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大面积真空预压沉降数值模拟与监测分析研究(论文).pdf

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陈 瑞 :大面积真空预压沉降数值模拟与监测分析研究 场地形成需进行地基处理的主要土层。 上海地区潜水高水位埋深为地表下0.50 m,低水位埋 深为地表下1.50 m。本工程场地形成阶段将进行大面积填 筑及平整 ,场地形成后的潜水位会随着地面标高 的抬高而 上升 。场地 内无微承压含水层 ,场地深部第⑦层 中的承压 水对本工程场地形成无影响。 3 大 面 积 真 空 预 压 有 限 元 分 析 方 法 由于分析对象是大面积真空预压地基处理施工 ,在这 个过程中,地基土的变形特性接近为一维压缩变形 ,因此 可以采 用轴对称单一排水体的分析方 法 (即采用轴对称分 析方法分析一个独立的砂井作用 )来分析真空预压施工过 程 。相对于其他简化的二维分析方法以及复杂的三维分析 方法,这种分析方法的优点如下。 1)对地基土的渗透特性没有进行任何转换和简化 ,分 析精度要高于二维简化方法。 2)相对于复杂的三维分析方法 ,该方法模型简单,网 格少 ,计算速度快。 具体方法如下口】。 1)将塑料排水板按照周长相等的原则等效成砂井,得 到砂井直径D 66.2 mflq。 2)砂井呈正三角形排列 ,得到27 ~I]37 的每一个砂井 有效影响范围的直径分别为1.26 m和 1.47 m,如图2所示。 排 }ll0 __一I- lI 二 3)简化后是一个 中间有砂井的圆柱体模型 ,27 和37 砂井深度分别为16.5 m和 14.5 m,模型高度分别取23.7 m和 25.1 m。 4)作用在圆柱体上的80 kl'a~布荷载模拟真空预压作 用。 3.1 几何模 型 图3给出了27 和37 的有限元轴对称模型 ,圆柱体直径 分别为1.26 m和 1.47 m,高度分别为23.7 m~D25.1 m,砂井 66.2 1Tlrn,砂井深度分别为16.5 m和 14.5 nl。鉴于讨论的 问题是轴对称的 ,可以只取一个半径断面 。水位对应于原 始的地表面 。土层厚度分别取23.7 m~I]25.1 m,下面土层不 包括在模型中。本模型使用15节点单元。长度 、力和时间 分别使用标准单位m、kN、d。几何模型的描画使用几何直 线选项完成 。边界条件 的定义可 以通过标准固定边界来完 成。点击分布荷载按钮,完成分布荷载的输入。 图3 真空预压有限元模型 3.2 材料组和 网格 生成 依据土层特性建立材料 组并输入材料参数 ,使用最细 的密度设置 生成有限元 网格 。弹性模量E取值时,考虑涂 抹作用以及其他施工因素对土的力学特性的影响 ,根据经 验 ,实际计算采用的压缩模量E。取值为勘察报告提供的压 缩模量E 的3/4。 3.3 初始条件 在初始条件 中,设置水重度为 10 kN/m。。水压力是完 全静态的 ,基于一条通过地表面的一般水位线 。除 了水位 线 ,还必须要设置进行固结分析的边 界条件 。本模型左侧 竖直边界作为一条对称线必须关 闭,在水平方 向不会出现 水流。另外 ,右侧竖直边界上没有 自由水流出,因而必须 关闭。下部边界是不透水 的,也要关 闭。上部边界显然是 透水的。生成水压和固结边界条件后生成初始应力场。 3.4 计算 施工只有一个阶段 ,施加8O kPa荷载需要一定时间 , 荷载施加完毕后执行一段时间的固结期 ,以便允许超静水 压消散 。因此定义2个计算施工阶段。第 1计算施工阶段是 固结分析 ,分步施工 ,激活均布荷载并修改为实际值 ;第2 计算施工阶段也是 固结分析 ,分步施工 ,这里几何设置没 有任何变化,只需输入一个固结分析最终时间。 4 有 限元 分 析 结 果 与 监 测 结 果 对 比 4.1 沉降分析 结果 与监测结果对 比 从数值模拟结果和监测结果的对 比可以看出:采用轴 对称单一排水体分析模型 ,可以很好地模拟大面积真空预 压地基处理过程。模拟分析得到的大面积真空预压过程地 面沉降、孔压 、分层沉降随时间的变化规律与现场监测结 果较为吻合。 在真空预压1个月左右 ,基本可 以达到总体沉降量的 80%,而在抽真空后期的沉降曲线较平缓。地面沉降量能 够直接反映真空预压试验区的处理过程和效果 ,从地表平 201 6.7.Building Conslructi。n圆 陈 瑞 :大面积真空预压沉降数值模拟与监测分析研究 均沉降的时程曲线 (图4、图5)来看,可得出以下结论。 图4 37 地块地表累计 沉降量一时间关系 O 0 — 100 - 200 - 300 — 400 - 500 - 600 — 700 图5 27 地块地表累计 沉降量一时间关系 1)在真空预压期间,平均表面沉降量与真空加载过程 密切相关 ,随着真空度 的提高和稳定 ,表层平均沉降量逐 渐平稳地增加 ,这充分说明 ,真空预压工艺成功应用的关 键在于保持场区真空度的稳定。 2)真空预压的平均表面沉降量在初期阶段完成较决, 中后期完成较慢。 3)正如数值模拟结果所指出的,现场施工时间与地质 条件 以及施工参数有关 ,总体上讲 ,排水板 的深度及间距 对预压时间有一定影响。‘ 4.2 分层沉降分析 结果与监测结果对 比
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