螺旋擠擴(kuò)樁成孔過程中土體力學(xué)響應(yīng)的宏細(xì)觀機(jī)理研究.pdf

1、螺旋擠擴(kuò)樁在國外工程界已經(jīng)得到推廣應(yīng)用，但無論在國外或是國內(nèi)，螺旋擠擴(kuò)樁的理論研究都遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于工程實(shí)踐，對螺旋擠擴(kuò)樁的成樁機(jī)理尚不明確。
　　 本文通過模型試驗(yàn)和顆粒流數(shù)值模擬對螺旋擠擴(kuò)樁成孔過程中的土體擠擴(kuò)宏細(xì)觀機(jī)理進(jìn)行研究，本研究可為螺旋擠擴(kuò)樁的設(shè)計(jì)理論的補(bǔ)充和完善提供科學(xué)基礎(chǔ)，也能為螺旋擠擴(kuò)樁的施工提供理論指導(dǎo)。同時(shí)開發(fā)的離散-連續(xù)耦合分析方法可為復(fù)雜的巖土問題分析提供一條新途徑。
　　 利用自行設(shè)計(jì)的可視化模型裝

2、置，對螺旋擠擴(kuò)樁下旋成孔過程進(jìn)行模型試驗(yàn)。利用高像素?cái)?shù)碼相機(jī)獲取試驗(yàn)過程中的一系列高分辨率的數(shù)碼照片，對照片通過Geodog程序進(jìn)行分析，得到不同深度土層在螺旋擠擴(kuò)鉆頭掘進(jìn)過程的位移場分布規(guī)律；分析了成孔過程中土體應(yīng)力場的變化規(guī)律；利用Olympus體式顯微鏡以及CCD攝像/照相設(shè)備獲取砂土顆粒細(xì)觀原始照片，用砂性土細(xì)觀組構(gòu)分析軟件Geodip進(jìn)行分析，研究鉆頭與土體作用的細(xì)觀機(jī)理。
　　 通過對螺旋擠擴(kuò)樁下旋成孔進(jìn)行足尺現(xiàn)場試

3、驗(yàn)，研究螺旋擠擴(kuò)鉆頭下旋掘進(jìn)過程對周圍土體的擠擴(kuò)效應(yīng)特性和孔周圍土表隆起特性，為螺旋擠擴(kuò)樁的理論研究和設(shè)計(jì)施工提供工程依據(jù)。
　　 以試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)砂的直剪試驗(yàn)結(jié)果為基礎(chǔ)，通過采用顆粒流模擬直剪試驗(yàn)結(jié)果，獲得可用于試驗(yàn)砂土力學(xué)性質(zhì)模擬的細(xì)觀參數(shù)，以此參數(shù)為基礎(chǔ)，建立顆粒流地基土模型。通過采用廣義螺旋墻和廣義圓柱墻組合成螺旋擠擴(kuò)鉆頭模型，通過按掘進(jìn)下旋速度比施加掘進(jìn)速度和下旋轉(zhuǎn)速，模擬鉆頭下旋成孔。通過模型試驗(yàn)和現(xiàn)場試驗(yàn)驗(yàn)證顆粒流結(jié)果的

4、正確性，進(jìn)一步研究不同掘進(jìn)下旋速度比成孔的位移發(fā)展模式，成孔形成機(jī)理，孔周圍土體孔隙率變化和應(yīng)力分布，以及顆粒接觸形態(tài)的演化過程等，多角度揭示螺旋擠擴(kuò)樁成孔過程宏細(xì)觀力學(xué)內(nèi)在機(jī)制。
　　 基于離散單元顆粒流方法和有限差分方法開發(fā)離散-連續(xù)耦合分析方法，通過考慮離散-連續(xù)交界面處的顆粒與單元相互接觸作用，在連續(xù)單元中接觸點(diǎn)速度按型函數(shù)對交界面處的節(jié)點(diǎn)速度進(jìn)行插值，將與顆粒的接觸力按權(quán)值函數(shù)分配到交界面節(jié)點(diǎn)上，建立離散-連續(xù)耦合計(jì)算