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钻井船插桩对邻近桩影响的耦合欧拉-拉格朗日有限元方法研究 总被引：2，自引：0，他引：2
依据模拟钻井船在黏土层中插桩对邻近桩影响的离心模型试验结果,研究了通过耦合欧拉-拉格朗日（CEL）有限元计算并结合非线性地基梁有限元计算,分析钻井船插桩对邻近桩影响问题的可行性。CEL有限元方法将产生大变形的土体设为欧拉体,采用欧拉有限元方法计算该区域的变形响应,计算过程中,欧拉体的空间网格形状、大小位置保持不变,物质可在网格之间运动;其他土体设为拉格朗日体,采用拉格朗日有限元方法计算变形响应,计算过程中,物质的运动和网格的变形保持一致。运用罚函数方法实现欧拉体与拉格朗日体的耦合。通过CEL有限元计算,可以确定钻井船插桩导致的邻近桩桩身水平位移。进一步通过非线性地基梁有限元模型计算确定桩身弯矩。计算结果表明,利用CEL有限元方法并结合非线性地基梁有限元方法计算出的桩身位移和弯矩沿桩长的变化与离心模型试验结果基本一致。说明采用CEL有限元方法并结合非线性地基梁有限元方法分析黏土层中插桩对邻近桩的影响问题是可行的。CEL有限元模型中欧拉土体范围的设置对计算结果有明显影响。研究表明,若插桩深度小于0.75倍桩靴直径,可将欧拉土体范围设置成1.00～1.25倍桩靴直径;若插桩深度大于0.75倍桩靴直径,将欧拉土体范围取为插桩深度以下0.5倍桩靴直径是恰当的。 相似文献
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为评估桩靴在结构性较强的黏土场地贯入时,土体的应变软化效应对桩靴竖向承载特性的影响,首先采用VUSDFLD子程序定义结构性黏土不排水抗剪强度su随累积绝对塑性剪应变ξ的变化关系,使现行的耦合欧拉-拉格朗日(coupled Eulerian-Lagrangian,简称CEL)数值分析方法能够模拟结构性黏土的应变软化效应。然后,基于改进后的CEL数值分析方法,分析土体灵敏度St、土体应变软化参数ξ9 5及土体脆性参数β对桩靴上方土体回流及竖向承载特性的影响。结果表明：St、ξ95及β均会对桩靴上方土体回流及桩靴竖向承载力产生影响,其中反映结构性黏土脆性特性的参数β影响最显著。与未考虑土体应变软化效应的情况相比,考虑结构性黏土应变软化效应的桩靴竖向承载力因子和极限孔穴高度明显偏低。此外,建立了桩靴在结构性较强的海洋黏土场地预压贯入时的归一化极限孔穴高度及桩靴深贯入竖向承载力预测公式,预测结果较合理。研究成果也可为实际工程中评估桩靴深贯入竖向承载力、预测桩靴最终贯入深度提供参考。 相似文献
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《岩土力学》2017,(1):247-252
由于结构物贯入时网格变形过大而产生扭曲畸变等问题,常会造成岩土工程下沉贯入领域的数值分析收敛困难甚至计算结果失真。采用合适的数值方法分析此类问题颇具挑战性。传统的有限元模拟方法往往会出现收敛困难、作出不合理的假设以及需要依赖用户的专业网格重划分和插值程序等问题。耦合的欧拉-拉格朗日(CEL)分析方法结合了拉格朗日网格与欧拉网格的优点,可以有效地解决有关大变形和材料破坏等诸多问题。通过位移控制法和力控制法两种下沉方式,进行桶形基础室内液压下沉模型试验,得出不同强度的黏土中桶形基础下沉阻力和下沉深度的关系及土塞高度。应用CEL有限元法进行模拟,计算结果与试验结果较为符合。采用的CEL有限元模拟方法不仅可对桶形基础自重下沉和液压下沉进行预测,也可为其他海洋基础结构的贯入模拟提供有益参考。 相似文献
4.
为考虑钻井船插桩对邻近平台群桩相互作用的影响,以海洋平台群桩设计中使用的修正Poulos法为基础,提出了一种考虑桩靴贯入影响的群桩分析方法。该法基于非线性地基梁模型确定桩靴贯入土层时单桩桩头位移;依据桩同时承受桩头荷载与土体位移时对应的地基反力系数确定土层的弹性模量,进而在Poulos群桩相互作用分析理论框架内,分析桩靴贯入对群桩相互作用的影响,确定桩靴贯入过程中由于群桩相互作用导致的附加桩头位移及相应的群桩桩头位移;依据群桩桩头位移,确定考虑桩靴贯入影响的群桩p-y曲线Y因子及相应的p-y关系。为了说明分析方法的可行性,进行了桩靴贯入砂土时对邻近单桩和群桩相互作用影响的离心模型试验,方法预测与试验结果基本一致,从而验证了方法的合理性。对于文中的工况,桩靴贯入没有导致群桩p-y关系进一步弱化,此时采用桩靴贯入前的群桩p-y关系确定考虑桩靴贯入影响的群桩响应,得到的结果偏安全。 相似文献
5.
《岩土力学》2017,(Z2):330-336
桩在贯入砂土地基时所产生的高应力会引起桩周砂土的破碎,在易破碎砂土地基中更为严重。砂土破碎会引起桩基承载力的降低,严重地会导致基础结构物失稳甚至倒塌破坏。针对平底桩贯入易破碎砂土地基所产生的上述问题,引入新近提出的砂土颗粒破碎本构模型,结合耦合欧拉–拉格朗日(CEL)方法在处理大变形计算上的优势,对平底桩贯入过程进行了数值模拟研究。首先,根据Dog’s bay钙质砂的三轴剪切试验结果,确定了砂土破碎模型的模型参数。然后,采用CEL方法对平底桩贯入Dog’s bay钙质砂的离心机试验进行了模拟,模拟结果与试验测量结果吻合,表明所提出的平底桩贯入易破碎砂土地基的模拟方法的有效性和可行性,砂土破碎可明显降低桩基的承载能力。研究结果可为桩基贯入易破碎砂土地基提供设计和施工依据。 相似文献
6.
为探讨在粉土及粉质黏土中桩端阻力随贯入深度的变化规律,通过在试验桩P1的桩端安装轮辐压力传感器,以及在试验桩P1、P2距桩端200 mm处安装光纤光栅（FBG）传感器,采用两种不同的测试技术全程监测了两根闭口预应力高强度混凝土（PHC）管桩现场贯入过程中的桩端阻力。试验结果表明：桩端阻力与土层的变化密切相关,土层越硬,桩端阻力越大,当桩端从粉质黏土层进入粉土层时,桩端阻力明显增大,粉土中的桩端阻力达到粉质黏土层的2倍;整个贯入过程中,同一土层不同位置的差异性对桩端阻力也存在较大影响,在距离地面1.50 m处,P1和P2桩FBG传感器桩端阻力的差值达到了89.29 kN,而在距离地面3.50~4.50 m处,两桩的桩端阻力则相差较小。 相似文献
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为了揭示黏性土中静压桩贯入过程中桩土界面桩侧土压力的受力特性,依托山东东营某桩工程开展了现场足尺试验,得到了静压桩沉桩过程中桩土界面桩侧土压力随贯入深度的变化规律,分析了贯入过程中不同土层桩侧土压力的分布特性,明确了桩侧土压力在沉桩过程中存在明显的退化效应,探讨了桩土界面桩侧土压力与桩侧上覆土体竖向土压力的比值关系。结果表明：桩土界面桩侧土压力与土层性质密切相关;随着传感器贯入深度的逐渐增加,桩侧土压力逐渐增大,并且增大幅度随土层的不同而不同;在同一贯入深度处,桩土界面桩侧土压力存在明显的退化现象,粉土中的退化幅度明显小于粉质黏土中的退化幅度;同一土层中桩土界面桩侧土压力与桩侧上覆土体竖向土压力的比值为常数,并且粉土中的比值明显大于粉质黏土中的比值。 相似文献
8.
《岩土力学》2018,(Z2)
在以粉土与粉质黏土为主的层状土地基中,利用桩端装有全截面压力传感器的试验桩,连续高密度采集贯入全过程中的桩端阻力。根据多个贯入行程的桩端阻力曲线,明确了桩端阻力初始贯入土层的变化阶段及连续贯入同一土层的变化阶段,分为线性陡增段、非线性缓增段、平台段、非线性缓降段、线性陡降段;桩端连续贯入穿越多个土层界面时桩端阻力的变化阶段与初始贯入土层相比缺少线性陡增段;连续贯入时,前一行程的陡降初始值与后一行程的陡升终值较为接近,该值能够体现土体弹性压缩的极限,并可以通过土层静力触探Qc平均值进行推算,作为桩基设计依据;对同一土层的多次贯入,最大桩端阻力发生在该土层的初始贯入阶段。沉桩过程中的桩端阻力曲线与静力触探Qc曲线有相似性。分析发现,层状土中每层的最大桩端阻力与静力触探Qc平均值及标准贯入平均击数呈线性关系;稳态的残余桩端阻力与静力触探Qc值及标准贯入平均击数呈线性关系。提出了弹性极限桩端阻力、极限桩端阻力及残余桩端阻力拟合公式,其中极限桩端阻力拟合公式较经验参数法、静力触探法、极限平衡理论有较高的准确度。 相似文献
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针对黏土中管桩土塞形成机制,利用耦合欧拉拉格朗日（CEL）法模拟钢管桩的大变形沉贯过程。在验证网格密度参数对数值计算精度影响的基础上,结合管桩内外土体速度场、应力场、土塞高度和增量充填比的变化分析了土塞演变和土塞形成机制,讨论了摩擦系数以及软硬土夹层对土塞形成的影响,并与离心机试验和理论计算数据验证。结果表明,管桩贯入过程土塞的演变可分为上涌期、过渡期和下滑期3个阶段。随着桩的贯入,桩端下轴线处形成连续的下凹塑性拱,当此处竖向应力增量达到7～8倍不排水抗剪强度时土塞初步形成。同时土塞效应随着桩-土间摩擦系数增大,桩径减小（壁厚相同）而增强;软硬夹层对土塞效应影响显著,上硬下软的土层易形成完全土塞,而上软下硬的土层,硬土挤入管桩不会形成土塞。 相似文献
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为了揭示黏土中静压沉桩的宏观力学特性,采用西澳大学的梁式离心机压桩系统,通过在双层高岭黏土中进行一系列1g重力场情况下的T-bar触探测试试验、静压沉桩试验、桩拉伸试验和压缩试验,对比分析了T-bar分别在均质软质黏土和双层黏土中随贯入深度变化测得的不排水剪切强度的特性;研究了桩体在贯入过程中沉桩阻力、桩端阻力以及桩侧摩阻力的发展规律;并对桩身径向总应力在沉桩过程中的变化规律进行了探讨;此外,还揭示了不同桩型沉桩终压力与桩承载力之间的关系。结果表明：在黏土中沉桩时,桩侧摩阻力在整个沉桩阻力中发挥主要的作用;对于同一土层而言,当桩超过土层分界面以下2D（D为桩径）范围后,桩端阻力并不受相邻土层性质的影响;随着压桩后时间的推移,桩侧摩阻力对承载力的时效影响较桩端阻力大。 相似文献
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自升式钻井船桩靴的插拔过程将会对临近井口平台的桩靴基础产生不利影响。开展了室内模型试验研究,将试验结果与理论分析结果相结合,得到了桩靴插拔的影响范围及影响范围内土体强度的变化规律,并推导了桩靴插拔影响区内临近桩靴承载力的计算方法,与模型试验结果进行了对比验证。研究表明,桩靴插拔后砂土相对密实度降低,其降低程度随距桩靴距离的增加而逐渐减小,影响范围约为1倍桩靴直径。受桩靴插拔影响,临近桩靴的承载力下降,降低比例随两桩靴相对间距的增大而减小,随桩靴相对插深的增加而增加。当两桩靴相对间距大于2倍插拔桩靴直径时,可认为桩靴插拔对临近桩靴基础承载力无影响。 相似文献
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南海迭层土物理力学特性的研究 总被引：1，自引：0，他引：1
我国海域普遍分布有迭层土,由于结构的特殊性,对于其性质的准确把握,直接影响到海洋工程诸如打桩、钻井船插深等问题预测的准确性,关系到海洋工程建设的安全。现场进行孔压静力触探CPTU试验以及室内试验,分析我国南海海域迭层土的物理、力学性质的特点,对迭层土抗剪强度值的确定进行探讨。CPTU试验数据显示,迭层土的物理力学性质与单一土层具有较明显的差异;由于迭层土中砂层的存在,室内三轴不排水剪切试验（UU试验）确定的不排水强度明显偏低,是CPTU确定的不排水抗剪强度的下限值。CPTU的结果可以较好地反映了迭层土的特点,根据CPTU试验结果得到的摩阻比变化范围较大,在0～8之间远大于一般的砂土或黏土的变化范围,摩阻比与修正端阻之间的关系可用双曲线近似表示。建议进行静力分析时,迭层土不排水抗剪强度参数选取应参考CPTU试验结果。 相似文献
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Arbitrary Lagrangian Eulerian based finite element analysis of cone penetration in soft clay 总被引：1，自引：0，他引：1
This paper presents a numerical model for the analysis of cone penetration in soft clay based on the finite element method. The constitutive behaviour of the soil is modelled by modifying an elastic, perfectly-plastic soil model obeying Von-Mises yield criterion to take into account the strain-softening, rate dependent behaviour of soft clay. Since this is a problem involving large soil deformations, the analysis is carried out using an Arbitrary Lagrangian Eulerian method where the quality of the mesh is preserved during penetration. The variation of cone resistance is examined with various parameters such as rigidity index of the soil, in situ stress anisotropy and roughness at the cone–soil interface, which influence the penetration resistance of the cone. A theoretical correlation has been developed incorporating these parameters and the results have been compared with previous correlations based on the cavity expansion theory, finite element method and strain path method. With the increase in strain-softening, relative brittleness of the soil increases and the penetration resistance is significantly reduced. With the rising strain-rate dependency, penetration resistance increases but this increase is independent of the degree of brittleness of the soil. 相似文献
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自升式钻井船是广泛用于浅、中水域油气资源开发的重要设施,经常紧邻固定式导管架平台进行作业。钻井船插桩就位过程中大量土体被排开,挤土效应会导致邻近导管架平台桩基承受很大的附加荷载,影响平台的正常设计性能,该效应在黏土中尤为显著。针对黏土中钻井船插桩对邻近桩基的影响这一实际问题,现有规范和分析方法存在明显不足。为此,建立了一套数值分析方法,把这一复杂问题分解成相对独立、简单的两个方面进行分析：一是采用任意拉格朗日-欧拉（ALE）数值方法,计算自由场地插桩周围土体产生的位移场;二是利用桩基水平力与位移关系曲线,即P-Y曲线,采用杆系-土弹簧的传统方法计算土体位移产生的桩体加载。通过与已有离心试验数据的比较,验证了该方法的可靠性和适用性。研究揭示了自由场地土体的变形模式和流动机制,阐明了由于插桩邻近桩基产生的附加荷载变化规律,特别是发现了黏土变形参数 对插桩引起的自由场地土体位移场有显著影响,但对插桩引起的桩基加载影响较小。最后,针对导管架对桩基的桩头约束条件和插桩及导管架自身对桩基的线性叠加加载适用性问题给出了详细说明。 相似文献
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A new perspective on the numerical simulation of cone penetration in sand is presented, based on an enhanced critical state model implemented in an explicit-integration finite element code. Its main advantage, compared to similar studies employing simpler soil models, is that sand compressibility can be described with a single set of model parameters, irrespective of the stress level and the sand relative density. Calibration is based on back-analysis of published centrifuge experiments, while results of the methodology are also compared against independent tests. Additional analyses are performed to investigate sand state effects on cone penetration resistance, in comparison with empirical expressions from the literature. 相似文献
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孔压静力触探试验(CPTU)是目前使用最为广泛的原位测试方法之一,但CPTU不能原位测量土体最基本的指标——密度。密度孔压静力触探试验(DCPTU)是把核子密度仪结合到孔压静力触探系统中,贯入过程中可以同时测量锥尖阻力、侧壁摩阻力、孔隙水压力和密度的一种新型原位测试方法。本文首先介绍了DCPTU的试验装置和密度测试理论;然后通过与室内试验结果对比评价了利用DCPTU测量砂土、黏土、填土地层以及海底淤泥的密度的可靠性,分析了非均质地层中DCPTU测量密度与真实密度的区别、并提出了真实密度剖面的推求方法;然后综述了DCPTU在判别软弱夹层、评价砂土的液化势、检验地基处理效果、检测块状填土中的空隙、调查浮泥层的厚度和密度分布等方面的工程应用;最后展望了DCPTU在工程勘察中的发展趋势和应用前景。 相似文献