基于CEL法的单桩基础贯入过程模拟：考虑应变软化与应变率效应 原创

背景

单桩基础在岩土工程与海洋工程中应用广泛，其贯入过程直接影响承载力、沉降以及后期的服役性能。传统的分析方法通常依赖于静力学近似或经验公式，但在高速贯入或复杂土体条件下，这类方法往往难以准确反映真实机理。为此，数值模拟技术逐渐成为研究单桩动力学行为的有力工具。

内容

本案例介绍一种基于 CEL（Coupled Eulerian–Lagrangian）方法 的单桩贯入模拟思路。CEL法通过在桩体采用Lagrangian网格、土体采用Eulerian描述的方式，能够自然处理大变形问题，避免了纯Lagrangian网格严重畸变的困境。这种方法特别适合桩土相互作用、冲击载荷和复杂边界问题的研究。

在模型构建中，除考虑土体强度随埋深的变化外，还引入了 应变软化 与 应变率效应 两个关键因素。应变软化反映了土体在达到峰值强度后强度逐渐降低的特性，对预测贯入阻力和桩周土体扰动范围具有重要意义。而应变率效应则考虑了土体在高速加载下强度和刚度随加载速率的增加而提高的规律。这两者在桩贯入问题中往往是同时存在的：软化决定了桩入土后的长期稳定性，速率效应则主导了瞬时的动力响应。

通过研究，可以得到以下几点主要认识：

1. 软化效应：若忽略，可能会高估贯入阻力，导致溜桩等事故发生。
2. 速率效应：对贯入速度较大的情况，土体等效强度提升明显，使桩贯入力显著增大；但该效应在慢速贯入下相对有限。

相比传统有限元方法，CEL模拟不仅能捕捉桩端土体的流动与回填现象，还能清晰展现桩周土体扰动区的形成与演化。提供了一个更接近实际工况的分析工具。

应用领域

桩体、软土贯入仪器贯入过程等软土大变形领域