樁土相互作用的案例
基于ANSYS的高樁碼頭樁-土相互作用下受力響應分析
本次推送算例以一處高樁碼頭考慮樁-土相互作用收靜載作用下的分析。
研究樁體工作形狀是對基樁豎向力學行為分析的前提。樁體與周圍土體的剛度相差很大，一般在兩者的界面處不滿足變形協調條件，次數就需要解除單元來進行處理。因此，從樁-土相互作用的角度出發，研究樁體-土體的荷載傳遞方式和樁、土層材料對基樁豎向承載性能的影響，對正確評價樁基豎向承載能力具有重要意義。
樁-土相互作用中所采用的單元
由于土體本身的復雜性、土層材料的非線性，土體與結構之間的摩擦相互作用產生非連續的變形，從而使得求解變得更加困難。目前常見的接觸面處理的方式有：（1）直接法；（2）接觸力學法；（3）接觸面單元法，即在兩相鄰接觸物體邊界上，引入接觸面單元，在相鄰接觸物體間起過渡作用，通過增量和迭代手段調整單元本構模型中的參數，模擬其應力-應變關系，該方法操作簡單，概念清晰，易于實現。
ANSYS中對于3D接觸單元設置，采用面-面接觸的方式。通常將剛性物體的面，作為目標面，即Targe170單元，對于柔性物體的表面，當做接觸面，常采用Conta173單元。
有關接觸單元和目標單元的控制選項與輸出，詳情可去參考王新敏老師的《ANSYS結構分析單元與應用》一書，里面總結的非常詳細，對于每個參數的取值與物理含義都解釋的面面俱到。
在實際工程中，樁土相互作用接觸面的摩擦系數選取比較復雜，它與樁側表面的粗糙程度有關，當破壞面主要由土體的抗剪強度控制時，摩擦系數可能是較大的。一般混凝土樁，對粘性土的摩擦系數為0.25~0.4；對砂土的摩擦系數為0.5~1.0。--以上內容，部分節選自博士論文《高樁碼頭樁豎向荷載下靜動力行為研究》
2.
展開 考慮樁-土相互作用某橋梁樁基靜力計算分析
樁-土相互作用一直是有限元模擬類比較頭疼的問題，常規分析方法分為兩種：
1、采用接觸單元模擬樁-土相互作用，此種方法非線性程度較大，且計算耗時，占用計算資源較多，多用于實體單元模擬局部細微結構情況，例如常見的單樁靜力分析。
2、采用彈簧間接模擬樁-土相互作用，此種方法將樁-土之間的相互作用采用等效彈簧來進行模擬，適用于一般工程類設計，且我國規范諸多條文中均有一定的計算方法，常見設計軟件例如Midas civil也均采用此類方法進行模擬。
本次計算模擬采用上述第二種方法進行。
一、工程概況
承臺全樁基礎斷面尺寸為8.5m*8.5m，如下圖所示。其中，承臺厚3m，全樁長32m，采用4根直徑為2m的鉆孔灌注樁，樁基礎混凝土全部采用C30混凝土，彈性模量，泊松比μ=0.2，質量密度為2500kg/m3，地基土的水平抗力系數的比例系數m=10000kN/m^4,上部荷載為軸力F=31450KN，水平剪力V=2487KN，彎矩M=5874KN.m，采用ANSYS對其進行靜力計算分析。
二、模擬思路
按照規范，地基土堆樁柱側面的地基系數隨深度y成正比例增長，即C=my（m是“m”法的地基系數），故可先從覆蓋層頂面（沖刷線）向下繪出地基系數圖，如下圖所示。本例將樁柱全長等分為18段，各中間集中彈簧的剛度可按下式計算：
頂部集中彈簧的剛度為：K0=W0*b
各集中彈簧計算剛度如下
按照上述思路，本工程計算模擬思路如下：
1）采用beam188模擬樁基礎與承臺；
2）承臺與樁基礎樁頂采用MPC184剛臂單元模擬剛接關系；
3）采用彈簧單元模擬不同深度處土層對樁的作用，通過不同彈簧剛度實現。
展開 ANSYS樁土相互作用，樁頂豎向靜載，求摩擦力
接觸是target170和173，土體和樁體是solid185采用edp本構，keyopt（1）=0，keyopt（12）=2，keyopt（10）=2，keyopt（4）=2，接觸間方向互指，摩擦系數也定義由于是edp，沒有粘聚力等，樁側摩擦力結果為0，樁底有不同程度摩擦結果。
樁基礎的分類(Classification of Piles)
高樁承臺的承臺底面位于地面(或沖刷線)以上，低樁承臺的承臺底面位于地面(或沖刷線)以下。
a) 低樁承臺 b) 高樁承臺
高樁承臺的特點：由于承臺位置較高或設在施工水位以上，可減少墩臺的圬工數量，避免或減少水下作業，施工較為方便。然而，在水平力的作用下，由于承臺及基樁露出地面的一段自由長度周圍無土來共同承受水平外力，基樁的受力情況較為不利，樁身內力和位移都比同樣水平外力作用下的低樁承臺要大，其穩定性也比低樁承臺差。
低樁承臺的特點：施工較為復雜。在水平力的作用下，由于承臺及基樁共同承受水平外力，基樁的受力情況較為不利，樁身內力和位移都比同樣水平外力作用下的低樁承臺要小，其穩定性比高樁承臺好。
2.4 按成樁方法分類
按施工方法分類, 樁基礎主要分為沉樁和鉆孔灌注樁.
2.5 按設置效應分類
按設置效應分類, 樁基礎可以分為擠土樁, 部分擠土樁和非擠土樁.
2.6 按受力條件(樁土相互作用)分類
按樁土相互作用分類,主要可分為摩擦樁和端承樁. 摩擦樁---穿過并支承在各種壓縮性土層中，在豎向荷載作用下，基樁所發揮的承載力以側摩阻力為主時，統稱為摩擦樁。端承樁---樁穿過較松軟土層，樁底支承在堅實土層(砂、礫石、卵石、堅硬老粘土等)或巖層中，且樁的長徑比不太大時，在豎向荷載作用下，基樁所發揮的承載力以樁底土層的抵抗力為主時，稱為端承樁或柱樁。
a) 端承樁 b) 摩擦樁
2.6 按樁身材料分類
按樁身材料分類, 可分為鋼樁(鋼管樁和H型樁, Steel Piles), 鋼筋混凝土樁(Concrete Piles)和木樁(Timber Piles). 木樁在現代建筑中基本上不再使用.
鋼樁的優點是可根據荷載特征制作成各種有利于提高承載力的斷面。
展開 
樁土作用算例
導師要求做的一個樁土作用算例，希望和網友分享一些心得，共同進步，有什么建議和指教可以聯系我的email:tanglingyao2004@126.com
管土相互作用的PSI單元
在ABAQUS中，管土相互作用的PSI單元該怎么設置呢
基于CEL法的單樁基礎貫入過程模擬：考慮應變軟化與應變率效應 ￥100
背景
單樁基礎在巖土工程與海洋工程中應用廣泛，其貫入過程直接影響承載力、沉降以及后期的服役性能。傳統的分析方法通常依賴于靜力學近似或經驗公式，但在高速貫入或復雜土體條件下，這類方法往往難以準確反映真實機理。為此，數值模擬技術逐漸成為研究單樁動力學行為的有力工具。
內容
本案例介紹一種基于 CEL（Coupled Eulerian–Lagrangian）方法 的單樁貫入模擬思路。CEL法通過在樁體采用Lagrangian網格、土體采用Eulerian描述的方式，能夠自然處理大變形問題，避免了純Lagrangian網格嚴重畸變的困境。這種方法特別適合樁土相互作用、沖擊載荷和復雜邊界問題的研究。
在模型構建中，除考慮土體強度隨埋深的變化外，還引入了 應變軟化 與 應變率效應 兩個關鍵因素。應變軟化反映了土體在達到峰值強度后強度逐漸降低的特性，對預測貫入阻力和樁周土體擾動范圍具有重要意義。而應變率效應則考慮了土體在高速加載下強度和剛度隨加載速率的增加而提高的規律。這兩者在樁貫入問題中往往是同時存在的：軟化決定了樁入土后的長期穩定性，速率效應則主導了瞬時的動力響應。
通過研究，可以得到以下幾點主要認識：
軟化效應：若忽略，可能會高估貫入阻力，導致溜樁等事故發生。
速率效應：對貫入速度較大的情況，土體等效強度提升明顯，使樁貫入力顯著增大；但該效應在慢速貫入下相對有限。
相比傳統有限元方法，CEL模擬不僅能捕捉樁端土體的流動與回填現象，還能清晰展現樁周土體擾動區的形成與演化。提供了一個更接近實際工況的分析工具。
應用領域
樁體、軟土貫入儀器貫入過程等軟土大變形領域
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動荷載作用下預應力混凝土樁裂縫的仿真分析
位移邊界條件：樁底固定，樁頂簡支（限制水平位移）。
樁體有箍筋
樁體有橫截面配筋
船體模型：由于船體擠靠靠船樁時，船體變形要遠小于樁身變形，且我們這里主要考慮靠船樁的變形性質。所以船體變形忽略，可以把船體看成一個剛性體。
船體的簡化模型為：300cm×300cm×30cm，彈性模量30×10的4次方兆帕 ，密度7800（暫定）。
請問各位 ，這個要怎么實現，或者說誰有一個明確的思路啊
海中風電塔抗震分析及CFRP加固應用
</p><p>2.2海上風電塔其他部件建模</p><p>（1）樁土相互作用模擬</p><p>常用的樁土相互作用計算方法包括假想嵌固點法、m法及p-y曲線法，由于m法及p-y曲線法需要設置大量的非線性彈簧約束，在計算過程中不易收斂，因此選用假想嵌固點法模擬風電塔樁土相互作用。假想嵌固點法示意圖如圖9所示，樁的受彎計算長度等于樁在土面以上的自由長度與樁在土中的嵌固深度之和。</p><p><img src="https://img.jishulink.com/upload/202209/14823cecb6fa420295c210d465c3d933.jpg" alt="圖9.jpg"></p><p class="ql-align-center">圖9 假想嵌固點法示意圖</p><p>（2）風電塔上部結構建模</p><p>風電塔筒為錐形，分上、中、下三部分，塔筒頂部直徑3.07m，底部直徑4.5m，頂部塔筒厚度20mm，底部塔筒厚度50mm。在ABAQUS中利用旋轉命令建立錐形塔筒模型，網格采用C3D8R實體單元，樁基礎按照假想嵌固點法，截取12.346m鋼管樁并將底部固定，材料為Q345鋼材。上部結構包括機艙、輪轂及葉片，機艙內主要為齒輪箱、發電機等，在建模時將機艙及輪轂簡化為整體結構，且不考慮其塑性變形，彈性模量按照鋼材輸入206GPa，材料密度按照機艙總重進行等效機艙總質量為131.427t，等效密度為361kg/m<sup>3</sup>。葉片由玻璃復合纖維材料制成，計算時不考慮其塑性破壞，其彈性模量為28GPa，泊松比0.3，密度為66.18 kg/m<sup>3</sup>。葉片、輪轂及機艙之間采用“Tie”約束，不考慮風電塔在地震過程中偏航，同時機艙底部與塔筒頂部采用“Tie”約束模擬實際工程的螺栓連接。
展開 擠擴支盤樁支護基坑優化設計方法Abaqus有限元分析
1計算任務的描述
為探討基坑支護工程中擠擴支盤樁的優化設計方案，結合室內模型試驗結果，利用Abaqus軟件模擬支盤樁的成樁過程及成樁后基坑開挖過程，分析樁體受力特征及樁后土體變形特征，進而探討樁-土作用機制。模型設計平面圖如圖1所示。
圖1 支盤樁平面布置圖(單位：cm)
1--模型樁，2—反力梁，3—開挖臨空面，4—土工槽。開挖1mm長，反力梁距坑邊0.75m
長×寬×高=3.5 m×2.5m×2.8 m。開挖1.5m長
表1 地基土力學參數
混凝土樁與土層的接觸面參數設定為Kn=15 MPa，Ks=15 MPa，fric=15.
2 仿真計算采用的設備基本情況（CPU、內存等）
計算采用移動工作站Dell Precision 7510，CPU為 Intel Xeon E3-1535M 雙核處理器；內存為64GB。
3 計算模型的處理技術
（1）樁-土接觸模型創建技術
（2）不規則實體網格劃分技術
4 方法計算的機時耗費情況
計算耗費時間在一個小時以內。
5仿真計算的結果分析
圖2 樁-土裝配及耦合
圖3 樁-土裝配及耦合
圖4 樁后土體位移及樁身彎矩計算
6 結論
本文利用Abaqus通過以下工作的實施，實現了擠擴支盤樁基坑支護的優化設計：
（1）支盤樁復雜排架結構建模，以及樁-土接觸模型建模；
（2）成樁過程中樁-土相互作用模擬（樁擠壓土）；
（3）基坑開挖過程中樁-土相互作用模擬（土擠壓樁）；
（4）完成了樁體受力分析以及樁后土體位移分析；
（5）在此基礎上，提出了雙排擠擴支盤樁優化設計方案。
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基于ANSYS的樁土分析模型 ￥15
混凝土的本構模型同樣采用DP模型，定義其參數。
附件包括一個分析文檔，另有兩個a樁和C樁的建模分析流程。此外還有一個a、b、c和d樁示意圖
探索 ABAQUS 在土木工程中的應用
</p><p><img src="https://img.jishulink.com/msimage/202412/dbddf49332c330594e18fe2c84eefd2d.png"></p><p>圖4典型鋼腹桿-混凝土組合橋梁算例的前兩階的振型模態</p><p><img src="https://img.jishulink.com/msimage/202412/da4e0ce8134d99172a16b9d6239d8ac7.png"></p><p>圖5南山大橋的效果圖和有限元分析模型</p><p>4、 ABAQUS 在巖土工程中的應用實例</p><p>路基邊坡穩定性分析：邊坡穩定分析一直是經典力學難題，有限元法分析邊坡穩定優勢明顯。強度折減彈塑性有限元法應用廣泛，ABAQUS 結合該技術對路基邊坡穩定性分析效果良好，且結果得到專業巖土分析軟件驗證，相關模型及分析結果清晰展示了其應用成果。</p><p><img src="https://img.jishulink.com/msimage/202412/4f5083561fb092ba5c8cc7a1d7cec72f.png"></p><p>圖6路基邊坡有限元分析</p><p>樁土共同作用分析：樁土相互作用復雜，傳統確定單樁荷載 - 沉降關系的方法對大直徑樁試驗難度大，ABAQUS 憑借完善的土體本構模型和良好的樁土接觸功能，可方便進行樁土共同作用分析，典型樁土受力分析展示了其在該領域的應用過程。
展開 離散元pfc巖土力學仿真應用技術
大概內容：
一、離散單元法及PFC基本原理
二、PFC5.0基礎：簡單的數值建模與分析
三、FISH語言：邁向高級模擬的必備技巧 實例分析 三軸試驗的模擬與分析 散粒體各向異性力學性質分析手段與技術
四、高級模擬：復雜數值模型技巧與分析 實例分析 巖石破裂的聲發射模擬與數學分析 顆粒形狀對其力學性質的影響與分析 等效巖體技術與應用實例
五、高級應用Ⅰ：流固耦合與離散-連續耦合分析 實例分析 DARCY滲流實例分析 PFC-FLAC耦合實例分析 樁-土相互作用的離散連續耦合實例分析
六、高級應用Ⅱ：巖土基本力學性質研究
5.1 基本數值試驗
5.2 土的強度與應力-應變關系分析：真三軸試驗模擬
5.3 顆粒破碎模擬分析
5.4 巖石破裂試驗模擬分析
5.5 循環單元試驗中荷載與排水條件的控制
5.6 巖土各向異性力學性質與組構發展分析
七、高級應用Ⅲ在工程實踐中的應用分析 實例1：堆石壩碾壓工程模擬分析
實例2：邊坡工程模擬分析
實例3：地下工程模擬分析
實例4： 建筑結構地震倒塌模擬分析
電話：13522797150
吳熠燦
展開 招聘工程師，月入5萬 | 漂浮式結構基礎 / 海上樁基礎設計與仿真研究等方向
公司名稱：杭州某公司
崗位名稱：漂浮式結構基礎高級/主任工程師、海上樁基礎設計與仿真研究工程師
薪資范圍：35-50K/月
工作地點：杭州、溫州、無錫
漂浮式結構基礎高級/主任工程師
工作職責：
1、負責參與公司漂浮式基礎的方案制定，以及與外部單位的工作溝通，方案評審等工作；
2、負責公司自研浮式基礎的結構主尺度規劃scantling屈服、屈曲、疲勞分析圖紙繪制工作；
3、負責浮式基礎結構專業的船級社送審工作。
任職資格：
1、具備漂浮式基礎浮體主尺度規劃(scantling)、浮體總體局部結構屈服、屈曲疲勞分析的能力；
2、參與過兩個以上大型海工浮浮體項目。
海上樁基礎設計與仿真研究工程師
工作職責：
1. 海上風電大直徑單樁基礎研究與設計；
2. 吸力筒基礎、漂浮式基礎的樁錨研究與設計；
3. 對陸上風機基礎結構有創新構思和研究能力；
4. 樁-土相互作用研究和分析，包括仿真計算和試驗。
任職資格：
1、博士學歷優先，土木工程、巖土工程、結構工程、工程力學相關專業；
2、負責過海上風電項目大直徑單樁基礎設計，或大型港口工程樁基礎設計背景；
3、具有工程項目地質分析經驗和巖土工程專業知識，對大直徑樁土作用修正、土壤阻尼、循環荷載下地基軟化、土塞效應等復雜樁土耦合作用有深入認識；
4、掌握設計及分析計算軟件，如：ABAQUS，ANSYS、Midas GT、SACS等。具備3年及以上海上風電、巖土工程和樁基礎設計經驗或技術研究經驗。
簡歷投遞：hr@jishulink.com
或掃碼聯系：王女士
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