《表1 砂土本构模型参数》

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《砂土中大直径开口桩打入过程的有限元模拟》

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图1为根据轴对称条件并采用CEL方法建立的1/4三维有限元模型。开口桩采用离散刚体模拟，尺寸与TP-3桩相同，外径Do=914.4mm（半径Ro=457.2mm），厚t=42.8 mm，最终打入深度Lp=10m（Lp/Ro≈21.9）。砂土采用欧拉体模拟，并建立参考体来定义实际土体位置。砂土的宽度W=15m（W/Ro≈33，尽可能避免边界效应的影响），高度H=17m，表面预留2m的空网格，可以模拟土体隆起现象。砂土的本构模型采用摩尔-库伦模型，模型参数采用Ko等对Kwangyang场地砂土进行标定得到的参数值，如表1所示，表中γ′为有效重度；E为弹性模量；φ为内摩擦角；ψ为剪胀角；v为泊松比。Abaqus中模型参数是基于有效应力进行定义[6]。由于地面以下2.5m处存在地下水位，因此将深度0～2.5m处砂土的有效重度设为17.6kN/m3，而深度2.5m以下设为7.6kN/m3。CEL方法中桩土间的接触通常采用一般接触，摩擦系数μ取0.3。桩采用R3D4单元，砂土采用EC3D8R单元，模型整体采用对称边界条件。CEL方法只能用于三维模型，砂土最小网格尺寸约为0.04m，网格总数约为70万，计算使用的服务器处理器为英特尔至强E5-2698 v4，主频为2.20GHz，并采用20核并行运算，提高计算效率。在桩打入前需要对砂土进行地应力平衡，获得实际的初始地应力状态。然后，以均匀的速度0.5m/s将桩打入到砂土中。