無(wú)錫市生態(tài)島沉降計(jì)算分析研究

孟怡凱 蔡其成 郝凌穎

摘 要：運(yùn)用大型有限元分析軟件ABAQUS，采用Mohr-Coulomb準(zhǔn)側(cè)作為土體的屈服準(zhǔn)側(cè)，模擬生態(tài)島模型進(jìn)行有限元分析計(jì)算，分析研究了在各種荷載作用下，生態(tài)島的沉降，對(duì)生態(tài)島的設(shè)計(jì)施工具有一定的參考作用。

關(guān)鍵詞：有限元 生態(tài)島模型 屈服準(zhǔn)側(cè)

1.工程概況

無(wú)錫市藕塘職教園區(qū)開(kāi)發(fā)建設(shè)有限公司擬新建生態(tài)休閑島工程。擬建場(chǎng)地位于無(wú)錫市惠山區(qū)藕塘鎮(zhèn)境內(nèi)，藕塘鎮(zhèn)中心小學(xué)西側(cè)、洋溪河南側(cè)在建顯山路兩側(cè)。擬建生態(tài)休閑島由景觀人工土坡、景觀人工湖、配套建筑、直駁岸、天橋、龍橋、棧橋、拱橋、西橋等幾部分組成。其中顯山路兩側(cè)土坡高約8.5～15.5m不等；顯山路兩側(cè)人工湖擬緩坡開(kāi)挖，湖底最深處標(biāo)高為-5.5m；配套建筑為單層，無(wú)地下室。

擬建場(chǎng)地以耕地、桃樹(shù)林（未遷移）及民房為主（部分已拆除），勘察期間測(cè)得場(chǎng)地北側(cè)洋溪河河道水面標(biāo)高1.81m。場(chǎng)地西部、北部魚(yú)塘大部分已填埋，東部J83孔附近水塘范圍較小，水面標(biāo)高約2.80m左右，水深約1m，淤泥厚約0.3m，對(duì)本工程影響不大。場(chǎng)地地面標(biāo)高一般3.5～4.2m左右，場(chǎng)地地貌形態(tài)較為單一，位于長(zhǎng)江三角洲沖湖積太湖水網(wǎng)平原區(qū)，地貌類(lèi)型屬古瀉湖堆積的水網(wǎng)平原。

2.地基土的物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)

本次勘察在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行了鉆探取樣、標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)、單橋靜力觸探測(cè)試。標(biāo)貫成果為擊數(shù)的算術(shù)平均值，靜力觸探Ps值按各孔分層厚度加權(quán)平均。

室內(nèi)土工剪切試驗(yàn)采用的是直剪快剪，提供抗剪強(qiáng)度C、Ф值為峰值強(qiáng)度。

各地基土層指標(biāo)經(jīng)綜合分析后進(jìn)行數(shù)理統(tǒng)計(jì)，并將各項(xiàng)指標(biāo)列表于“物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)統(tǒng)計(jì)表”、“土工試驗(yàn)成果報(bào)告表”、“分層土工試驗(yàn)成果報(bào)告表”、“綜合固結(jié)試驗(yàn)成果圖”、“工程地質(zhì)剖面圖”等。

各地基承載力特征值fa k按《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50007-2002）以抗剪強(qiáng)度C、Ф值計(jì)算，并結(jié)合土工試驗(yàn)成果、靜力觸探Ps值、標(biāo)貫擊數(shù)，以及無(wú)錫當(dāng)?shù)亟?jīng)驗(yàn)綜合考慮確定。各地基土層承載力見(jiàn)表1。

3.計(jì)算模型

本次數(shù)值模擬的生態(tài)島高堆土的頂面高程為14.5m，地面高程為3.2m，最高點(diǎn)處堆土高為11.3m。模型地基的長(zhǎng)度取為1050m，寬度取為480m。邊荷載主要考慮臨近生態(tài)島高堆土的兩座人工土坡和一個(gè)人工湖，人工土坡直接在相應(yīng)位置上施加等效的荷載，人工湖在相應(yīng)的位置挖除土方并考慮人工湖內(nèi)的水重和水壓力。模型地基左右及前后邊界為垂直于該面的鏈桿約束，底面為固接約束。土體為彈塑性材料，假定服從Mohr-Coulomb屈服準(zhǔn)則，由于土體自重產(chǎn)生的變形在施工前已基本完成，故計(jì)算中不計(jì)入地基土自重引起的應(yīng)變。土體材料根據(jù)地質(zhì)勘探報(bào)告中的相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行定義。由于模型結(jié)構(gòu)較不規(guī)則，為了有利于網(wǎng)格的劃分，采用四結(jié)點(diǎn)線性四面體單元。

生態(tài)島與地基三維有限元模型見(jiàn)圖1，生態(tài)島西南及西北側(cè)施加人工土坡荷載的范圍圖見(jiàn)圖2。

4.計(jì)算結(jié)果分析

按照上述計(jì)算模型和參數(shù)，對(duì)生態(tài)島高堆土進(jìn)行了空間有限元計(jì)算，主要對(duì)生態(tài)島高堆土地基的沉降進(jìn)行了分析研究，由此可以看出：生態(tài)島高堆土地面沉降分布不均勻，地面最大沉降值約為85cm，道路中間比道路兩側(cè)的高程高出約15cm左右，存在反拱現(xiàn)象。

5.結(jié)論

目前，較多大型工程都是由于沉降過(guò)大，特別是不均勻沉降過(guò)大引起的，因此，合理控制沉降量十分重要。運(yùn)用大型有限元分析軟件ABAQUS軟件模擬生態(tài)島模型進(jìn)行有限元分析計(jì)算，對(duì)生態(tài)島基礎(chǔ)進(jìn)行了三維非線性有限元應(yīng)變分析。計(jì)算結(jié)果表明，生態(tài)島高堆土地面沉降分布不均勻，地面最大沉降值約為85cm，道路中間比道路兩側(cè)的高程高出約15cm左右，存在反拱現(xiàn)象。本次沉降計(jì)算反映出了生態(tài)島各部位的沉降量，將對(duì)生態(tài)島的設(shè)計(jì)施工具有一定的參考作用。

參考文獻(xiàn)：

[1]水利部水利水電規(guī)劃設(shè)計(jì)總院.堤防工程設(shè)計(jì)規(guī)范（GB50286-98） [S].中國(guó)計(jì)劃出版社，，1998.

[2]江蘇省水利勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院.水閘設(shè)計(jì)規(guī)范（SL265-2001） [S].中國(guó)水利水電出版社，2001.

[3]上?，F(xiàn)代建筑設(shè)計(jì)（集團(tuán)）有限公司.上海市地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范（DGJ08-11-2010）[S].上海，2010.

[4]盧廷浩.土力學(xué)[M].河海大學(xué)出版社，2005： P267-P270.

[5]王巖松，張宏斌.地基承載力計(jì)算理論發(fā)展與應(yīng)用[J].長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2005（26）： 169-172.

[6]賈曉青，張慧.軟土地基承載力計(jì)算及其影響因素分析[J].人民長(zhǎng)江，2008（39）： 109-111.