波浪水流冲刷对桩基础承载力的影响研究.pdf
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1、35:江西建材2023年4月试验与研究波浪水流冲刷对桩基础承载力的影响研究柏伟,吕渊安徽理工大学,安徽淮南232001摘要:文中应用Abaqus有限元程序,建立了波浪海床一桩基相互作用的三维模型,比较了桩周海床不同深度和不同深度的自由海床的超静孔隙水压力响应,对波浪荷载作用下单桩承载能力的规律及机制进行了归纳和分析。关键词:波浪;冲刷;桩基;承载力;三维模型中图分类号:U441文献标识码:A文章编号:10 0 6-2 8 9 0(2 0 2 3)0 4-0 0 35-0 4Study on the Influence of Wave Current Scour on the Bearing C
2、apacityof Pile FoundationBai Wei,Lyu YuanAnhui University Of Science&Technology,Huainan,Anhui 232001Abstract:In this paper,a three-dimensional model of wave-sea-sea-pile interaction is established using the finite element program Abaqus,and the response of excess pore water pressure to the free sea-
3、bed at different depths around the pile and at different depths is compared.Finally,the law and mechanism of single pile bearing capacity under wave load are summarized and analyzed.Key words:Wave;Scour;Pile foundation;Bearing capacity;Three-dimensional model1绪论1.1研究背景及意义冲刷是由水流作用而产生的河床侵蚀的自然现象,是造成水利设
4、施损坏的最大因素,其中,一半以上的损害与洪水关系密切。在洪水的冲击下,桥墩周边受到冲刷的范围往往会超过几米,使桥墩基础出现裸露的情况,从而使桥墩桩基的水平支撑能力减弱,引起桥墩桩基础出现变形、承载失效。随着海洋资源的开发越来越重要,海洋石油平台、近海风力发电的建设越来越多,波浪荷载及水流冲刷对平台桩基承载能力影响需要更深人分析和测算,本文提出了一种冲刷后桩基竖向承载应力变化的测算方法,该方法应用有限元软件ABAQUS进行模拟及分析,针对竖向受荷单桩进行数值模拟验证,并分析了波浪荷载及冲刷对桩基竖向承载力的影响。1.2相关文献综述1.2.1冲刷对桩基承载性状研究方向目前,研究主要有三个方向:确定
5、冲刷影响范围、影响深度和局部冲刷坑的形状;地基受冲刷的影响;水流冲刷对地基的腐蚀程度。对于极易受到冲刷的桥梁,对桥梁的桩基乃至整个桥梁的稳定性、安全性、承载性能等的评价,目前还缺乏足够研究,尤其是关于冲刷前后的荷载效应、承载能力变化等机理的研究还很少。1.2.2冲刷对桩基竖向承载性状影响的研究现状目前,相关研究尚处于初级阶段。王成华等 11将三维有限元耦合数值模型应用于冲刷作用下群桩地基的分析中,使用挖作者简介:柏伟(1998-),男,江苏盐城人,硕士,主要研究方向为桩基础承载力。掘土体的手段对水流冲刷影响的地基进行模拟,以探讨其在冲刷前后垂直承受能力的变化;薛九天等 2】研究了不同边界条件下
6、桩底的冲刷特性,并得出了不同的冲刷条件下的位移、应力之间的定量联系。现阶段国内外关于桥桩的垂直承载水平理论才刚刚展开研究,主要以有限元数值模拟为主,相关的实验研究很少。基于冲刷作用影响下的桩基建立数学模型有一定的难度,应把有限元数值模拟、室内外的模型试验、工程实践的勘测信息等手段相结合,以便研究更为深人。1.2.3冲刷竖向承载影响及数值分析方法在桥梁被冲刷而引起的水灾中,由于桩基在竖向承载能力不足所引起的事故日益增多,因此,对桩基横向承载性能的研究既要关注其横向承载力,又要关注其垂直承载性能。闫澍旺等 3 认为,单纯采用高桩承台冲刷法进行计算是存在误差的,而冲刷造成的土壤回弹作用也很重要。陶红
7、煜等 4 对各种冲刷作用下的桥墩进行了墩顶位移和基底压力的计算,其应用于研究墩桩顶部的最大横向以及水平、垂直位移等与地基的多种应力变形之间的关系。宋玉鹏等 5 1 发现,冲刷会严重影响桥桩的基底承载力,造成桩基的有效承载厚度下降,从而显著降低桩基的承载力。陈稳 6 根据湘江大桥的实测数据,进行了桥墩破坏后的纵向极限承载力分析。焦军等 7 认为,冲刷作用对桩基垂直承载水平产生不利的作用;与常规冲刷相比,桩体受到局部冲刷的影响力较小,而冲刷效果与冲刷宽度密切相关。2桩基础承载力的概念单桩垂直承载力是指单桩受到外部载荷后仍然存在稳定性、不会发生较大形变情况下的负载最大值。根据桩的材料强度和土体的承载
8、水平来确定其取值。计算后者的主要方法有两种:一是按照静力学公式来计算,二是对桩进行静载荷测试。362023年4月试验与研究江西建材3桩基础三维分析设计3.1建模概述本文着重分析了波浪冲刷对海岸桩基竖向承载的作用。对于波浪海床单桩结构物相互作用的数值计算,目前,国内外绝大多数的学者都是采用比奥固结方程进行海床模型化,以便对海底的孔压反应以及单桩的桩身应力进行分析。而在计算时必须充分考虑海底的塑性区,同时对单桩的垂直荷载和水平荷载进行仿真,以便对单桩的竖向承载能力进行分析。3.2数据建模分析过程利用Abaqus大型有限元软件对海底和单桩进行了三维建模,并利用Abaqus的账户子程序对波浪荷载作用于
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