（精選）自然科學(xué)基金申請(qǐng)書(shū)模板

1、申請(qǐng)書(shū)正文: 1項(xiàng)目名稱*機(jī)理研究3本項(xiàng)目研究目標(biāo)，及其與申請(qǐng)者研究工作長(zhǎng)期目標(biāo)的關(guān)系3.1 總體目標(biāo)本項(xiàng)目旨在研究欠固結(jié)土中密集群樁的土拱效應(yīng)及其對(duì)群樁負(fù)摩擦力的影響，通過(guò)解析、數(shù)值模擬、模型試驗(yàn)方法研究欠固結(jié)飽和軟土地基中的群樁土拱產(chǎn)生機(jī)制，研究土拱的幾何和力學(xué)特征，分析土拱對(duì)群樁負(fù)摩擦力的影響，從而揭示群樁負(fù)摩阻力的內(nèi)在機(jī)理，為灘海圍墾軟土地基中群樁的設(shè)計(jì)與使用提供理論指導(dǎo)。3.2 具體目標(biāo)(1) 掌握群樁的土拱產(chǎn)生機(jī)制和力學(xué)分析方法，為欠固結(jié)土中群樁的土拱效應(yīng)存在及其作用機(jī)理提供理論依據(jù)。(2) 掌握群樁的土拱效應(yīng)數(shù)值分析方法，實(shí)現(xiàn)欠固結(jié)軟土地基中群樁土拱效應(yīng)及其對(duì)群樁負(fù)摩擦力的影響的

2、數(shù)值模擬。(3) 掌握土拱存在的試驗(yàn)證據(jù)及群樁負(fù)摩阻力的分布，為欠固結(jié)軟土地基中群樁土拱效應(yīng)分析和負(fù)摩阻力計(jì)算提供試驗(yàn)驗(yàn)證資料。3.3 與申請(qǐng)者研究工作長(zhǎng)期目標(biāo)的關(guān)系本項(xiàng)目申請(qǐng)人長(zhǎng)期從事樁土相互作用的理論與應(yīng)用研究，研究工作的長(zhǎng)期目標(biāo)是研究和發(fā)展適于灘海工程的樁基及相應(yīng)的計(jì)算理論，而本項(xiàng)目的研究重點(diǎn)群樁土拱效應(yīng)與負(fù)摩阻力機(jī)理研究是灘涂圍墾區(qū)欠固結(jié)地基中樁土相互作用理論中基礎(chǔ)規(guī)律研究的重要內(nèi)容之一，與本項(xiàng)目組長(zhǎng)期目標(biāo)有著密切的聯(lián)系。4項(xiàng)目研究?jī)?nèi)容、研究方案和進(jìn)度安排4.1 項(xiàng)目研究?jī)?nèi)容本項(xiàng)目主要研究欠固結(jié)軟土地基中群樁土拱效應(yīng)機(jī)理及其對(duì)群樁負(fù)摩阻力的影響，研究?jī)?nèi)容包括欠固結(jié)土中群樁的土拱產(chǎn)生機(jī)制

3、、群樁的土拱效應(yīng)數(shù)值模擬及其對(duì)群樁負(fù)摩阻力遮攔效應(yīng)的影響、欠固結(jié)土中群樁土拱效應(yīng)與負(fù)摩阻力模型試驗(yàn)研究三部分，詳述如下：(1) 欠固結(jié)土中群樁的土拱產(chǎn)生機(jī)制及其形成條件研究。由于樁土間存在相對(duì)位移，當(dāng)土層沉降大于樁的沉降時(shí)，表現(xiàn)出負(fù)摩阻力特征，土體調(diào)動(dòng)自身抗剪強(qiáng)度抵抗這一不均勻沉降，樁土界面構(gòu)成摩擦拱腳，形成土拱。通過(guò)分析欠固結(jié)土中土拱的成拱機(jī)制，采用彈性理論結(jié)合極限平衡法建立土拱的力學(xué)模型，確定土拱的拱腳隨欠固結(jié)土固結(jié)沉降發(fā)展而產(chǎn)生的位置變化關(guān)系，進(jìn)而確定土拱的拱形和拱體參數(shù)，并分析群樁的樁間距、樁徑、樁土摩擦角、粘聚力、中性點(diǎn)變化等對(duì)于土拱的影響。(2) 群樁的土拱效應(yīng)數(shù)值模擬及其對(duì)群樁負(fù)

4、摩阻力遮攔效應(yīng)的影響。采用Abaqus有限元分析軟件建立33群樁的三維有限元計(jì)算模型，樁為彈性體，土體為飽和多孔介質(zhì)，上下端面排水，本構(gòu)關(guān)系服從摩爾庫(kù)侖準(zhǔn)則，考慮樁土的滑移作用，界面采用庫(kù)侖摩擦模型，計(jì)算群樁的負(fù)摩阻力分布、應(yīng)力場(chǎng)和位移場(chǎng)，分析土拱效應(yīng)的產(chǎn)生條件及相關(guān)參數(shù)對(duì)土拱效應(yīng)的影響，并對(duì)群樁的負(fù)摩擦力遮攔效應(yīng)進(jìn)行相關(guān)分析，揭示土拱效應(yīng)對(duì)群樁負(fù)摩擦力的影響，分析土層固結(jié)對(duì)負(fù)摩擦力的時(shí)間效應(yīng)。(3) 欠固結(jié)土中群樁土拱效應(yīng)與負(fù)摩阻力模型試驗(yàn)研究。欠固結(jié)土中群樁模型試驗(yàn)采用33群樁試驗(yàn)，通過(guò)樁身應(yīng)變、樁頂位移、土層位移、樁端壓力、土層內(nèi)部壓力和孔壓測(cè)試，總結(jié)樁側(cè)阻力和樁端阻力的荷載傳遞特性，分

5、析不同位置樁（角樁、邊樁和中心樁）的負(fù)摩擦力及其時(shí)間效應(yīng)，驗(yàn)證群樁的土拱效應(yīng)和遮攔效應(yīng)。4.2 研究方案4.2.1 研究方法本研究通過(guò)解析、數(shù)值模擬、物理模型試驗(yàn)方法開(kāi)展飽和欠固結(jié)地基中群樁的土拱效應(yīng)和負(fù)摩擦力研究。4.2.2 技術(shù)路線項(xiàng)目研究的基本技術(shù)路線如圖1示意，其中包含理論分析、數(shù)值計(jì)算和模型實(shí)驗(yàn)三部分，具體技術(shù)路線詳述如下，其中實(shí)驗(yàn)技術(shù)在4.2.3節(jié)實(shí)驗(yàn)手段中詳細(xì)說(shuō)明。圖1 項(xiàng)目研究的技術(shù)路線示意圖具體技術(shù)路線依次是：首先通過(guò)解析方法建立欠固結(jié)軟土地基中群樁土拱效應(yīng)的力學(xué)模型，闡明欠固結(jié)土中群樁土拱的存在機(jī)制，而后通過(guò)數(shù)值模擬法建立欠固結(jié)土中群樁三維有限元模型，計(jì)算群樁的應(yīng)力場(chǎng)、位移

6、場(chǎng)和負(fù)摩擦力分布，揭示土拱效應(yīng)機(jī)理及其對(duì)負(fù)摩擦力的影響，最后通過(guò)群樁模型試驗(yàn)，測(cè)試群樁在樁周固結(jié)沉降時(shí)土中應(yīng)力、位移、孔壓和樁身負(fù)摩阻力的變化規(guī)律，并通過(guò)與理論分析和數(shù)值模擬結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，驗(yàn)證群樁土拱效應(yīng)的存在和負(fù)摩阻力分布規(guī)律。4.2.3 實(shí)驗(yàn)手段本項(xiàng)目模型試驗(yàn)研究主要測(cè)試群樁的土拱效應(yīng)存在的證據(jù)和負(fù)摩擦力分布，采用33群樁模型。實(shí)驗(yàn)裝置示意圖如圖2所示。通過(guò)自制模型試驗(yàn)裝置，開(kāi)展欠固結(jié)土中群樁在土層固結(jié)條件下的負(fù)摩擦力試驗(yàn)，采用位移計(jì)和沉降標(biāo)尺測(cè)試群樁的樁頂沉降、土層沉移，采用應(yīng)變儀測(cè)試樁身應(yīng)變，并轉(zhuǎn)換樁身軸力和樁側(cè)摩阻力，采用薄膜壓力測(cè)試系統(tǒng)測(cè)試樁端壓力和土層內(nèi)部土壓力分布，采用微型動(dòng)態(tài)

7、孔壓測(cè)試系統(tǒng)測(cè)試土中孔壓變化，觀測(cè)和分析群樁土拱效應(yīng)和群樁的負(fù)摩阻力的遮攔效應(yīng)。圖2 模型實(shí)驗(yàn)研究的試驗(yàn)系統(tǒng)示意圖（單位：mm）4.2.4 關(guān)鍵技術(shù)(1) 欠固結(jié)軟土地基中群樁的土拱效應(yīng)簡(jiǎn)化模型的建立是群樁的土拱效應(yīng)存在的力學(xué)機(jī)制，是本項(xiàng)目的關(guān)鍵技術(shù)之一，擬通過(guò)彈性理論分析和極限平衡理論解決。(2) 欠固結(jié)土中群樁的三維有限元分析中，樁土接觸面模型處理是數(shù)值計(jì)算的關(guān)鍵技術(shù)之一，擬通過(guò)abaqus軟件中的庫(kù)侖摩擦接觸單元進(jìn)行模擬，施加限定位移保證收斂。(3) 欠固結(jié)土中群樁模型試驗(yàn)的土拱效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)依據(jù)是本項(xiàng)目的關(guān)鍵技術(shù)之一，擬通過(guò)樁周土中應(yīng)力、位移和孔壓測(cè)定來(lái)間接驗(yàn)證土拱的存在。4.3 進(jìn)度安排

8、本研究擬用2年時(shí)間完成，具體進(jìn)度安排如下：2012.01-2012.04 查閱國(guó)內(nèi)外研究資料，完成必要的調(diào)研工作，制訂詳細(xì)的項(xiàng)目研究實(shí)施計(jì)劃，完成試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)。2012.05-2012.09 完成欠固結(jié)軟土地基中群樁模型試驗(yàn)，掌握群樁的樁側(cè)摩阻力變化規(guī)律，掌握群樁的土拱效應(yīng)及其對(duì)樁周摩阻力的影響。2012.10-2012.12 完成群樁的土拱效應(yīng)理論分析工作，掌握欠固結(jié)土中群樁的土拱力學(xué)機(jī)制。2013.01-2013.08 完成群樁的土拱效應(yīng)和負(fù)摩阻力的三維有限元分析工作。2013.09-2013.12 完成群樁理論、數(shù)值和模型試驗(yàn)驗(yàn)證工作，成果發(fā)表，編寫(xiě)項(xiàng)目總結(jié)報(bào)告。5項(xiàng)目創(chuàng)新之處與以往的研

9、究成果相比，本項(xiàng)目通過(guò)建立欠固結(jié)土中群樁的土拱效應(yīng)機(jī)制及負(fù)摩阻力機(jī)理研究，提出欠固結(jié)軟土地基中群樁在土層固結(jié)沉降時(shí)存在土拱效應(yīng)，并對(duì)土拱效應(yīng)的產(chǎn)生機(jī)制從力學(xué)分析、數(shù)值模擬和模型試驗(yàn)三個(gè)方面進(jìn)行驗(yàn)證，因此欠固結(jié)土中群樁土拱效應(yīng)假說(shuō)與證明是本項(xiàng)目的特色和創(chuàng)新之處。6工作基礎(chǔ)與工作條件6.1、工作基礎(chǔ)項(xiàng)目申請(qǐng)人和項(xiàng)目組主要成員長(zhǎng)期從事樁土相互作用理論方面的研究，對(duì)樁土相互作用理論的發(fā)展前沿有著較深的研究和較高的把握度。項(xiàng)目申請(qǐng)人與主要成員主持和參加過(guò)多項(xiàng)省部科研項(xiàng)目的研究工作，已在國(guó)內(nèi)外重要刊物上發(fā)表相關(guān)論文30余篇，其中SCI/EI收錄20余篇，具備良好的前期基礎(chǔ)工作。項(xiàng)目組主要成員由具有高級(jí)職稱

10、、博士、碩士學(xué)位的中青年研究人員組成，具有較強(qiáng)的科研進(jìn)取精神、創(chuàng)新能力和良好的團(tuán)隊(duì)合作意識(shí)，在巖土工程技術(shù)、樁土相互作用理論、模型試驗(yàn)方面有著豐富的經(jīng)驗(yàn)，為本項(xiàng)目的順利完成提供了重要的基礎(chǔ)和技術(shù)保證。6.2、工作條件6.2.1 已具備的條件項(xiàng)目承擔(dān)單位在本學(xué)科建設(shè)上提供了相當(dāng)?shù)谋憷麠l件，擁有土工實(shí)驗(yàn)室、結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)室等，其設(shè)備及試驗(yàn)人員的配備能夠滿足本項(xiàng)目研究工作的需要。實(shí)驗(yàn)室擁有先進(jìn)的靜動(dòng)態(tài)電液伺服加載系統(tǒng)，可以為基樁試驗(yàn)提供加載反力裝置和控制系統(tǒng)。具備薄膜壓力測(cè)試系統(tǒng)、微孔壓測(cè)試系統(tǒng)、靜態(tài)電阻應(yīng)變儀等其他各種巖土工程試驗(yàn)和檢測(cè)設(shè)備，為本項(xiàng)目的試驗(yàn)研究提供了便利的硬件條件。若本項(xiàng)目獲得省基金委的

11、資助，項(xiàng)目承擔(dān)單位還將為本項(xiàng)目提供配套資金，為項(xiàng)目的開(kāi)展奠定了良好的資金基礎(chǔ)。6.2.2 尚缺少的實(shí)驗(yàn)條件和擬解決的途徑本項(xiàng)目將建立模型試驗(yàn)槽，用于模擬群樁模型試驗(yàn)。本項(xiàng)目擬在得到資助后，自行設(shè)計(jì)加工一套群樁試驗(yàn)槽（實(shí)驗(yàn)裝置示意見(jiàn)圖2）。7預(yù)期研究結(jié)果、利用研究結(jié)果計(jì)劃和今后發(fā)展思路7.1 預(yù)期研究成果項(xiàng)目實(shí)施后將揭示欠固結(jié)土中群樁的土拱效應(yīng)及負(fù)摩阻力機(jī)理研究，研究成果可以為欠固結(jié)軟土地基中采用密集群樁施工提供理論指導(dǎo)。項(xiàng)目預(yù)期獲得的知識(shí)產(chǎn)權(quán)成果如下：(1)學(xué)術(shù)論文：完成EI檢索論文不少于3篇。暫定名為“欠固結(jié)軟土地基中群樁的土拱效應(yīng)及其機(jī)理分析”、“欠固結(jié)軟土地基中群樁的土拱效應(yīng)數(shù)值模擬”、“欠固結(jié)軟土地基中群樁的土拱效應(yīng)模型試驗(yàn)研究”。(2)專利：申請(qǐng)發(fā)明專利1項(xiàng)，暫定名“一種欠固結(jié)軟土中群樁負(fù)摩擦力的預(yù)測(cè)方法”。7.2 研究成果利用本項(xiàng)目的密集群樁對(duì)于消除欠固結(jié)土中樁側(cè)負(fù)摩阻力具有明顯的作用，研究成果可以為欠固結(jié)軟土地基中采用密集群樁施工提供理論指導(dǎo)，項(xiàng)目研究期間將嘗試與企業(yè)單位合作開(kāi)展現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，積極推動(dòng)密集群樁技術(shù)在灘涂圍墾工程中的應(yīng)用。7.3 今后發(fā)展思路