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箱型格宾网加筋挡土墙在工程中的数值模拟研究

时间:2018-03-25 10:24 作者:晟江格宾网www.szmales.com 点击:

1、引言:随着土木工程技术的不断发展与创新,箱型格宾加筋挡土墙[1]在水利、公路、铁路等行业得到了广泛的应用,该技术施工简便,同加筋混凝土挡墙相比更加经济,同时稳定性也能得到保障。
2、工程背景:
2.1、项目概况:

  大连中石油国际储备库北区工程位于大连市大孤山半岛,在保税区油库一期、二期工程西侧两座山坡地上进行建设。本工程新建库区设计总库容为 420×104m3。油品储罐共 42座,油库设计等级为一级。原始地貌图及标高如图 1 所示
图 1 工程原始地貌图
图 1 工程原始地貌图
2.2、工程地质条件:
  勘探深度内,场地地层自上而下为:素填土(Q4ml):杂色,松散,干,为新填土;黏土(Q4al):深灰—灰黑色,湿,软塑,局部可塑,以黏土为主,局部含少量有机质及砾石;粉质黏土(Q3dl-pl):黄褐色,稍湿—湿,呈可塑—硬塑状态,主要成分为黏粒,该层仅分布在场地东南侧;碎石(Q3dl-pl):黄褐色,局部灰褐色,稍密—中密,稍湿。碎石土空间分布不均匀,主要成分为石英岩碎石;板岩(Zc):分布在南侧挡墙场地,主要岩性为灰绿色—黄褐色的泥质板岩和绢云钙质板岩;石英岩(Qnq3):主要分布在丘陵较高部位,地质时代为新远古界青白口系桥头三段;辉绿岩(βμ):灰绿—暗绿色,中细粒结构,主要矿物成分为辉石及斜长石,个别钻孔见有脉岩。

3、挡墙模型的建立:
3.1、选择本构模型:

  本文选取摩尔—库仑模型[2]作为碎石土和网箱结构的本构模型。
3.2、定义材料参数:
  大连中石油国际储备库北区工程回填的主要是碎石土,挡墙采用格宾网箱组合而成。摩尔-库伦模型需要材料的参数主要有体积模量、切变模量、密度、泊松比、黏聚力和内摩擦角。填土和网箱的参数如表 1 所示。
表 1 填土和网箱参数

表 1 填土和网箱参数

3.3、定义模型大小:
  大连中石油国际储备库北区工程海鲇路侧挡土墙共长1 090m,规划路侧挡土墙共长 710m,高差最大达 45.1m。在此,选取海鲇路五级挡墙的高差最大的一部分挡土墙进行建模。选取的模型尺寸为 X 方向 100m,Y 方向 10m,Z 方向 45m,建立五级挡墙模型
3.4、模型的建立:
  由于该工程是从下向上逐层施工的,模型的建立也是逐层进行,选取建立模型每层高度为 0.5m。具体尺寸如图 2 所示,建立模型如图 3 所示。
图 2 挡墙下方不铺设网箱结构

图 2 挡墙下方不铺设网箱结构
图 3 模型的建立
图 3 模型的建立

4、模型的网格划分和边界条件限定:
  对模型的网格进行划分,得到 66 884 个单元和 85 260 个网格节点,如图 4a 所示。应用 FIX 命令对模型的边界条件进行限定,将模型除顶面设为自由面,其他面均设为固定面[3],如图 4b 所示。在挡墙上方加上荷载值为 80k Pa。
图 4 模型网格划分和边界条件限定
图 4 模型网格划分和边界条件限定

5、求解输入:
  SOLVE 命令,进行求解。

6、挡墙计算:
  结果经过计算,得到相应的位移和应力云图如图 5 所示。
a 挡墙位移云图b 上部荷载作用下应力云  图 5 位移和应力云图

a 挡墙位移云图b 上部荷载作用下应力云
c 网箱结构应力云图d 挡墙应力云图  图 5 位移和应力云图

6.1、竖向位移分析:
  从图 5a 中可以直观地发现填土最上方的竖向位移位大,沉降量约为 7.0mm。从上向下位移大小依次递减,综合考虑,是因为填土上方有油品储罐共 42 座,对土体产生了一定的压力,加之土体自身的重力影响,致使竖向位移量增大。而在挡土墙的下方,由于铺设了网箱结构,挡墙附近的沉降相对较小。

6.2、土中应力分析:
  图 5b、图 5c 和图 5d 为应力图。从应力图可以看出应力呈层状分布,在油品储罐的重力和填土自身重力的作用下,土压力从上向下呈线性分布,故下层填土受到的应力呈增大的趋势。在图 5b 和图 5c 2 个图中明显可以发现在挡墙下方有网箱结构的地方,能承受额外的应力作用,分担了填土的部分应力,使填土能更加稳定,说明了网箱结构的有效性。
  从图 5d 中由上向下可发现挡墙的应力从 100k Pa 逐渐增大到 1 300k Pa,在海鲇路 5 层挡墙下方的竖向土压力值约为1 250k Pa;在海鲇路 4 层挡墙下方的竖向土压力值约为 750 k Pa;在海鲇路 3 层挡墙下方的竖向土压力值约为 500k Pa;在海鲇路 2 层挡墙下方的竖向土压力值约为 250 k Pa;在海鲇路 1 层挡墙下方的竖向土压力值约为 100 k Pa。

7、结论:
  本文应用 FLAC3D 对挡土墙进行了数值模拟分析[4],得到地表竖向位移云图和土中应力云图,对此进行分析。
得出结论如下:
1)通过地表竖向位移云图的分析,发现模拟结果为 7mm,其他土层沉降量从上向下位移大小依次递减;而网箱结构附近沉降则较小;
2)通过对土中应力云图的分析,由上往下看可发现挡墙的应力从 100k Pa 逐渐增大到 1 300k Pa。
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