均布荷載下雙層地基應(yīng)力擴(kuò)散分析

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1、維普資訊http://www.cqvip.com第2期后勤工程學(xué)院學(xué)報(bào)2002矩均布荷載下雙層地基應(yīng)力擴(kuò)散分析朱建凱，陸新，趙燕明，劉軍2，杜江軍(1．后勤工程學(xué)院軍事土木工程系，重慶400041；2．71834部隊(duì)，鄭州市450006；3．沈陽軍區(qū)空軍后勤部，沈陽市110005)摘要通過ANSYS計(jì)算了均布荷載中心下軟弱下臥層界面在不同埋深下的附加應(yīng)力特性，并與相同深度處均質(zhì)地基的附加應(yīng)力狀態(tài)進(jìn)行了對(duì)比，發(fā)現(xiàn)在雙層地基界面上出現(xiàn)了應(yīng)力擴(kuò)散現(xiàn)象。并隨著軟弱下臥層埋深的增加，應(yīng)力擴(kuò)散現(xiàn)象越來越明顯，通過對(duì)ANSYS計(jì)算所得數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，并用曲線進(jìn)行擬合得出一個(gè)經(jīng)驗(yàn)公式，

2、為實(shí)際工程中提供了定量分析的依據(jù)。關(guān)鍵詞均布荷載；軟弱下臥層；雙層地基；應(yīng)力中圖分類號(hào)：TU431文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B在沿海和平原地區(qū)，不可避免地會(huì)遇到軟土或軟弱地基，為滿足工程要求，有時(shí)候要對(duì)軟弱地基進(jìn)行處理，使地基土特性在一定深度范圍內(nèi)得到改善而形成堅(jiān)硬層，處理后的地基便形成了雙層地基。事實(shí)上，這些軟土地基由于荷載的遷移，水份的蒸發(fā)等自然因素的長期作用，地表常常會(huì)形成厚薄不同，工程特性相異的硬殼層，軟土地基上有了硬殼層，地基的承載特性和變形特性都將發(fā)生變化。由于硬殼層起著擴(kuò)散應(yīng)力和類似彈性地基板的作用，且本身變形模量大，受力后變形小，對(duì)地基變形起著遏止作用，因此，充分利

3、用硬殼層是有經(jīng)濟(jì)價(jià)值的?，本文僅對(duì)含有軟弱下臥層的雙層地基界面處的應(yīng)力擴(kuò)散現(xiàn)象進(jìn)行定量的分析。1ANSYS建模簡(jiǎn)述通過建立雙層地基的平面應(yīng)變模型，在模型底部和兩側(cè)表1土性參數(shù)～分別施加豎向和水平約束，為盡量減少模型底部和兩側(cè)約束～到硬土軟土的影響，模型尺寸定為20m×20m，硬殼層厚度分別為0．5m、變形模量E(Pa)10×10‘3×10‘泊松比It,0．30．3lm、1．5m、2m、2．5m、3m、3．5m、4m、4．5m和5m，均布應(yīng)力分土體密度p(kg／m3)20001800布在模型中央，寬度為2m，大小為100kPa，在對(duì)模型進(jìn)行剖分粘聚力c(Pa)20000

4、8000時(shí)，選用平面三角形六接點(diǎn)單元。內(nèi)摩擦角‘p25。10。土性參數(shù)列于表1。2數(shù)據(jù)分析ANSYS計(jì)算用的是有限單元法，這是一種近似計(jì)算方法，在進(jìn)行有限元分析時(shí)，先將所分析問題的求解域離散成有限個(gè)適當(dāng)?shù)膯卧x用相應(yīng)的形函數(shù)，在局部坐標(biāo)系中建立單元?jiǎng)偠染仃嚕?jīng)過坐標(biāo)變收稿日期：2001一ll一26朱建凱(1979一)，男，江西余干人，碩士生，從事地基處理研究。維普資訊http://www.cqvip.com第2期朱建凱等均布荷載下雙層地基應(yīng)力擴(kuò)散分析63換后把相關(guān)的單剛矩陣集成整體坐標(biāo)下的總剛矩陣，再利用接點(diǎn)平衡條件求得位移，最后利用根據(jù)位移和單元的應(yīng)力與位移的關(guān)系

5、解得單元各接點(diǎn)的應(yīng)力。把計(jì)算所得均布荷載中心下不同軟弱層埋深下界面處的應(yīng)力值和均質(zhì)地基的應(yīng)力值列于表2(其中均質(zhì)土的土性與雙層地基中的硬殼層一樣)。表2均布荷載中心下界面處的應(yīng)力值說明：類型1對(duì)應(yīng)均質(zhì)地基，類型2對(duì)應(yīng)軟弱下臥層埋深為0．5m的地基，其余依次類推；比值為類型1與其它類型的附加應(yīng)力值的比。從表中可以看出比值隨軟弱下臥層埋深的增加而增加，說明在堅(jiān)硬的上層與軟弱下臥層中引起的應(yīng)力擴(kuò)散隨上層厚度的增大而更加顯著，當(dāng)軟弱下臥層埋深4m以下時(shí)，計(jì)算所得比值反而隨埋深增加而減少，本文只限于含有軟弱下臥層的雙層地基的應(yīng)力擴(kuò)散現(xiàn)象的分析，所以數(shù)據(jù)未列出，這是受模型底部約束

6、因素的影響，而這恰好與下臥剛性層的雙層地基的應(yīng)力集中現(xiàn)象隨剛性層埋深越淺而越顯著的規(guī)律一致，因此，計(jì)算結(jié)果與規(guī)律并不矛盾?，F(xiàn)以深度為橫坐標(biāo)，比值為縱坐標(biāo)，把上表中的數(shù)據(jù)繪成圖1。從圖1可以看出，應(yīng)力擴(kuò)散隨軟弱下臥層埋深的增加不是簡(jiǎn)單圖1計(jì)算所得數(shù)據(jù)點(diǎn)的增加，因而對(duì)數(shù)據(jù)點(diǎn)進(jìn)行3次多項(xiàng)式擬合J。設(shè)擬合曲線為：Y=+al+a2+a3，其中表示下臥層埋深，Y表示比值。1O．50．51．03501111．455211．51．51．69011221．8250A=口lXY=12．52．51．8418cr21331．9722圖2數(shù)據(jù)點(diǎn)與擬合曲線比較13．53．52．08492．297

7、0144系數(shù)矩陣A=[XrX][y]維普資訊http://www.cqvip.com后勤工程學(xué)院學(xué)報(bào)2002鉦廠0．4101]根據(jù)以上方法，編程計(jì)算得：A：lI-52¨l一0．5576f0．0739所以有擬合方程：Y=0．4101+I．521Ix一0．557+0．0739x將擬合方程繪成曲線并與數(shù)據(jù)點(diǎn)進(jìn)行比較如圖2。3結(jié)論1)下臥層的雙層地基，在分層界面上出現(xiàn)應(yīng)力擴(kuò)散現(xiàn)象，并隨軟弱下臥層埋深的增加而更加顯著。2)力擴(kuò)散現(xiàn)象隨埋深的增加并不是簡(jiǎn)單的線形增加，而是成曲線增長，在深度約為均布荷載寬度處，應(yīng)力擴(kuò)散現(xiàn)象顯著程度增加趨于平緩，在大于這個(gè)范圍深度處