桩土相互作用的接触分析研究与应用

桩土体作为一个共同工作的系统，广泛存在于土木、水利工程实践中，是典型的接触问题之一。由于接触问题的高度非线性特征和复杂的力学性能，对这类问题的数值模拟也是仿真计算的难点之一。而桩基沉降量、桩基承载力以及桩身摩阻力的分布问题一直以后都是桩基工程十分关心的问题，本文基于数值分析的方法针对这些问题进行了深入研究。 本文首先介绍接触问题研究的发展概况和桩土接触问题的研究现状，阐述了接触有限元基本原理和弹塑性非线性基本理论，重点介绍了基于罚函数法有限元基本方程的建立过程。 然后以商业软件ABAQUS为平台，着重阐述了桩土接触有限元分析过程中需解决的关键问题，包括单元类型的选择、接触对的建立、接触属性的定义、接触算法及收敛等问题；并结合算例分析，讨论数值模拟初始地应力场、数值分析法确定单桩承载力和桩侧摩阻力、端阻力的分布等问题。算例验证表明了本文基于罚函数法所建立的接触模型能够较好的反映桩土接触的力学特性，具有一定的实用价值。 最后，结合连云港疏港航道结合送水工程灌河地涵的桩基设计计算成果，用接触有限元法进行校核计算和对比分析。