岩土力学 ›› 2024, Vol. 45 ›› Issue (4): 1181-1189.doi: 10.16285/j.rsm.2023.0581

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基于离散单元法的渗流侵蚀作用下桩基位移与承载特性研究

张冬梅1, 2,张学亮1, 2,杜伟伟3   

  1. 1.同济大学 地下建筑与工程系,上海200092;2.同济大学 岩土及地下工程教育部重点实验室,上海200092; 3.常州市城乡建设工程管理中心,江苏 常州213000
  • 收稿日期:2023-05-10 接受日期:2023-07-11 出版日期:2024-04-17 发布日期:2024-04-18
  • 作者简介:张冬梅,女,1976年,博士,教授,主要从事隧道结构安全及施工环境影响方面的研究。E-mail: dmzhang@tongji.edu.cn
  • 基金资助:
    国家自然科学基金(No.52238010);上海市教委创新项目(No.2019-01-07-00-07-456 E00051);上海市科委资助项目(No. 21DZ1200601, No. 20DZ1201404)

Discrete element method based investigation on displacement and bearing characteristics of pile foundation under seepage erosion

ZHANG Dong-mei1, 2, ZHANG Xue-liang1, 2, DU Wei-wei3   

  1. 1. Department of Geotechnical Engineering, Tongji University, Shanghai 200092, China; 2. Key Laboratory of Geotechnical and Underground Engineering of Ministry of Education, Tongji University, Shanghai 200092, China; 3. Changzhou Urban-Rural Construction Engineering Management Center, Changzhou, Jiangsu 213000, China
  • Received:2023-05-10 Accepted:2023-07-11 Online:2024-04-17 Published:2024-04-18
  • Supported by:
    This work was supported by the National Natural Science Foundation of China (52238010), the Innovation Program of Shanghai Municipal Education Commission (2019-01-07-00-07-456 E00051) the and Shanghai Science and Technology Committee Program (21DZ1200601, 20DZ1201404).

摘要: 随着城市地下空间桩基与隧道立体交叉分布体系的日渐复杂,隧道渗流侵蚀引发的桩基稳定性问题越发突出。然而,目前关于隧道破损引发渗流侵蚀方面的研究工作主要聚焦于侵蚀发生机制方面,其与邻近桩基的相互作用尚欠关注。因此,在物理试验揭示渗流侵蚀机制的基础上,通过建立土体临界细粒含量表达式,量化表征了地层侵蚀形态;随后,采用随机定量删除细颗粒的方法,基于离散单元法DEM建立了多区域侵蚀地层模型,进而分析了不同桩基位置、沉桩方式、桩基荷载和基础类型条件下桩基结构的侵蚀响应特征。结果表明,桩基受侵蚀后均产生不同程度的下沉位移,并在不平衡力的驱动下向侵蚀区倾斜;桩端阻力受损后随桩体下沉逐渐上升,侧摩阻力损失则基本无法恢复。此外,不同沉桩方式与桩基荷载下,桩体的位移与阻力变化模式基本一致,主要是变化量的不同;相比单桩,群桩具有更好的抗侵蚀能力。

关键词: 模型试验, 离散单元法, 侵蚀地层模型, 影响因素, 桩基响应

Abstract: With the increasing complexity of the three-dimensional cross-distribution system of pile foundations and tunnels in the urban underground space, the stability of the pile foundation caused by tunnel seepage erosion becomes more and more prominent. However, the current research mainly focuses on the mechanism of erosion induced by defective tunnels, and little on its interaction with the adjacent pile foundation. Thereby, based on the seepage erosion mechanism revealed by the physical model test, the erosion-induced stratum form is quantitatively characterized by establishing the critical fine particle content expression. Subsequently, a multi-zone eroded strata model is simulated by the random and quantitative removal of fine particles in the DEM domain, and then the erosion response characteristics of the foundation under different positions, loads, sinking methods and types are analyzed. The results show that the pile foundation has different degrees of subsidence under different erosion conditions, and tilts to the eroded area under the drive of unbalance force on its eroded position. After the erosion-induced reduction, the pile-tip resistance increases gradually with the subsidence, but the loss of lateral frictional resistance is basically unrecoverable. In addition, the changing mode of displacement and resistance of the pile is basically the same under different sinking methods and loads, only different in the changed amount. Compared with the single pile, pile group foundation has a better erosion resistance.

Key words: model test, discrete element method, eroded strata model, influential factors, pile foundation response

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[1] 蒋济泽, 王成龙, 黄煜镔, 赵华, 陈志雄, . 竖向和水平组合荷载下能量桩单桩变形特性[J]. 岩土力学, 2024, 45(3): 788-796.
[2] 毛佳, 余健坤, 邵琳玉, 赵兰浩. 三维可变形圆化多面体离散单元法[J]. 岩土力学, 2024, 45(3): 908-916.
[3] 刘新荣, 王浩, 郭雪岩, 罗新飏, 周小涵, 许彬, . 考虑消落带岩体劣化影响的典型危岩岸坡稳定性研究[J]. 岩土力学, 2024, 45(2): 563-576.
[4] 朱姝, 阙相成, 朱珍德, 朱其志, . 考虑截面规则性的柱状节理岩体变形及强度特性研究[J]. 岩土力学, 2024, 45(1): 213-225.
[5] 雷华阳, 薄钰, 马长远, 王磊, 章纬地, . 多因素影响下黏土比热容变化规律及预测模型[J]. 岩土力学, 2023, 44(S1): 1-11.
[6] 王斌, 李洁涛, 王佳俊, 陈鹏林, . 强降雨诱发堆积体滑坡模型试验研究[J]. 岩土力学, 2023, 44(S1): 234-248.
[7] 杨凯丞, 吴曙光, 廖海成, 张辉, . 双锚杆受力机制分析及模型试验研究[J]. 岩土力学, 2023, 44(S1): 495-503.
[8] 银吉超, 白晓宇, 张亚妹, 闫楠, 王永洪, 张明义, . 一种模拟原状泥岩动力打桩与静载试验 装置的研制及应用[J]. 岩土力学, 2023, 44(S1): 698-710.
[9] 邹维列, 樊科伟, 张攀, 韩仲, . 土工泡沫减压膨胀土挡墙侧向压力及影响因素分析[J]. 岩土力学, 2023, 44(9): 2537-2544.
[10] 刘欣, 沈宇鹏, 刘志坚, 王炳禄, 刘越, 韩昀希. 地下水流速对地铁联络通道冻结壁形成过程影响的模型试验[J]. 岩土力学, 2023, 44(9): 2667-2678.
[11] 谢康, 苏谦, 陈晓斌, 刘宝, 王武斌, 王迅, 邓志兴, . 无砟轨道聚氨酯碎石防水联结层单元模型试验研究[J]. 岩土力学, 2023, 44(8): 2308-2317.
[12] 卢钦武, 关振长, 林林, 吴淑婧, 宋德杰. 基于静力推覆试验的山岭隧道衬砌-地层相互作用机制研究[J]. 岩土力学, 2023, 44(8): 2318-2326.
[13] 许彬, 刘新荣, 周小涵, 梁越, 钟祖良, 刘俊, 邓志云. 考虑贯通型结构面强度震动退化的岩质边坡动力稳定性研究[J]. 岩土力学, 2023, 44(8): 2419-2431.
[14] 张院生, 雷云超, 强小俊, 吴东东, 王东坡, 王计华, . 多排微型桩框架结构加固边坡离心模型试验研究[J]. 岩土力学, 2023, 44(7): 1983-1994.
[15] 季雨坤, 王钦科, 赵国良, 张健, 马建林, . 斜坡上嵌岩抗拔桩竖向承载变形特性模型试验及数值模拟[J]. 岩土力学, 2023, 44(6): 1604-1614.
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[1] 姚仰平,侯 伟. 土的基本力学特性及其弹塑性描述[J]. , 2009, 30(10): 2881 -2902 .
[2] 徐金明,羌培,张鹏飞. 粉质黏土图像的纹理特征分析[J]. , 2009, 30(10): 2903 -2907 .
[3] 向天兵,冯夏庭,陈炳瑞,江 权,张传庆. 三向应力状态下单结构面岩石试样破坏机制与真三轴试验研究[J]. , 2009, 30(10): 2908 -2916 .
[4] 石玉玲,门玉明,彭建兵,黄强兵,刘洪佳. 地裂缝对不同结构形式桥梁桥面的破坏试验研究[J]. , 2009, 30(10): 2917 -2922 .
[5] 夏栋舟,何益斌,刘建华. 土-结构动力相互作用体系阻尼及地震反应分析[J]. , 2009, 30(10): 2923 -2928 .
[6] 徐速超,冯夏庭,陈炳瑞. 矽卡岩单轴循环加卸载试验及声发射特性研究[J]. , 2009, 30(10): 2929 -2934 .
[7] 张力霆,齐清兰,魏静,霍倩,周国斌. 淤填黏土固结过程中孔隙比的变化规律[J]. , 2009, 30(10): 2935 -2939 .
[8] 张其一. 复合加载模式下地基失效机制研究[J]. , 2009, 30(10): 2940 -2944 .
[9] 易 俊,姜永东,鲜学福,罗 云,张 瑜. 声场促进煤层气渗流的应力-温度-渗流压力场的流固动态耦合模型[J]. , 2009, 30(10): 2945 -2949 .
[10] 陶干强,杨仕教,任凤玉. 崩落矿岩散粒体流动性能试验研究[J]. , 2009, 30(10): 2950 -2954 .