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    砂井地基的有限元分析方法

    發(fā)布于:2016-05-11 18:39
    有限元分析

          目前,采用平面應(yīng)變有限元來分析砂井地基已獲得越來越廣泛的認(rèn)可。通過平面應(yīng)變問題和軸對稱問題之間的等效轉(zhuǎn)換,將砂井地基轉(zhuǎn)換為砂墻地基來處理,可以降低原本的砂井地基三維有限元分析的工作量。因此,由砂井到砂墻的等效方法和砂井的平面應(yīng)變有限元分析是砂井地基計算分析的兩個關(guān)鍵。
          然而,對于一些大型復(fù)雜的工程,若同時考慮砂井地基的涂抹作用和井阻作用,常規(guī)的有限單元法的計算規(guī)模仍顯龐大,計算自由度數(shù)可能達(dá)到幾萬甚至是幾十萬個。因此,在不降低計算精度的前提下,對現(xiàn)有單元進(jìn)行改造,以有效地減少模型的單元數(shù)和節(jié)點數(shù),使平面應(yīng)變有限元計算更加有效、快捷是非常必要的。
          本研究正是基于這樣的思考提出砂墻組合單元的。分析表明,由于常規(guī)有限元法要求一個單元中只包含一種材料,因此大多數(shù)由其所建立的模型的單元數(shù)和結(jié)點數(shù)過多的原因是局部區(qū)域由于材料性狀的差異,而被分別劃分為不同的單元。對于一些復(fù)雜結(jié)構(gòu),為簡化分析、節(jié)約分析時間,有時也采用一定的等效方法將材料均勻化來解決這個問題。在砂墻地基中,砂墻和涂抹區(qū)的材料性質(zhì)不同、作用也截然不同。如果采用常規(guī)有限元法,需分別剖分單元,將會造成計算規(guī)模過于龐大、計算費用高,且由于計算量大,計算精度也不一定能保證。
          如果采用材料均勻化的方法,將涂抹區(qū)均勻化到砂井區(qū)和相鄰?fù)翆,則會導(dǎo)致較大的模型誤差。因此,需要一個新的思路來解決這個問題。本研究的砂墻組合單元對常規(guī)等參元進(jìn)行改進(jìn),把目前比較成熟的組合單元法引入到砂墻地基的分析中來,在單元體內(nèi)部考慮砂墻的涂抹作用和井阻作用。在保證有限元分析精度的前提下,有效地控制了單元數(shù)和結(jié)點數(shù),這樣能夠較大減少分析的工作量,從而克服了常規(guī)有限元法在計算砂墻地基時單元數(shù)和結(jié)點數(shù)過多的缺點,也避免了材料均勻化解決方法所帶來的模型誤差的缺陷。
          Hird在不考慮地基的側(cè)向變形的前提下,提出單個砂墻考慮井阻作用的解答。該解答的平均固結(jié)度較為理想,但水平向孔壓變化與真實情況相差較大,且不能考慮土體性狀隨深度的變化。Hird進(jìn)一步考慮了土體的非線性、土體性狀隨深度的變化以及加載歷史。該解答的水平向孔壓變化較為理想,但仍不能考慮地基的側(cè)向變形。Chai提出單個砂墻考慮井阻作用下的解答,該解答的水平向孔變化較為理想。B.Indraratna重點考察了砂墻的涂抹作用,并提出了多個砂墻在涂抹、井阻作用下的解答。多個砂墻的分析使解答更加有效地模擬沉降、孔壓和側(cè)向位移。趙維炳在考察砂墻涂抹、井阻作用的基礎(chǔ)上,重點考察了砂墻的側(cè)向變形和豎向滲流。


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