周喻，等：上拔荷载作用下挤扩支盘桩颗粒流数值模拟
上拔荷载作用下挤扩支盘桩颗粒流数值模拟
周喻"，李健，吴顺川"2（1.北京科技大学土木与环境工程学院，北京100083；
2.北京科技大学金属矿山高效开采与安全教育部重点实验室，北京
100083）
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摘要：基于颗粒流理论，采用PFC2D程序，研究粘土地基中挤扩支盘桩受上找荷载时，荷载一体位移关系、土体变形破坏情况及地基位移场分布。结果表明：荷载与桩体位移变化曲线分为初始弹性阶段、中间塑性阶段和破坏阶段；土体破坏产生的滑裂面主要从下部支盘的端部沿斜上方向地表发展；土体颗粒受影响区域为例钟形。
关键词：上拔荷载；挤扩支盘桩；颗粒流理论；PFC2D
中图分类号：TU473.1
0引言
文献标志码：A
随着城市建设规模的扩大，人们对高层建筑的兴建和地下空间的开发越来越重视。水的浮力、膨胀土的膨胀力、冻土的冻胀力以及风荷载作用等引起的上拨力往往成为导致工程事故的直接原因。挤扩支盘桩作为一种由原始等截面钻孔桩发展而来的新型桩型，通过沿身不同位置设置支盘，显著提高了桩的抗拔性能。目前研究挤扩支盘桩问题的主要方法有实验法、理论分析法和数值模拟法[3-4)。由于现场试验历时时间长、工作复杂、耗资巨大，室内试验又无法模拟实际工程中的应力场，而理论分析中的模型假设、参数设定对复杂多变的实际向题产生较大的误差，因此，随着计算机技术的发展，数值模拟法成为研究挤扩支盘桩抗拨机理的一种有效方法。颗粒流理论及其PFC2D程序，作为一种特殊的离散元方法，克服了传统连续介质力学模型的宏观性假设，从细观层面上对土的工程特性进行数值模拟，并通过细观参数的研究来分析宏观力学行为，尤其适合土这类散粒介质的力学分析。
本文基于颗粒流理论，采用PFC2D程序，研究粘土地基中挤扩支盘桩受上拨荷载时，荷载与桩体位移关系、土体变形破坏环情况、地基土体位移场分布。研究表明，颗粒流技术为研究上拨荷载作用下挤扩支
盘桩的抗拔特性提供了一种新的思路[1,5)。收稿日期：2010-04-01
基金项目：2006年数育部新世纪优秀人才支持计划（NCET-06-
0084)
作者第介：周喻（1985-），男，重庆人。博士研究生，主要从
事岩土工程数值计算伤真研充。E-mail：westboy85@ sina.comg
文章编号：10038825(2011)03-001303 1颗粒流理论及PFC2D程序简介
二维颗粒流（PFC2D）程序是通过离散单元法来模拟圆形颗粒介质的运动及其相互作用3)。土的结构可视为个由单粒、集粒或凝块等骨架单元共同形成的结构体系，这些体系之间的连接关系，嵌固咬合状态、组合特征及散粒体的强度性质、大小影响着材料的应力和变形的非线性关系。在解决连续介质力学间题时，除边界条件外，还须满足：平衡方程、变形协调方程和本构方程。变形协调方程保证介质的变形连续性，本构方程即物理方程，它表征介质应力和应变的物理关系。对于颗粒流而言，由于介质一开始就假定为离散颗粒体的集合，颗粒之间就不再有变形协调的约束条件，因此只需满足平衡方程。若某个颗粒受到与它接触的周围颗粒的合力及合力距不等于零，则颗粒运动规律按牛顿第二定律确定。颗粒的运动不是自由的，要受到周围接触颗粒的阻力限制，这种位移和阻力的规律就相当于物理方程。颗粒流程序在整个计算循环过程中，交替应用力-位移定律和牛顿运动定律，通过力-位移定律更新接触部分的接触力，通过运动定律，更新颗粒与墙边界的位置，构成颗粒之间的新接触。
2颗粒流数值模拟上拔荷载作用下挤扩支盘桩试验 2.1方案设计及计算参数的选取
在颗粒流数值模拟试验中，设计两套数值试验方案，如图1。模型箱宽15m，高18m，由左墙、右墙、底墙3道墙体组成，墙体的法向刚度k，和切向刚度k,均为1×10°N/m。方案一支盘桩长为6m，共两个支盘，方案二支盘桩长为12m，共四个支盘。两套方案支盘桩直径0.5m，支盘直径1.5m，支盘高0.5m，支盘间距3.0m。在上述给定的墙体范围