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      基于ABAQUS的邊坡雙排樁支護(hù)結(jié)構(gòu)研究

      2016-04-08 02:37:56宣杰蔣建平
      山東工業(yè)技術(shù) 2016年7期
      關(guān)鍵詞:有限元

      宣杰 蔣建平

      摘 要:本文應(yīng)用ABAQUS有限元軟件,分析深邊坡雙排樁支護(hù)結(jié)構(gòu),在地震作用下的。結(jié)果表明,邊坡在靜力工況下支護(hù)效果比較好,未產(chǎn)生滑移現(xiàn)象,而在地震作用下,樁后土體會(huì)有滑移現(xiàn)象,樁間土及樁前土水平位移相對(duì)較小。結(jié)合模型的分析結(jié)果及雙排抗滑樁支護(hù)的理論作用機(jī)理,邊坡的雙排樁支護(hù)結(jié)構(gòu)支護(hù)下具有較好的抗震效果,可為實(shí)際工程提供參考。

      關(guān)鍵詞:雙排樁;ABAQUS;抗震工程;有限元

      DOI:10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.07.252

      0 引言

      邊坡,規(guī)范[1]定義為在建(構(gòu))筑物場(chǎng)地或其周邊,由于建(構(gòu))筑物和市政工程開(kāi)挖或填筑施工所形成的人工邊坡和對(duì)建(構(gòu))筑物安全或穩(wěn)定有影響的自然邊坡,具有傾斜滑動(dòng)面面的巖土結(jié)構(gòu),其在降雨、地震、人工開(kāi)挖、爆破、上部重載等的荷載影響下,邊坡內(nèi)部的巖土體有從高處向低處滑動(dòng)的趨勢(shì),以至某一個(gè)滑動(dòng)面上的滑動(dòng)力超過(guò)其抗滑力就會(huì)發(fā)生邊坡內(nèi)部巖土體沿著某一個(gè)滑帶向下滑動(dòng),即滑坡現(xiàn)象。

      我國(guó)屬于滑坡災(zāi)害極為頻繁的國(guó)家,其中大型和巨型滑坡占有突出重要的地位,尤其是在中國(guó)的西部地區(qū),大型滑坡更以其規(guī)模大、機(jī)制復(fù)雜、危害大的特點(diǎn)嚴(yán)重威脅著當(dāng)?shù)孛裆陌踩8鶕?jù)“中國(guó)環(huán)境公報(bào)”[2]2013年的統(tǒng)計(jì),全國(guó)共發(fā)生各類(lèi)地質(zhì)災(zāi)害15403起,其中滑坡9849起、崩塌3313起、泥石流1541起、地面塌陷371起、地裂縫301起、地面沉降28起。造成481人死亡、188人失蹤、264人受傷,造成直接經(jīng)濟(jì)損失101.5億元。與上年相比,地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生數(shù)量、造成死亡失蹤人數(shù)和直接經(jīng)濟(jì)損失分別增加7.5%、78.4%和92.2%。

      隨著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展同時(shí)西部大開(kāi)發(fā)戰(zhàn)略的進(jìn)一步實(shí)施, 無(wú)論在交通、水力、礦山等工程建設(shè)方面都涉及到大量的邊坡問(wèn)題,在建設(shè)、運(yùn)行期間,邊坡穩(wěn)定性問(wèn)題一直是主要的工程地質(zhì)問(wèn)題之一,因此合理的處治邊坡,保證邊坡的穩(wěn)定性,是巖土工程界必須考慮的問(wèn)題,并且由于西部是地震常發(fā)地區(qū),因此對(duì)于邊坡在地震動(dòng)力下的響應(yīng)作用及邊坡抗震設(shè)計(jì)優(yōu)化方案則是目前我國(guó)乃至國(guó)內(nèi)外地質(zhì)研究的重點(diǎn)問(wèn)題之一。

      1 數(shù)值建模

      1.1 工程概況

      本文參考[3]某實(shí)測(cè)邊坡,邊坡高度約為20m,地區(qū)要求抗震等級(jí)Ⅶ級(jí)。土體參數(shù)經(jīng)合并劃分為軟弱土和基巖土,軟弱土參數(shù):深度15m,密度1800 kg/m3 ,彈性模量E =3MPa;基巖土參數(shù):深度25m,密度2300 kg/m3 ,彈性模量E =10MPa,本文地震波選用經(jīng)典的汶川地震波型曲線(xiàn),通過(guò)Ⅶ級(jí)的地震波曲線(xiàn)校正為0.1g的加速度峰值曲線(xiàn)。

      1.2 模型建立

      模型基本建立過(guò)程:根據(jù)實(shí)際工況情況,建立基本模型尺寸—合并上下層的材料屬性,輸入基本材料參數(shù)—?jiǎng)?chuàng)建地應(yīng)力平衡分析步及地震分析步—荷載施加分別在地應(yīng)力步及地震分析步,施加對(duì)應(yīng)的重力及地震荷載—本文采用平面應(yīng)變的分析原理,網(wǎng)格單元使用CPE4單元網(wǎng)格進(jìn)行劃分。

      2 結(jié)果及展望

      (1)在地震作用下,雙排樁支護(hù)結(jié)構(gòu)作為擋土支護(hù)結(jié)構(gòu)能有效地支擋樁前土體的滑移,在支護(hù)前邊坡結(jié)構(gòu)出現(xiàn)了明顯的塑形應(yīng)變區(qū),邊坡的滑移趨勢(shì)明顯,最大位移達(dá)到了2m,土體已經(jīng)明顯破壞;而在支護(hù)后,支護(hù)結(jié)構(gòu)物支擋了樁前土的滑移趨勢(shì),并且有效地控制了滑移土的位移量,土體的支護(hù)后最大位移為0.2m,支護(hù)結(jié)構(gòu)物尚未達(dá)到破壞。

      (2)計(jì)算結(jié)果了驗(yàn)證了雙排樁樁間土的受力機(jī)理[4],雙排樁支護(hù)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化為門(mén)式鋼架結(jié)構(gòu),嵌固于邊坡土體之中,從結(jié)構(gòu)的角度為超靜定結(jié)構(gòu),在樁與樁間土共同工作的適用條件 下,樁間土分擔(dān)上部荷載的效果明顯,而在兩側(cè)樁的側(cè)摩阻力作用下,樁間土體會(huì)發(fā)生隆起及破壞現(xiàn)象,而雙排樁的樁間連梁可有效地樁間土的隆起及塑性破壞。

      (3)從科學(xué)、合理、經(jīng)濟(jì)的角度,雙排樁的支護(hù)結(jié)構(gòu)可保證臨近建筑物的安全。結(jié)合實(shí)踐工程,雙排樁支護(hù)結(jié)構(gòu)物具有施工簡(jiǎn)單、工期短的優(yōu)勢(shì)。

      (4)本文就雙排樁的支護(hù)效果進(jìn)行了數(shù)值模擬研究,可為地震頻發(fā)地區(qū)的邊坡支護(hù)提供參考。

      參考文獻(xiàn):

      [1]《建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范》(GB50330-2013) [S].GB50330-2013

      [2] 國(guó)家環(huán)保局. 2013年中國(guó)環(huán)境公報(bào)[M].中華 人民共和國(guó)環(huán)境保護(hù)部, 2013.

      [3] 費(fèi)康, 張建偉. ABAQUS在巖土工程中的應(yīng)用[M]. 北京: 中國(guó)水利水電出版社.

      [4] 楊德健,王鐵成,尹建峰.雙排樁支護(hù)結(jié)構(gòu)受力特征與土壓力計(jì)算分析[J].建筑科學(xué),2007年第23卷第9期.

      作者簡(jiǎn)介:宣杰(1992-),男,碩士研究生,研究方向:邊坡動(dòng)力響應(yīng)。

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