申请书正文:

1．项目名称

****机理研究

3．本项目研究目标，及其与申请者研究工作长期目标的关系

3.1 总体目标

本项目旨在研究欠固结土中密集群桩的土拱效应及其对群桩负摩擦力的影响，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群桩土拱产生机制，研究土拱的几何和力学特征，分析土拱对群桩负摩擦力的影响，从而揭示群桩负摩阻力的内在机理，为滩海围垦软土地基中群桩的设计与使用提供理论指导。

3.2 具体目标

(1) 掌握群桩的土拱产生机制和力学分析方法，为欠固结土中群桩的土拱效应存在及其作用机理提供理论依据。

(2) 掌握群桩的土拱效应数值分析方法，实现欠固结软土地基中群桩土拱效应及其对群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群桩负摩阻力的分布，为欠固结软土地基中群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

本项目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发展适于滩海工程的桩基及相应的计算理论，而本项目的研究重点—群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基础规律研究的重要内容之一，与本项目组长期目标有着密切的联系。

4．项目研究内容、研究方案和进度安排

4.1 项目研究内容

本项目主要研究欠固结软土地基中群桩土拱效应机理及其对群桩负摩阻力的影响，研究内容包括欠固结土中群桩的土拱产生机制、群桩的土拱效应数值模拟及其对群桩负摩阻力遮拦效应的影响、欠固结土中群桩土拱效应与负摩阻力模型试验研究三部分，详述如下：

(1) 欠固结土中群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发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，并分析群桩的桩间距、桩径、桩土摩擦角、粘聚力、中性点变化等对于土拱的影响。

(2) 群桩的土拱效应数值模拟及其对群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群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则，考虑桩土的滑移作用，界面采用库仑摩擦模型，计算群桩的负摩阻力分布、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，并对群桩的负摩擦力遮拦效应进行相关分析，揭示土拱效应对群桩负摩擦力的影响，分析土层固结对负摩擦力的时间效应。

(3) 欠固结土中群桩土拱效应与负摩阻力模型试验研究。欠固结土中群桩模型试验采用3×3群桩试验，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，验证群桩的土拱效应和遮拦效应。

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群桩的土拱效应和负摩擦力研究。

4.2.2技术路线

项目研究的基本技术路线如图1示意，其中包含理论分析、数值计算和模型实验三部分，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。

图1 项目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群桩土拱效应的力学模型，阐明欠固结土中群桩土拱的存在机制，而后通过数值模拟法建立欠固结土中群桩三维有限元模型，计算群桩的应力场、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，最后通过群桩模型试验，测试群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对比，验证群桩土拱效应的存在和负摩阻力分布规律。

4.2.3实验手段

本项目模型试验研究主要测试群桩的土拱效应存在的证据和负摩擦力分布，采用3×3群桩模型。实验装置示意图如图2所示。

通过自制模型试验装置，开展欠固结土中群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群桩的桩顶沉降、土层沉移，采用应变仪测试桩身应变，并转换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，观测和分析群桩土拱效应和群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) 欠固结软土地基中群桩的土拱效应简化模型的建立是群桩的土拱效应存在的力学机制，是本项目的关键技术之一，拟通过弹性理论分析和极限平衡理论解决。

(2) 欠固结土中群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) 欠固结土中群桩模型试验的土拱效应的实验依据是本项目的关键技术之一，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：

2012.01-2012.04  查阅国内外研究资料，完成必要的调研工作，制订详细的项目研究实施计划，完成试验方案设计。

2012.05-2012.09  完成欠固结软土地基中群桩模型试验，掌握群桩的桩侧摩阻力变化规律，掌握群桩的土拱效应及其对桩周摩阻力的影响。

2012.10-2012.12  完成群桩的土拱效应理论分析工作，掌握欠固结土中群桩的土拱力学机制。

2013.01-2013.08  完成群桩的土拱效应和负摩阻力的三维有限元分析工作。

2013.09-2013.12  完成群桩理论、数值和模型试验验证工作，成果发表，编写项目总结报告。

5．项目创新之处

与以往的研究成果相比，本项目通过建立欠固结土中群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群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，因此欠固结土中群桩土拱效应假说与证明是本项目的特色和创新之处。

6．工作基础与工作条件

6.1、工作基础

项目申请人和项目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发展前沿有着较深的研究和较高的把握度。项目申请人与主要成员主持和参加过多项省部科研项目的研究工作，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，具备良好的前期基础工作。

项目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，为本项目的顺利完成提供了重要的基础和技术保证。

6.2、工作条件

6.2.1已具备的条件

项目承担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项目研究工作的需要。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，为本项目的试验研究提供了便利的硬件条件。若本项目获得省基金委的资助，项目承担单位还将为本项目提供配套资金，为项目的开展奠定了良好的资金基础。

6.2.2尚缺少的实验条件和拟解决的途径

本项目将建立模型试验槽，用于模拟群桩模型试验。本项目拟在得到资助后，自行设计加工一套群桩试验槽（实验装置示意见图2）。

7．预期研究结果、利用研究结果计划和今后发展思路

7.1 预期研究成果

项目实施后将揭示欠固结土中群桩的土拱效应及负摩阻力机理研究，研究成果可以为欠固结软土地基中采用密集群桩施工提供理论指导。项目预期获得的知识产权成果如下：

(1)学术论文：完成EI检索论文不少于3篇。暂定名为“欠固结软土地基中群桩的土拱效应及其机理分析”、“欠固结软土地基中群桩的土拱效应数值模拟”、“欠固结软土地基中群桩的土拱效应模型试验研究”。

(2)专利：申请发明专利1项，暂定名“一种欠固结软土中群桩负摩擦力的预测方法”。

7.2 研究成果利用

本项目的密集群桩对于消除欠固结土中桩侧负摩阻力具有明显的作用，研究成果可以为欠固结软土地基中采用密集群桩施工提供理论指导，项目研究期间将尝试与企业单位合作开展现场试验，积极推动密集群桩技术在滩涂围垦工程中的应用。

7.3 今后发展思路

本项目若能获得省自然基金的资助，申请人在保质保量按时完成拟定研究内容的同时，将基于本项目的研究成果，积极争取国家自然基金项目，继续开展以下两方面研究：

(1) 欠固结软土地基中考虑承台作用的群桩土拱效应与负摩阻力研究。

(2) 欠固结软土地基中密集群桩的时效设计理论及其关键技术研究。

第二篇：北京市自然科学基金申请书(预探索项目)模板

北京市自然科学基金申请书

（预探索项目）

北京市自然科学基金委员会办公室制

二○一四年

填表说明

一、填报申请书前，请登陆北京市自然科学基金网站（http://www.bjnsf.org），查阅市自然科学基金的有关管理规定。请认真填写申请书各项内容，填写时须注意科学严谨、实事求是、表达明确。外来语应用中文和英文同时表达，第一次出现的缩写词，须注出全称。

二、申请书为A4纸版面，申请书正文要求宋体5号字，双面打印，于左侧装订成册，一式三份（至少一份为原件），报送北京市自然科学基金委员会办公室。

三、简表说明

1、 简表内容：采用国家公布的标准简化字填写。

2、 项目名称：要确切反映研究内容，字数最多不超过30字（60字符）。

3、 单位代码是申请单位在北京市自然科学基金委员会办公室注册并经确认的代码；项目指南代码见项目指南；其余代码使用北京市自然科学基金委员会办公室公布的国家自然科学基金委员会的学科分类目录及代码。

4、 依托单位：须按单位公章填写全称。

5、 依托实验室：系指研究项目将利用的实验室，仅填写国家重点实验室或部、委、北京市批准的部门开放实验室。

6、 申请金额：用阿拉伯数字表示，以万元为单位，小数点后取两位。

7、 起止年月：起始时间为申请的次年1月，项目执行期限最长不超过1.5年。

8、 参加单位数：指研究项目组成员所在单位数，包括主持单位和合作单位（合作者所在单位），以阿拉伯数字表示。合作单位系指项目进行过程中，在研究内容、方法及目标等方面，进行科技互补和实质性合作的单位，不包括一般的技术性协作单位。

9、 项目组主要成员：指在项目组内对学术思想、研究方案的制订、理论分析及项目的完成起重要作用的研究人员，每年参加本项目研究工作应在4个月以上。申请者和参加项目组成员每人须在申请书上亲自签名。

一、简表

二、研究项目组主要成员概况（含申请者）

三、项目经费预算表

单位：万元 

四、申请书正文

参照以下提纲撰写，要求内容详实、清晰，层次分明，标题突出（题目用黑体四号字，正文用宋体五号字）。

（一）立项依据（不超过5000字）

1、项目研究意义

2、国内外研究现状分析及存在问题

3、应用方向或应用前景

着重结合国际科学研究发展趋势，论述其可能的应用方向及前景。

4、参考文献

参考文献格式： 论文：作者，题目，刊名，年份，卷（期），起止页码；

专著：作者，书名，出版者，年份。

（二）研究内容（不超过1500字）

1、研究目标

列举出项目实施的总体目标，目标一般不超过3个。

2、主要研究内容

此部分是专家评审的重要依据，请详细阐述。

3、拟解决的关键问题

指该项目研究的瓶颈问题，一般对应项目目标，请详细阐述如何解决这些关键问题。

（三）项目创新点（不超过1000字）

注：此部分是专家评审的重要依据，请详细阐述。

可以从以下方面对项目创新点进行阐述：

按创新程度来划分，从发现和解决问题的原始性创新和跟踪性创新两方面阐述创新点。

按创新方式来划分，从理论创新、方法创新和技术创新等方面阐述创新点。

（四）研究方案（不超过1000字）

1、研究方法及实验手段

详细说明在项目实施过程中将采用何种研究方法和实验手段，以说明该研究是能够实现的。

2、技术路线及关键技术

以项目实施步骤的形式表达研究项目的技术路线，并予以文字说明，指出其中的关键技术、研究步骤及相应的结果提交形式。

3、可行性分析

对此研究方案的可行性进行分析。

（五）预期研究结果及可考核的验收指标（不超过800字）

1、论文指标

明确说明预期发表期刊论文、会议论文（国际、国内）的数量及检索情况（SCI、SSCI、EI、ISTP）。

2、其他指标

明确说明其他预期研究结果的数量及类别。

（六）项目成员简介（不超过1000字）

1、列出申请者的学习和研究工作简历，近5年来取得的主要科研成果，获得的学术奖励情况。申请者为近3年（含申请当年）博士或硕士获得者的须注明学位论文名称、导师姓名与工作单位。

2、列出项目组主要成员（3-5人）的学习和研究工作简历，近5年来取得的主要研究成果，获得的学术奖励情况及在本项目中承担的任务。

五、申请者正在承担的北京市自然科学基金资助项目情况

六、申请者近五年内已结题的北京市自然科学基金资助项目情况

七、申请者正在承担的其他研究项目

列出申请者承担的其他在研项目，包括863计划、973计划、国家自然科学基金、国家社会科学基金、北京市科技计划项目、其他部委或市级计划等。

八、申请者保证

九、单位审查意见

附件一：推荐意见

不具备高级专业技术职务或博士学位的申请者，须有两名具有高级专业技术职务的同行专家推荐。推荐时，请认真负责地介绍申请者及项目组成员的业务基础、研究能力、科研态度及研究条件等。项目组成员不能作为推荐者。

附件二：导师签字函件

正在攻读硕士或博士学位的科研人员（市基金办接收项目申请截止日期前尚未获得学位）不得作为申请者申请各类项目，但在职人员经过导师同意可以通过受聘依托单位申请面上项目或预探索项目，同时应提供导师同意其申请项目并由导师签字的函件。函件中应说明所申请项目与其学位论文的关系，以及承担项目后的工作时间和条件保证等。

附件三：相关证明材料

凡在研究过程中按国家有关规定应履行相关程序的，需提供相关证明材料。（例如：涉及人的生物医学研究，由于研究对象的特殊性，请申请人严格遵守医学伦理和患者知情同意等有关规定，申请时须提供伦理委员会审查意见等书面材料）

附件四：其他需要说明的材料

（符合条件的海外科学技术人员、正在博士后工作站内从事研究的科学技术人员须提供的相关材料）