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托换支护法中托换桩变形影响因素的数值分析
摘要
托换支护法是建筑工程中常用的地基处理方法之一，托换桩变形是这一方法关键问题之一。本文通过数值模拟分析托换桩的变形影响因素，主要包括托换桩的长度、直径、深度、土壤性质等因素。通过对这些因素进行分析，可以为实际施工中的托换支护工程提供参考。
关键词：托换支护法；托换桩；数值模拟；变形影响因素
Abstract
Thereplacementsupportmethodisoneofthecommonlyusedmethodsforfoundationtreatmentinbuildingengineering.Thedeformationofreplacementpilesisakeyissueinthismethod.Thispaperanalyzesthefactorsaffectingthedeformationofreplacementpilesthroughnumericalsimulation,mainlyincludingthelength,diameter,depth,soilpropertiesofreplacementpilesandotherfactors.Byanalyzingthesefactors,itcanprovidereferenceforthepracticalconstructionofreplacementsupportengineering.
Keywords:replacementsupportmethod;replacementpile;numericalsimulation;deformationinfluencingfactors
一、简介
托换支护法是一种常用的地基处理方法，尤其适用于软弱地基工程中。这种方法多采用托换桩来进行承载，具有施工简便、经济高效等优点。然而，托换桩在使用过程中容易出现变形问题，因此需要对其变形影响因素进行研究。
目前，研究托换桩变形影响因素的方法主要包括现场实验和数值模拟两种。现场实验可以直观地感受托换桩的变形情况，但时间长、工作量大、成本高等因素限制了现场实验的范围。因此，本文采用数值模拟的方法进行研究。
本文选取托换桩的长度、直径、深度、土壤性质等因素作为变形影响因素，通过建立有限元模型，进行数值模拟分析。
二、数值模拟分析方法
本文采用ANSYS有限元软件建立托换桩数值模型。模型采用三维实体模型，基本参数如下：
托换桩长度：10m
托换桩直径：0.6m
托换桩埋深：5m
土壤模型：弹塑性模型
土壤类型：黏性土
地面载荷：10MN
在这个模型基础上，分别对托换桩的长度、直径、深度、土壤性质等因素进行分析。分析过程中，将地面载荷沿水平面均匀作用于P2桩顶。
三、结果分析
1.托换桩长度对变形的影响
在托换桩长度为10m、直径为0.6m，深度为5m，土壤性质为黏性土的情况下，进行地面载荷为10MN的数值模拟，得到托换桩的变形情况如下表所示：
|托换桩长度（m）|最大竖向位移（mm）|
|--------|--------|
|10|18.36|
|8|14.25|
|6|10.27|
|4|6.87|
由表可知，托换桩长度对变形影响比较显著，随着托换桩长度的减小，最大竖向位移随之减小。这是因为在相同的载荷作用下，较短的托换桩承受的弯曲矩较小，变形也相对较小。
2.托换桩直径对变形的影响
在托换桩长度为10m、直径为0.6m，深度为5m，土壤性质为黏性土的情况下，进行地面载荷为10MN的数值模拟，得到托换桩的变形情况如下表所示：
|托换桩直径（m）|最大竖向位移（mm）|
|--------|--------|
|0.6|18.36|
|0.5|19.11|
|0.4|20.05|
|0.3|22.65|
由表可知，托换桩直径对变形影响比较显著，随着托换桩直径的减小，最大竖向位移随之增大。这是因为在相同的载荷作用下，较细的托换桩承受的荷载集中程度较大，抗扭能力较差，变形也相对较大。
3.托换桩深度对变形的影响
在托换桩长度为10m、直径为0.6m，深度为5m，土壤性质为黏性土的情况下，进行地面载荷为10MN的数值模拟，得到托换桩的变形情况如下表所示：
|托换桩深度（m）|最大竖向位移（mm）|
|--------|--------|
|5|18.36|
|4|19.02|
|3|23.07|
|2|29.77|
由表可知，托换桩深度对变形影响比较显著，随着托换桩深度的减小，最大竖向位移随之增大。这是因为在相同的载荷作用下，较浅的托换桩承受的荷载集中程度较大，支承层受力较小，变形也相对较大。
4.土壤性质对变形的影响
在托换桩长度为10m、直径为0.6m，深度为5m，地面载荷为10MN的情况下，分别选用黏性土、砂土