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锥形桩贯入数值模拟 　　摘要:为了探讨锥形桩贯入问题，本文借助有限元分析软件，建立了锥形桩贯入的有限元模型，利用位移贯入法模拟锥形桩的贯入过程中应力的变化。结果表明，本文的有限元模型所得结论与相关的室内模型试验的结果符合。 　　关键词：锥形桩 ALE 位移贯入法等效塑性应变 　　中图分类号： TU33+6 文献标识码： A 文章编号： 　　Abstract: in order to explore the issue of tapered pile penetration, finite element analysis software was used in this article and a cone-shaped finite element model of the tapered pile penetration was established, by use of displacement penetration method to simulate the change of stress in the process of the penetration. Results show that the conclusions of this finite element model is in conformity with the principle of related laboratory model test results . 　　Key words:tapered pile ALE displacement penetration method PEEQ 　　1引言 　　岩土工程中桩的工作性状是最不确定的问题之一，这其中的主要原因是对桩在打入、加载过程中所造成的桩周土物理状态和应力状态的改变还不是很清楚。锥形桩与其周围土的共同作用情况发生了根本的变化[1]。但是在大部分桩基础数值模拟中，桩都是被放在预定的桩孔之中，直接忽略了桩的设置过程，这显然是一个很大的不足。 　　本文拟采用有限元软件对静压锥形桩桩贯入问题进行探索。研究静压桩贯入问题涉及以下5个方面的问题[2]:（1）土的工程性质（2）大变形问题（3）接触问题（4）土体的本构关系（5）固结问题。有限元方法较其他方法有很多的优点，可以考虑很多因素。有限元研究静力压桩的方法有:（1）力贯入法：在桩顶直接施加压力，使桩向下贯入某一距离。（2）位移贯入法：桩的贯入是依靠对在桩顶施加的位移边界条件实现的。（3）孔扩张方式：把静压桩的贯入看成圆柱形孔扩张。本文拟采用位移贯入法。 　　2有限元分析模型的建立 　　2.1基本假定 　　锥形桩与土之间的相互作用十分复杂，有很多影响因素要考虑，为了即不失结构特性又便于模型数值分析，计算中做如下假定： 　　1、将单桩贯入问题简化为轴对称问题进行求解。 　　2、桩体采用解析刚体进行模拟。 　　3、土体采用理想弹塑性???排水粘土模拟,为均质、各向同性体。 　　2.2计算模型 　　 　　图1有限元计算简图（m）图2初始网格划分 　　模型尺寸为1.5m×1.5m， 锥形桩顶简化为1/4圆弧。 　　计算参数：锥角[1]取4.76°,粘土弹性模量2.98MP，泊松比为0.49，屈服强度SU=10KP。 　　桩土接触面切向摩擦为无摩擦，法向为硬摩擦,以模拟两者之间可能发生的脱离和滑动。不分析孔压场，屈服面采用米塞斯模型，流动法则采用相关联的法则。开始时认为桩顶部分是插入土中的。分析中将土体密度设为2000，其比真实的土体密度放大了1000倍，这样做主要是为了增加增量步长，减小计算时间。对于这种准静态分析，改变质量带来的影响并不大。 　　3、由于分析区域较小，假设在分析区域中土体的应力状态不随深度变化，初始值为-100KPa。 　　2.3有限元网格划分 　　本文拟采用ABAQUS提供的自适应技术（ALE任意拉格朗日—欧拉法自适应网格划分方法），通过这种做法，网格与物质点之间是可以相互脱离的，因而即使网格发生了很大的扭曲变形，ALE方法也能在整个分析过程中保证高质量的网格。采用这种方法的缺点是网格的移动是物质点移动和网格重划分的共同作用所引起的，也即节点移动不再反应物质材料的变形。ALE技术的效率与初始网格有一定程度的依赖性，故初始网格密度要选的较大，保证桩贯入相当长距离后网格有令人满意的质量。 　　 土体采用CAX4R单元，这种单元对含有非常大的网格扭曲模拟（大应变分析）非常有效。由图3-4可见，网格的形态比较好，体现了ALE方法的效果。 　　 　　图3锥形桩下沉0.5m后的网格变形图图4 锥形桩下沉1.0m后的网格变形图 　　有限元计算结果分析 　　1、图5-6所示为S1