軟土路基沉降數值分析方法

2023-03-19 05:45:13 字數 948 閱讀 2997

1概述隨著科學技術水平的不斷提高和工程建設規模的不斷擴大,在土木建築、水利工程和路橋工程中樁基承載力、沉降量大小和堤壩穩定性等力學問題變得十分複雜。而事實上,軟土路基呈現出空間非線性沉降變形規律,土體的變形協調條件和應力平衡條件也十分複雜。這些問題已經很少能用數學方法求得精確解或通過模擬試驗得到定量解,大多數課題必須藉助於計算機和計算數學用數值分析的方法求出近似解。

目前用於地基沉降量分析的數值方法主要是差分法、有限元法和邊界元法,其發展趨勢是有限元法與差分法或與邊界元法相結合解決課題,以發揮各種方法的優越性。

2分析方法解析

2.1差分法

差分法的基本精神就是將研究區域用差分網格離散,對每一個節點通過差商代替導數把固結微分方程化成差分方程,然後結合初始條件和邊界條件,求解線性方程組得到數值解。

以平面問題為例,差分法可得到所研究平面內在各個時間的孔隙壓力的分佈,因此可以匯出初始沉降si與任何時間t的總沉降s或固結沉降量sc。由於土的豎嚮應變為

(2.1)

地基中沿著某一鉛垂線的沉降為:

(2.2)

h為有效壓縮層厚度。由於上式中採用不排水指標,,,所以孔隙壓力,應用總應力來計算。總沉降為:

(2.3)

式中,e和隨有效應力而變化,因此上式可算得任意時間的總沉降。任何時間的固結沉降為。當計算最終總沉降時,式中的孔隙壓力。

2.1有限元法

有限元是地基和結構作為一個整體來分析,將其劃分網格,形成離散體結構,形成有限數目的區域單元,這些單元體只在結點處有力的聯絡。材料的應力-應變關係可表示為

(2.4)

由虛位移原理可建立單元體的結點力與結點位移之間的關係,進而寫出總體平衡方程:

(2.5)

式中,分別為勁度矩陣,結點位移列陣和結點荷載列陣。然後結合初始和邊界條件求解線性方程組,在荷載作用下算得任一時刻地基和結構各點的位移和應力,得到問題的數值解。有限元法可以將地基作為二維甚至三維問題來考慮,反映了側向變形的影響[1]。

軟土路基填築沉降觀測方法

軟土路基上填築路堤時,在邊坡坡腳外設定邊樁進行水平位移觀測,在路堤中心線地面上設定地基沉降觀測裝置進行沉降觀測。在路堤填築過程中嚴格控制填土速率,控制沉降速率小於10mm d,水平位移速率小於5mm d。並根據觀測資料推算地基的最終沉降量。必要時,調整設計使地基處理達到預定的工後沉降控制目標值。邊樁...