。本论文还对黄土地区灌注桩桩底有浮渣和注浆密实后的两种不同情况进行了模拟分析，当桩底有浮渣时，桩的承载力只能发挥桩侧摩阻力的部分，桩底土体应力很小，几乎没有发挥作用，当在桩底进行注浆时，除了桩侧摩阻力充分发挥外，桩底注浆土体的应力也增加，说明注浆后桩底摩阻力明显增加，并且，在桩底有浮渣和注浆密实后的两种不同情况下，桩体在地震作用时的动力响应显著不同，桩底有浮渣时的桩体位移显著大于桩底密实度后的桩体位移，由此可见，对桩底进行注浆加固，对于提高和保障桩体的动力稳定性具有显著的效应。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 研究意义
• 1.2 研究现状
• 1.2.1 场地土动力反映分析的研究现状
• 1.2.2 黄土动力学的研究现状
• 1.3 研究内容
• 第二章 桩端持力层的动力分析方法
• 2.1 引言
• 2.2 土的动力本构模型
• 2.2.1 基于粘弹性理论的土体动力本构模型
• 2.2.2 基于弹塑性理论的土体动力本构模型
• 2.3 桩—土相互作用的理论模型及其研究方法
• 2.3.1 桩—土相互作用的理论模型
• 2.3.2 桩—土相互作用的研究方法
• 第三章 桩端黄土持力层动力特性的有限元分析
• 3.1 概述
• 3.2 桩端黄土持力层动力特性研究中所选取单元的性质
• 3.2.1 三维实体单元solid45
• 3.2.2 平面单元plane42
• 3.2.3 Drucker-Prager（DP）材料
• 3.3 桩—土体系计算模型的建立
• 3.3.1 桩土相互作用接触分析
• 3.3.2 桩土体系的边界问题
• 3.3.3 单元网格大小的影响
• 3.3.4 输入地震波方法的研究
• 3.3.5 桩土体系计算模型的建立
• 3.3.6 持力层与下卧层的反应
• 3.3.7 不同强度与压缩性的下卧层或持力层时桩的动力响应
• 第四章 黄土地区灌注桩桩底不同密实度时的动力响应分析
• 4.1 概述
• 4.2 灌注桩的承载力计算
• 4.2.1 单桩荷载的传递
• 4.2.2 影响荷载传递的因素
• 4.2.3 灌注桩的问题描述
• 4.3 灌注桩的有限元模拟分析
• 4.3.1 灌注桩ANSYS模型的建立
• 4.3.2 黄土地区灌注桩桩底为浮渣和注浆密实后的动力响应分析
• 第五章 结论
• 5.1 完成的主要工作
• 5.2 结论
• 5.3 后续研究工作
• 致谢
• 参考文献