自然科学基金申请书〔共7篇〕
第1篇：自然科学基金申请书 第1页
申请书正文:
3．本工程研究目标，及其与申请者研究工作长期目标的关系
3.1 总体目标
本工程旨在研究欠固结土中密集桩的土拱效应及其对桩负摩擦力的影响，通过解析、数值模拟、模型试验方法研究欠固结饱和软土地基中的桩土拱产生机制，研究土拱的几何和力学特征，分析土拱对桩负摩擦力的影响，从而揭示桩负摩阻力的内在机理，为滩海围垦软土地基中桩的设计与使用提供理论指导。 3.2 具体目标
(1) 掌握桩的土拱产生机制和力学分析方法，为欠固结土中桩的土拱效应存在及其作用机理提供理论依据。
(2) 掌握桩的土拱效应数值分析方法，实现欠固结软土地基中桩土拱效应及其对桩负摩擦力的影响的数值模拟。
(3) 掌握土拱存在的试验证据及桩负摩阻力的分布，为欠固结软土地基中桩土拱效应分析和负摩阻力计算提供试验验证资料。
3.3 与申请者研究工作长期目标的关系
本工程申请人长期从事桩土相互作用的理论与应用研究，研究工作的长期目标是研究和开展适于滩海工程的桩基及相应的计算理论，而本工程的研究重点—桩土拱效应与负摩阻力机理研究是滩涂围垦区欠固结地基中桩土相互作用理论中根底规律研究的重要内容之一，与本工程组长期目标有着密切的联系。
4．工程研究内容、研究方案和进度安排
4.1 工程研究内容
本工程主要研究欠固结软土地基中桩土拱效应机理及其对桩负摩阻力的影响，研究内容包括欠固结土中桩的土拱产生机制、桩的土拱效应数值模拟及其对桩负摩阻力遮拦效应的影响、欠固结土中桩土拱效应与负摩阻力模型试验研究三局部，详述如下：
(1) 欠固结土中桩的土拱产生机制及其形成条件研究。由于桩土间存在相对位移，当土层沉降大于桩的沉降时，表现出负摩阻力特征，土体调动自身抗剪强度抵抗这一不均
第2页
匀沉降，桩土界面构成摩擦拱脚，形成土拱。通过分析欠固结土中土拱的成拱机制，采用弹性理论结合极限平衡法建立土拱的力学模型，确定土拱的拱脚随欠固结土固结沉降开展而产生的位置变化关系，进而确定土拱的拱形和拱体参数，并分析桩的桩间距、桩径、桩土摩擦角、粘聚力、中性点变化等对于土拱的影响。
(2) 桩的土拱效应数值模拟及其对桩负摩阻力遮拦效应的影响。采用Abaqus有限元分析软件建立3×3桩的三维有限元计算模型，桩为弹性体，土体为饱和多孔介质，上下端面排水，本构关系服从摩尔库仑准那么，考虑桩土的滑移作用，界面采用库仑摩擦模型，
计算桩的负摩阻力分布、应力场和位移场，分析土拱效应的产生条件及相关参数对土拱效应的影响，并对桩的负摩擦力遮拦效应进行相关分析，揭示土拱效应对桩负摩擦力的影响，分析土层固结对负摩擦力的时间效应。
(3) 欠固结土中桩土拱效应与负摩阻力模型试验研究。欠固结土中桩模型试验采用3×3桩试验，通过桩身应变、桩顶位移、土层位移、桩端压力、土层内部压力和孔压测试，总结桩侧阻力和桩端阻力的荷载传递特性，分析不同位置桩〔角桩、边桩和中心桩〕的负摩擦力及其时间效应，验证桩的土拱效应和遮拦效应。
全面整顿
4.2 研究方案 4.2.1 研究方法
本研究通过解析、数值模拟、物理模型试验方法开展饱和欠固结地基中桩的土拱效应和负摩擦力研究。
4.2.2 技术路线
工程研究的根本技术路线如图1示意，其中包含理论分析、数值计算和模型实验三局部，具体技术路线详述如下，其中实验技术在4.2.3节实验手段中详细说明。
第3页
理论分析 模型试验 数值计算 建立双桩的二维“土拱〞力学模型 建立桩模型试验系统 建立桩土拱效应和负摩擦力三维有限元模型 弹性理论 极限平衡 桩桩侧摩擦力分布、土中应力、位移、孔压测试 网格划分 计算参数 土拱的成拱机制分析 桩中应力场、位移场、桩侧摩阻力分布 固结理论 拱脚确定 土拱的拱体构成与几何参数 桩土拱效应试验证据 桩土拱效应与遮拦效应 否 吻合 是 是 吻合 否 确立欠固结土中桩土拱效应理论 图1 工程研究的技术路线示意图
具体技术路线依次是：首先通过解析方法建立欠固结软土地基中桩土拱效应的力学模型，说明欠固结土中桩土拱的存在机制，而后通过数值模拟法建立欠固结土中桩三维有限元模型，计算桩的应力场、位移场和负摩擦力分布，揭示土拱效应机理及其对负摩擦力的影响，最后通过桩模型试验，测试桩在桩周固结沉降时土中应力、位移、孔压和桩身负摩阻力的变化规律，并通过与理论分析和数值模拟结果进行比照，验证桩土拱效应的存在和负摩阻力分布规律。
4.2.3 实验手段
静水压力
本工程模型试验研究主要测试桩的土拱效应存在的证据和负摩擦力分布，采用3×3桩模型。实验装置示意图如图2所示。
通过自制模型试验装置，开展欠固结土中桩在土层固结条件下的负摩擦力试验，采用位移计和沉降标尺测试桩的桩顶沉降、土层沉移，采用应变仪测试桩身应变，并转换
第4页
桩身轴力和桩侧摩阻力，采用薄膜压力测试系统测试桩端压力和土层内部土压力分布，采用微型动态孔压测试系统测试土中孔压变化，观测和分析桩土拱效应和桩的负摩阻力的遮拦效应。
图2 模型实验研究的试验系统示意图〔单位：mm〕
4.2.4 关键技术
(1) 欠固结软土地基中桩的土拱效应简化模型的建立是桩的土拱效应存在的力学机制，是本工程的关键技术之一，拟通过弹性理论分析和极限平衡理论解决。
(2) 欠固结土中桩的三维有限元分析中，桩土接触面模型处理是数值计算的关键技术之一，拟通过abaqus软件中的库仑摩擦接触单元进行模拟，施加限定位移保证收敛。
(3) 欠固结土中桩模型试验的土拱效应的实验依据是本工程的关键技术之一，拟通过桩周土中应力、位移和孔压测定来间接验证土拱的存在。
4.3 进度安排
本研究拟用2年时间完成，具体进度安排如下：
2022.01-2022.04 查阅国内外研究资料，完成必要的调研工作，制订详细的工程研究实施方案，完成试验方案设计。
第5页
2022.05-2022.09 完成欠固结软土地基中桩模型试验，掌握桩的桩侧摩阻力变化规律，掌握桩的土拱效应及其对桩周摩阻力的影响。
2022.10-2022.12 完成桩的土拱效应理论分析工作，掌握欠固结土中桩的土拱力学
机制。
2022.01-2022.08 完成桩的土拱效应和负摩阻力的三维有限元分析工作。 2022.09-2022.12 完成桩理论、数值和模型试验验证工作，成果发表，编写工程总结报告。
5．工程创新之处
与以往的研究成果相比，本工程通过建立欠固结土中桩的土拱效应机制及负摩阻力机理研究，提出欠固结软土地基中桩在土层固结沉降时存在土拱效应，并对土拱效应的产生机制从力学分析、数值模拟和模型试验三个方面进行验证，因此欠固结土中桩土拱效应假说与证明是本工程的特和创新之处。
6．工作根底与工作条件
tsl230
达尔富尔 6.1、工作根底彩虹原则
工程申请人和工程组主要成员长期从事桩土相互作用理论方面的研究，对桩土相互作用理论的开展前沿有着较深的研究和较高的把握度。工程申请人与主要成员主持和参加过多
项省部科研工程的研究工作，已在国内外重要刊物上发表相关论文30余篇，其中SCI/EI收录20余篇，具备良好的前期根底工作。
中国学习网 工程组主要成员由具有高级职称、博士、硕士学位的中青年研究人员组成，具有较强的科研进取精神、创新能力和良好的团队合作意识，在岩土工程技术、桩土相互作用理论、模型试验方面有着丰富的经验，为本工程的顺利完成提供了重要的根底和技术保证。
6.2、工作条件 6.2.1 已具备的条件
工程承当单位在本学科建设上提供了相当的便利条件，拥有土工实验室、结构实验室等，其设备及试验人员的配备能够满足本工程研究工作的需要。实验室拥有先进的静动态电液伺服加载系统，可以为基桩试验提供加载反力装置和控制系统。具备薄膜压力测试系统、微孔压测试系统、静态电阻应变仪等其他各种岩土工程试验和检测设备，为本工程的试验研究提供了便利的硬件条件。假设本工程获得省基金委的资助，工程承当单位还将为本工程提供配套资金，为工程的开展奠定了良好的资金根底。
豫公网安备41160202000603
站长QQ:729038198
关于我们
投诉建议