利用侧面透明的模型箱和铝管半模桩模拟开口管桩在砂土中的沉桩过程。利用高分辨率数码摄录设备观察土塞形成的3个阶段,分析土塞形成的力学机制。在模型试验基础上,通过二次开发颗粒流程序PFC2D对沉桩全过程进行离散元数值模拟。结果表明,PFC2D能够模拟开口管桩从开始刺入砂土到形成土塞并最终呈现闭口管桩性态的整个过程;通过定性研究开口管桩在沉桩过程中土塞的形成演化规律、桩土接触面、土颗粒细观组构变化以及砂土颗粒运动规律等,从细观尺度出发探讨开口管桩沉桩过程中砂土的变形机制和土塞的形成机制。
比较了《港口工程桩基规范》以及API RP 2A WSD规范中对于开口管桩单桩承载力两种计算方法各自的优缺点,利用有限元软件ANSYS对目前普遍采用的传统模型和基于荷载传递法的双曲线模型分别建立三维桩基有限元模型进行计算和比较,分析表明后者更加准确合理、适用性更广泛。
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