基于CEL法的静压管桩挤土效应数值分析

魏丽敏 李双龙† 杜猛 张红 何群

(1.中南大学 土木工程学院，湖南 长沙 410075；2.中铁二院工程集团有限责任公司，四川 成都 610031；3.中铁十局集团有限公司，山东 济南 250001)

沉桩挤土效应引起的地基变形会给邻近建筑或结构带来不利影响，严重时将引起不均匀沉降、裂缝和管道变形[1- 2]等病害。在国内外学者对相关问题已取得大量理论分析[3- 4]与试验[5- 6]研究成果的同时，随着现代计算机运算能力的增强，沉桩问题的数值分析技术也得到了快速发展。Carter等[7]将桩挤压土体过程视为平面应变问题，利用圆孔扩张法研究了沉桩对桩周土体变形与孔隙水压力的扰动影响，但该法未考虑桩的存在而无法体现桩对土体的冲切作用；Chopra等[8]采用修正拉格朗日法描述桩尖土体的劈裂过程，以实现桩周土体大变形特征的模拟，该法也未考虑桩的存在，且可能存在由大变形致使网格严重畸变而引发的收敛性问题[9]。

文献[7- 9]中的方法都需在复杂的理论推导基础之上编制相应的计算程序，不便于推广应用，商业数值软件的涌现为沉桩问题的分析提供极大便利。张明义等[10]基于ANSYS软件平台，利用位移贯入法实现了静力压桩的数值模拟，但贯入的深度仅为0.15～0.20 m；Henke[11]为了避免桩直接压入土体而引发的计算收敛性问题，在桩尖下预设与土体相接触的细小刚性管，借助刚性管沿土体深度的滑移实现桩的压入；Ahmadi等[12]基于FLAC软件，采用移动边界模拟桩体的压入过程，获得了与试验吻合较好的计算结果。……