桩土相互作用计算报告..doc

云浮至阳江高速公路罗定至阳春段 （S02合同段） 　独桩独柱桥墩桩基桩土作用弹塑性仿真分析 计算书 设计部主任 : 计算 : 日期 : 复核 : 日期 : 项目负责人 : 日期 : 审核 : 日期 : 广东省公路勘察规划设计院有限公司 2010年10月 目 录 1.1 模型及边界条件 3 1.1.1 分析目标 3 1.1.2 采用软件 3 1.1.3 模型 4 1.1.4 材料性质 4 1.1.5 荷载 4 1.1.6 单元选择 4 1.1.7 边界条件 5 1.2 分析结果 5 1.2.1 嵌岩深度2倍桩直径分析结果 5 1.2.2 嵌岩深度3倍桩直径分析结果 8 1.2.3 裸岩嵌岩深度3倍桩直径分析结果 11 1.2.4 嵌岩深度4倍桩直径分析结果 14 1.2.5 仅竖直力作用桩基分析结果 17 1.3 结论 18 模型及边界条件 分析目标 本项目设计有大量独桩独柱墩，桩基承受轴向力同时承受巨大的弯矩；然而，灰岩地区岩石埋深浅或岩石裸露，如何确定桩基础经济合理及安全可靠的的嵌岩深度，保证桩土应力长期稳定及桩顶位移满足上部结构的使用要求并具有一定的超载能力，规范及相关文献未见其解。 分析的目标：考虑轴向和侧向加载下，研究不同嵌岩深度桩基附近岩土的塑性发展状态、桩周土及桩底土的应力状态、桩顶的位移，以确定桩基础经济及合理的嵌岩深度。 采用软件 采用FLAC 3D岩土力学有限元软件进行空间弹塑性仿真分析。 FLAC 3D美国Itasca咨询公司开发，作为世界范围内应用最广泛的通用岩土工程数值模拟软件，在全球138个国家应用于设计计算及科学研究，在国际岩土工程学术界及工业界得到广泛赞誉。FLAC3D中的本构模型及其应用： 模型 桩直径2.2 m，桩地面以上部分高10m,嵌岩深度分为2倍桩直径4.4 m，3倍桩直径6.6 m,4倍桩直径8.8 m。第一层粉质粘土厚3m,第二层微风化灰岩1厚4 m，第三层微风化灰岩2厚8 m。 材料性质 粉质粘土的材料性质取用垌心大桥QZK225钻孔土工检测所得数据。灰岩的材料性质根据垌心大桥QZK229钻孔土工检测所得数据，并参考了《岩体力学》（刘福佑）里面常见岩体的强度指标值。 考虑岩石与岩体的力学性能略有不同，岩体的力学受裂隙及岩石各向异性影响，离散性较大及力学不均匀性大，因此岩石强度指标值取参考范围内偏小值。输入的材料性质如表1所述。 表1 材料性质 指标 C30混凝土桩 粉质粘土 微风化灰岩1 微风化灰岩2 物理指标 密度(kg/m3) 2600 1920 2600 2700 弹性指标 杨氏模量（MPa） 30000 6.59 30000 40000 泊松比 0.20 0.30 0.20 0.20 体积模量（MPa） 16670 4.73 16670 22220 剪切模量（MPa） 12500 2.60 12500 16670 强度指标 粘聚力（MPa） 0.014 2 2.3 内摩擦角(度) 21.3 35 38 抗压强度（MPa） 30 25 38 荷载 MIDAS分析得到桩顶设计内力为轴向力（Nd）13000 kN，弯矩（Md）8000 kN·m；考虑岩土离散性较大故设计弯矩取2倍安全系数,设计弯矩取值16000 kN·m。对桩顶施加一个13000 kN的轴向荷载；为了模拟设计弯矩，建模分析时取桩顶高出地面10 m,然后对桩顶施加一个1600 kN水平荷载。 单元选择 桩基础采用弹性体单元。 桩体和岩土之间通过设置粘-弹-塑性接触面单元连接。 土及岩石采用粘-弹-塑性体单元。 边界条件 模型的顶部，z=0，是一个自由面。模型的底部，z=-15m，固定于z-方向。x=15m，x =-15m，y =-15m，y =-15m处模型侧面上施加滚支边界条件。分析工况 为了分析不同嵌岩深度对结构的影响共考虑了4种分析工况: 第1种工况为嵌岩深度2倍桩直径分析。 第2种工况为嵌岩深度3倍桩直径分析。 第3种工况为裸岩嵌岩深度3倍桩直径分析。 第4种工况为嵌岩深度4倍桩直径分析。 分析结果 嵌岩深度2倍桩直径分析结果 图1 分析模型 图1所示为嵌岩深度2倍桩直径分析模型，第一层为粘质粉土