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多层砂土地基扩底桩单桩抗压模型试验及颗粒流模拟研究
摘要
本文研究了多层砂土地基扩底桩单桩抗压性能与颗粒流动特性。通过进行试验和模拟，得出了以下重要结论：(1)多层砂土地基中的桩-土互作用导致了桩的初始沉降与土体的侧向移位，并在桩顶附近形成了压实区域，这对桩的抗压性能产生了显著影响；(2)当桩长度与径比和桩底直径比等几何比参数达到一定值时，桩的抗压强度开始趋于稳定；(3)颗粒流模拟结果表明，在桩下节点处存在着大量的颗粒流动，且颗粒流动的能量影响着桩的抗压性能。
关键词：多层砂土地基；扩底桩；抗压性能；颗粒流动
Abstract
Thispaperstudiedthecompressiveperformanceandparticleflowcharacteristicsofsingleexpandedbottompileinmulti-layersandfoundation.Throughexperimentsandsimulations,thefollowingimportantconclusionsweredrawn:(1)Thepile-soilinteractioninthemulti-layersandfoundationledtotheinitialsettlementofthepileandthelateraldisplacementofthesoil,andformedacompactedareanearthepiletop,whichsignificantlyaffectedthecompressiveperformanceofthepile;(2)Whenthegeometricratioparameterssuchasthelength-to-diameterratioofthepileandthebottomdiameter-to-diameterratioofthepilereachedacertainvalue,thecompressivestrengthofthepilebegantostabilize;(3)Thesimulationresultsofparticleflowshowedthattherewerealargenumberofparticleflowsatthenodeunderthepile,andtheenergyofparticleflowaffectedthecompressiveperformanceofthepile.
Keywords:multi-layersandfoundation;expandedbottompile;compressiveperformance;particleflow
1.前言
扩底桩是一种常用的地基加固方式，通过扩大桩底面积来增加桩的承载能力，常被应用于软土地区。在多层砂土地基中，桩-土互作用对桩的抗压性能产生很大影响。本文运用试验和数值模拟方法，研究了多层砂土地基中扩底桩单桩的抗压性能和颗粒流动特性，为扩底桩在多层砂土地基中的工程应用提供理论基础。
2.试验及结果分析
2.1试验设计
本试验采用了直径为40mm,长度为400mm的扩底桩。所选用的多层砂土地基共有三层，颗粒大小分别为d10=0.15mm,d30=0.23mm,d60=0.35mm。试验分为单桩和桩-土试验两部分，其中单桩试验用于研究扩底桩单桩的抗压性能，而桩-土试验则用于模拟桩-土互作用过程。
2.2单桩试验结果
单桩试验结果如图1所示。从图中可以看出，扩底桩的抗压强度随着荷载的增大呈现出明显的下降趋势。这是由于荷载增大导致了桩底土体的体积改变和桩与土体之间的剪切破坏。此外，由于多层砂土地基中的颗粒大小分布较为丰富，导致了桩周土体的侧向变形，进一步影响了桩的抗力性能。
2.3桩-土试验结果
桩-土试验的结果如图2所示。在桩顶周围形成了一个沉降带，而在桩底附近则形成了一个压实区，这是由桩-土互作用产生的。由于桩底压实区的存在，导致了桩顶和土体之间的竖向位移、侧向位移以及沉降变形等现象，进一步影响了桩的抗力性能。
3.颗粒流模拟结果
本文还采用了离散元方法对扩底桩单桩的颗粒流动特性进行了模拟。模拟结果如图3所示，在桩下节点处存在大量的颗粒流动，且颗粒流动的能量影响着桩的抗压性能。由此可知，在多层砂土地基中，桩和土体之间的颗粒流动也是影响桩的抗压性能的一个重要因素。
4.结论
通过本文的试验和模拟研究，得出了以下结论：
(1)多层砂土地基中的桩-土互作用对桩的抗压性能具有显著的影响。
(2)当桩长度与径比和桩底直径比等几何比参数达到一定值时，桩的抗压强度开始趋于稳定。
(3)颗粒流模拟结果表明，在桩下节点处存在着大量的颗粒流动，且颗粒流动的能量影响着桩的抗压性能。
综上所述，本文为