第３６卷第８期 ２ ０ １ ０年３月 山 西 建 筑 ＳＨＡＮＸＩ ＡＲＣＨＩ１ＥＣｒＵＲＩ ＶｏＩ＿３６ Ｎｏ．８ Ｍａｒ．２０１０ ・１３７・ 文章编号：１００９—６８２５（２０１０）０８—０１３７—０２ 基于ＦＬＡＣ３Ｄ的桩挤土效应分析 杨小兵 摘要：以空间小孔扩张理论为理论基础，用ＦＬＡＣ３。软件建立模型，计算分析在不同桩径和不同桩长条件下由单桩沉桩 引起的土体径向位移，以促进桩的挤土效应问题的研究。 关键词：桩挤土效应，ＦＬＡＣ３。，位移 中图分类号：ＴＵ４７２ 文献标识码：Ａ 许多学者已经从多方面对桩的挤土效应问题进行了研究，但 ２参数的确定 由于这个问题的复杂性，至今还没有获得满意的结果。所以研究 沉桩的最大影响范围为２０Ｒ Ｅ３］（Ｒ为桩半径）。为避免由于 桩挤土效应具有重要意义。空问小孔扩张理论…１是简单实用且 初始半径为０而造成的环向应变无穷大的现象，可以假设压桩前 被学术界和工程界接受的一种理论，ＦＬＡＣ３０软件具有其他软件不 土体已存在一个有一定半径为尺 的圆柱空腔体，即初始扩张半 可比拟的优点【 。所以，本文结合空间＆ＴＬ扩张理论和ＦＬＡＣ３０ 径。把由０～Ｒ的真实扩张用Ｒ０～２Ｒ０来代替【 。因为 软件两者的优势，分析了单桩的挤土效应。 １模型的建立 ［（２Ｒ０） 一尺５］＝＝ｒｔＲ ，所以Ｒ０＝Ｒ ，即：土体中空腔半径Ｒ肪 扩大至２Ｒ／√３。 采用ＦＬＡＣ３ 中的圆柱形壳体ｃｓｈｅｌｌ网格建立一个１／４的厚 壁圆筒（见图１），然后利用模型的轴对称特点通过镜像建立一个 ３数值分析结果 完整的厚壁圆筒形状。由于桩的影响范围是有限的，因而可以认 ３．１ 相同桩长不同桩径条件下桩挤土效应分析 为在距离桩中心一定距离远处桩的挤土效应在工程上可以忽略 土体本构参数见表１。 不计，进而在厚壁圆筒外侧的边界条件可以假设为固定的，上端 表１土体本构参数［５］ （桩端）和下端（桩底）设置为自由边界，在筒内对桩周土施加径向 ｌ 土体名称 Ｉ？＇／ｋｉｎ・ｍ ３ ｌ ／（。）Ｉ ｃ／ｋＰａ Ｉ Ｃｕ／ＲＰａ ｌ Ｂ／ＭＰ８ ｌ ｌ 的扩张应力和竖向的摩擦力。这也就是该模型的初始边界条件 ｌ灰色粉质黏土Ｉ １８．６５ ｌ １５ ｌ １５ Ｉ １３．９ ｌ ３．６ ｌ ０．３ ｌ 和应力条件。建立的模型简图见图２。 Ｅ＝Ｅ・１一 ）＝２．６ ，Ｋ＝ ＝２．１６慨， Ｐ Ｇ １ ＳＰａ。 Ｐ３ 土体初始径向挤压力： Ｐ０＝Ｃｕ｛ｌＩｎ ［］＋ｌ｝瑚３３４．５ Ｐａｏ Ｐ９ 径向应力Ｅ６ ３： ｚＩ ＝７．３Ｘ１０ ＋１．６５Ｘ１０ ・ｚ。 竖向摩擦应力Ｅ６ Ｊ： 图１ ＦＬＡＧ３Ｄ圆柱形壳体ｃｓｈｅｌｌ网格形状 图２模型简图 ‰＝１．５×１０ ＋４．４ｘ１０ ‘ 。 工管理和质量控制，须建立详细的、可操作的管理程序和可靠的 加固［Ｊ］．岩土工程学报，２００２，２４（２）：２２２—２２４． 质量检测手段，方可达到最佳的加固效果。 ［４］ 邝健政，昝月稳，王 杰，等．岩土注浆理论与工程实践 参考文献： ［Ｍ］．北京：科学出版社，２００１． ［１］冯远兴．试论软土地基的施工要点［Ｊ］．科技资讯，２００ｒ７（１３）：５５． ［５］董晓马，杨广军．一种新型的软弱地基处理方法［Ｊ］．山西建 ［２］刘坤鹏，管泽英．注浆加固地层技术在淤泥地层中的应用 筑，２００８，３４（６）：１２４—１２５． ［Ｊ］．隧道建设，２００６，２６（１）：７４—７７． ［６］邹金锋，李亮，杨小礼．劈裂注浆扩散半径及压力衰减分 ［３］周书明，陈建军．软流塑淤泥质地层地铁区间隧道劈裂注浆 析［Ｊ］．水利学报，２００６，３７（３）：３１４—３１９． Ｏｎ ａｎａｌｙｓｉｓ ｆｏｒ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ ｍｅｔｈｏｄｓ ｆｏｒ ｓｏｆｔ ｓｏｉｌ ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｓｐｌｉｔｔｉｎｇ ｇｒｏｕｔｉｎｇ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ ａｎｄ ｉｔｓ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ＳＨＩ Ｑ￣ａｇ－ｆｅｎｇ Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔｏ ｔｈｅ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ｓｏｆｔ ｓｏｉｌ，ｔｈｅ ｐａｐｅｒ ａｎａｌｙｚｅｓ ｔｈｅ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ ｆｏｒ ｓｐｌｉｔｔｉｎｇ ｇｒｏｕｔｉｇｎ ｉｎｔｅｎｓｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｉｎ ｔｈｅ ｏｓｆｔ ｓｏｉｌ ｆｏｕｎ— ｄａｔｉｏｎ，ｔｈｅ ｄｙｎａｍｉｃ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ｇｒｏｕｔｉｇｎ ｐｒｏｃｅｓｓ ａｎｄ ｉｎｔｅｎｓｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｅｆｆｅｃｔ，ａｎｄ ｓｈｏｗｓ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｐｒｏｊｅｃｔ ｐｒａｃｔｉｃｅ ａｎｄ ｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌ ａｎａｌｙ— ｓｉｓ ｔｈｅ ｇｒｏｕｔｉｇｎ ｉｎｔｅｎｓｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｉｓ ｆｅａｓｉｂｌｅ ｉｎ ｓｉｌｔ ｃｌａｙ ｌａｙｅｒ ａｃｃｏｒｄｉｇｎ ｔｏ ｔｈｅ ｃｈｅｃｋ ｆｏｒ ｔｈｅ ｐｒｏｊｅｃｔｓ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｓｏｆｔ ｓｏｉｌ ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ，ｓｐｌｉｔｔｉｇｎ ｇｒｏｕｔｉｇｎ，ｉｎｔｅｎｓｉｆｉａｃｔｉｏｎ 收稿日期：２００９—１１—２６ 作者简介：杨小兵（１９８１．），男，硕士，助理工程师，太原理工大学建筑设计研究院，山西太原０３００２４ ．１３８． 誊孝 背 山 西建 筑 通过对图５分析可得径向位移的最大值在桩顶和桩底几乎 相当，但是桩底的影响范围明显比桩顶大。 Ｓ 漳 ．叵 现取桩体外径分别为Ｄ＝０．４ ｍ，０．５ ｍ，０．６ ｍ三种情况［ ］ 来研究。 当Ｄ＝０．４ ｍ，Ｌ＝６ ｍ时，根据初始扩张小孔半径的确定规 则，初始扩张小孔半径为Ｒ０＝０．１１５ ５ ｍ，扩张到２Ｒ０＝０．２３１ ｍ。 影响范围根据前述定为２０Ｒ＝４．０ ｍ。 同理当Ｄ＝０．５ ｍ，Ｌ：６ ｍ时，影响范围为２０Ｒ＝５．０ ｍ；当 Ｄ＝０．６ ｍ时，Ｌ＝６ ｍ，影响范围为２０Ｒ＝６．０ ｍ。 由上述三种情况得：经过对图３各组数据的回归分析可得： １ ２ ３ ４ ５ ６ ｒ／ｍ 土体的径向位移 与Ｉｎ（１／ｒ）成正比例关系。其他条件相同的 情况下，桩径越大，径向位移随之越大，其影响范围也越远；随着 深度的增加，径向位移的影响范围也在增加。在沿桩深度方向的 径向位移不是发生在桩顶和桩底，而是发生在ｚ＝一３．０ ｍ处，大 约１／２倍的桩长处。 ０７ ０６ ０５ ｂ）桩底 径向位移ＵＪｍ Ｏ ～径向位移Ｕ，／ｍ ０ ０５ ０ ０．【）ｌ ０．０３ ０．０１ Ｏ．０２ ０．０３ ０．０４ ４ ４ ８ １２ １６ 一一８ １２ １６ ０ ２—４ ００３ ２０ —ａ）ｒ＝２Ｒ ｂ）ｒ＝６Ｒ 恒 ０２ ０１ ０ 图６ Ｕｒ—ｚ曲线 通过分析图６发现，随着径向距离的增大，各种桩长的径向 位移随之减小；但在同一径向距离处各桩的最大径向位移随桩长 的变化并不明显。结合前述规律可得：桩径是影响径向位移的主 Ｏ．０５ ０．０４ 要因素，这几种不同桩长情况下得出的沿深度方向的径向位移的 最大值不是发生在１／２桩长处，而是发生在大约距离桩底１／３桩 ｏ．０３ ０ ０２ ０．０１ ０ ｒ／ｍ 长处。所以，随着桩长的增大，在深度方向的径向位移的最大值 有下移的趋势，大约从１／２桩长处下移到距离桩底ｌ／３桩长处。 ４结语 ｃ） ＝一５．０ｍ １）土体的径向位移Ｕｒ与Ｉｎ（１／ｒ）呈正比例关系。２）在深度 方向上的桩挤土径向位移的最大值：短桩（≤１０ ｍ）约在１／２桩长 图３ ｕ ｒ曲线 长桩（＞１０ ｍ）约在距桩底１／３桩长处。 由图４得：在同一径向距离处，径向位移随着桩径的增大而 处， 增大，在同一桩径时径向位移随着径向距离的增大反而减小。可 参考文献：ｉｃＡＳ．Ｅｘｐａｎｓｉｏｎｏｆ ｃａｖｉｔｙｉｎｉｎｆｉｎｉｔｅ ｓｏｉｌ 见径向位移的大小不仅和桩径有关，而且和径向距离有关。还可 ［１］Ｖｅｓ以发现，这些曲线不同程度的有“Ｓ”的形状。总结其原因，可能是 桩体的土体还存在较大的隆起现象。所以在ｚ＝０处及其以下的 一［Ｊ］．ＪｏｕｒＳｏｉｌ Ｍｅｅｈ Ｆｏｕｎｄ Ｄｉｖ，ＡＳＣＥ，１９７２，９８（３）：２６５．２８９． 民交通出版社．２００５：９． ２］刘 波，韩彦辉．ＦＬＡＣ原理、实例与应用指南［Ｍ］．北京：人 在桩顶处的土体处于自由状态，不仅在径向有位移，而且在靠近 ［ｎｇ，Ｊ．Ｈ．，Ｌｉａｎｇ，Ｎ．，Ｃｈｅｎ，Ｃ．Ｈ．．Ｇｒｏｕｎｄ ｒｅｓｐｏｎｓｅ ｄｕｒｉ￣ 段深度有较大径向位移，而随着上覆土压力的增加，径向位移 ［３］Ｈｗａｐｉｌｅ ｄｒｉｖｉｎｇ［Ｊ］．Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｇｅｏｔ￣ｈｎｉａｌｃ ａｎｄ Ｇｅｏｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ 逐渐减小。但其径向位移沿深度的最大处经这四种情况可验证 上述规律，大约在距离桩顶１／２的桩长处。 径向位移Ｕ／ｍ ０．０１ ０．０３ ０．０５ Ｅｎｇｉｎｅｅｉｒｎｇ，２００１，１２７（１１）：９３９—９４９． 径向位移Ｕ／ｍ ０ ００５ ０．０１５ ０．０２５ ［４］Ｃａｒｔｅｒ，Ｊ．Ｐ．，Ｒａｎｄｏｌｐｈ，Ｍ．Ｆ．，Ｗｏｒｔｈ，Ｃ．Ｐ．．Ｓｔｒｅｓｓ ａｎｄ ｐｏｒｅ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｃｈａｎｇｅｓ ｉｎ ｃｌａｙ ｄｕｒｉｇ ａｎｎｄ ａｆｔｅｒ ｔｈｅ ｅｘｐａｎｓｉｏｎ ｏｆ ａ ｃｙｌｉｎｄｒｉｃａｌ ｃａｖｉｔｙ［Ｊ］．Ｉｎｔ．Ｊｏｕｒ．Ｎｕｍ．ａｎｄ Ａｎａｌｙ．Ｍｅｈｔｏｄｓ ｉｎ 一 Ｇｅｏｍｅｃｈ．，１９７９（３）：２１７—２２９． Ｋ ［５］ 陈希哲．土力学地基Ｊ／￣［Ｍ］．北京：清华大学出版社，１９９７． ［６］ 丁国洪．软粘土地基静压桩挤土效应的分析与实践［Ｊ］．建 ａ）ｒ＝２／？ ｂ）ｒ＝６Ｒ 筑技术开发，２００４（２）：７６～７７． 图４ Ｕ，一ｚ曲线 ［７］ 中山建华管桩一产品工艺一产品标准［ＥＢ／０】］．（２０ｏ６－８． ３０）ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｐｈｃ．ｃｎ／ｄｏｃｃ／ｐｒｏｄｕｃｔ／ｓｔａｎｄａｒｄ１．ｈｔｒｎ． ３．２相同桩径不同桩长条件下桩挤土效应分析 桩长Ｌ分别取１０ｍ，１５ｍ和２０ｍ三种情况，其余参数同３．１ ［８］ 白文彪，马 健．谈地基处理常见技术及发展［Ｊ］．山西建 节。Ｄ＝０．６ ｍ，Ｒ０＝０．１７３ ２ ｍ，分别得出： 筑。２００８．３４（６）：１５２—１５３． Ｃｏｍｐａｃｔｉｏｎ ｅｆｆｅｃｔ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｐｉｌｅ ｂａｓｅ ｕｐｏｎ ＦＬＡＣ３Ｄ ＹＡＮＧ Ｘｉａｏ－ｂｉｎｇ Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｂａｓｅｄ ｕｐｏｎ ｓｐａｔｉａｌ ｓｍａｌｌ ｂｏｒｅ ｅｘｐａｎｓｉｏｎ ｔｈｅｏｒｙ ｍｏｄｅｌ ｉｓ ｂｕｉｌｔ ｕｔｉｌｉｚｉｎｇ ＦＬＡＣ３ＤＲａｄｉａｌ ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ ｃａｕｓｅｄ ｂｙ ｔｈｅ ｄｒｉｖｉｇ ｎｏｆ ｓｉｇｌｎｅ ．ｐｉｌｅ ｕｎｄｅｒ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｐｉｌｅ ｄｉａｍｅｔｅｒ ａｎｄ ｌｅｎｇｔｈ ａｒｅ ｃａｌｃｕｌａｔｅｄ ａｎｄ ａｎａｌｙｚｅｄ，ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ ｐｒｏｍｏｔｅ ｔｈｅ ｓｔｕｄｙ ｏｆ ｃｏｍｐａｃｔｉｏｎ ｅｆｆｅｃｔ ｐｍｂｌ￣ｎ ｏｆ ｐｉｌｅ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｐｉｌｅ ｃｏｍｐａｃｔｉｏｎ ｅｆｆｅｃｔ，ＦＬＡＣ３。ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ ，
