红层泥岩桩岩接触面本构模型试验数值模拟,此文是一篇数值模拟论文范文,为你的毕业论文写作提供有价值的参考。
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摘 要：桩岩（土）接触面力学特性的研究是桩基承载机理研究的基础.通过红层泥岩桩岩接触面大型直剪试验,研究了红层泥岩桩岩接触面的力学特性,结果表明：接触面剪应力先随剪切位移增大而增大,在达到峰值后,剪应力随着剪切位移增大而降低,并最终趋于稳定值,应力应变曲线呈现出应变软化的特征.根据剪切试验结果,推导出桩岩接触面应变软化本构方程.利用fish语言对FLAC3D中自带的理想弹塑性接触单元进行二次开发,并应用开发的模型对桩岩接触面直剪试验进行了数值模拟,分析剪应力和剪切位移之间的关系,证明了该本构能够较好地模拟接触面间的应变软化特性.
关键词：红层泥岩；桩岩接触面；应变软化；本构模型；数值模拟
中图分类号：TU473.1文献标志码：A文章编号：16744764（2017）03012207
Abstract：The pilerock（soil） interface mechanical behavior was the basis of pile foundation bearing mechanics. Firstly, the mechanical property of the interface was investigated through the laboratory large direct shear test of red mudstone pilerock interface. The results indicated that the shear stressstrain curve presented strain softening behavior. The shear stress was increasing with the shear strain initially, and when the shear stress came to a peak, the shear stress was decreasing with the shear strain and finally reached a steady. Subsequently, the constitutive equation was deduced based on the interface mechanical property, the ideal elasticplastic contact element in FLAC3D was further developed through fish language. Additionally, the direct shear test of red mudstone was simulated according to the interface constitutive model, and the relationship of shear stress and shear displacement between the pile and soil were analyzed which proved that the constitutive model showed good performance on simulating strain softening features of the interface.
Keywords：red mudstone； pilerock interface； constitutive models； strain softening； numerical simulation
目前,桩基础在岩土工程中的各个领域得到了广泛的应用,而桩岩（土）接触面的力学性质对于桩基承载性能具有重要的影响.红层泥岩是中国西南地区广泛分布的一种软弱岩类,它的强度介于岩和土之间,在建筑物荷载作用下,表现出变形大、承载力低、复杂易变等工程特性[12].因此,研究红层泥岩和桩基础的相互作用机理具有重要的经济价值和社会意义.
桩岩（土）接触面上两种材料的变形不一致常常会引起接触面上产生较大的剪应力,而接触面上的力学特性和岩（土）体的性质有着密切的关系[34].现阶段,主要通过桩岩（土）接触面的剪切试验来研究桩岩相互作用的力学特性[515].文献[5]用盒式直剪仪研究了土和混凝土接触面的力学特性,建立了双曲线本构模型,因参数較少,得到了广泛的应用.文献[610]通过细粒土和混凝土的剪切试验,对细粒土和混凝土接触面的本构模型进行了研究.文献[1114]根据粗粒土和混凝土的剪切试验结果,提出了粗粒土和混凝土接触面的本构模型.文献[15]通过对泥岩和混凝土进行剪切试验,修正了泥岩和混凝土的剪应力退化模型.以上对桩岩（土）接触面研究的试验对象主要还是针对砂土、粘土以及粗粒土,对于泥岩等软岩的研究较少.本文通过红层泥岩有无泥皮桩岩接触面大型直剪试验,研究红层泥岩桩岩接触面力学特性.
有限差分软件FLAC3D自带的Interface接触单元,可用于岩层接触、桩土接触等物体间的接触、滑移、分离等问题[1618].但它是一种基于理想弹塑性Coulomb滑动本构关系的无厚度接触单元,不能反映接触面复杂的力学特性[19].因此,本文对FLAC3D中自带接触单元进行二次开发,提高其对接触面复杂力学特性的模拟能力.
本文进行了桩岩接触面大型直剪试验,并对接触面的力学特性进行研究,在此基础上建立本构方程,利用fish语言对FLAC3D中自带的理想弹塑性接触单元进行二次开发,并运用开发的模型对桩岩接触面直剪试验进行数值模拟,分析剪应力和剪切位移之间的关系,对本构模型的准确性进行验证.
1室内桩岩接触面剪切试验
1.1试验设备及试验材料
建立合理的接触面本构模型,需要深入地揭示接触面在受荷过程中的主要力学规律和受力变形机理[12],文献[1115]利用桩岩（土）接触面大型直剪试验,对桩岩（土）之间的力学规律进行了研究.因此,本文进行红层泥岩桩岩接触面直剪试验对接触面的力学规律进行研究.
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