扶壁式擋墻抗采動(dòng)變形性能優(yōu)化研究

吳振 張春麗

摘 要：本文應(yīng)用ANSYS 有限元分析軟件，通過(guò)對(duì)采動(dòng)區(qū)扶壁式擋墻采用數(shù)值模擬計(jì)算得出了合適的豎板厚度、底板厚度、擋墻長(zhǎng)度和扶板間距，為扶壁式擋墻的設(shè)計(jì)提供有效的依據(jù)。

關(guān)鍵詞：采動(dòng)區(qū);扶壁式擋墻;數(shù)值模擬;優(yōu)化研究

中圖分類(lèi)號(hào)：U417.1? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1006—7973（2019）08-0108-02

1引言

近幾年來(lái)，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)建設(shè)的發(fā)展，道路建設(shè)越來(lái)越多，然而由于我國(guó)礦產(chǎn)資源豐富，在這些資源被開(kāi)采所造成的地表變形會(huì)對(duì)道路造成影響。目前對(duì)于扶壁式擋土墻的研究，主要集中在傳統(tǒng)高填方邊坡上，對(duì)于采動(dòng)區(qū)高填方邊坡支擋研究較少。本文利用ANSYS有限元軟件，通過(guò)建立三維模型，對(duì)扶壁式擋墻結(jié)構(gòu)在采動(dòng)狀態(tài)下進(jìn)行研究，得出擋墻豎板厚度、底板厚度、擋墻長(zhǎng)度和扶板間距變化時(shí)擋墻的最大主應(yīng)力變化規(guī)律，為扶壁式擋墻的設(shè)計(jì)提供有效的依據(jù)。

2有限元計(jì)算模型的建立

2.1 基本假設(shè)

（1）采用三角函數(shù)法施加在模型的底邊界上用以模擬采動(dòng)影響下的地基不均勻沉降。

（2）不考慮孔隙水壓力的影響。

（3）為簡(jiǎn)化模型計(jì)算，地基土為一種土體，土體為均質(zhì)各向同材料。

2.2 計(jì)算模型

ANSYS所建模型包括擋土墻、土體等主要部件。根據(jù)扶壁式擋墻的設(shè)計(jì)特點(diǎn)和工程條件，單段擋墻高度為10m，墻趾寬2m，墻踵寬度4m，擋墻豎板厚度，底板厚度，擋墻長(zhǎng)度和扶板間距為變化值。擋墻下兩側(cè)土體長(zhǎng)度各取40m，擋墻下土體高度20m。如圖1所示。

2.3 計(jì)算參數(shù)

本模型材料計(jì)算參數(shù)見(jiàn)表1。

3 計(jì)算結(jié)果與分析

為消除先期固結(jié)應(yīng)力的影響，使用先導(dǎo)出初應(yīng)力，再將其導(dǎo)入的方法。在考慮重力作用的情況下，可以保證所建模型的尺寸和初始應(yīng)力狀態(tài)與實(shí)際情況相符。運(yùn)用數(shù)值模擬方法，分別研究擋墻豎板厚度，底板厚度，擋墻長(zhǎng)度和扶板間距變化時(shí)擋墻的最大主拉應(yīng)力變化規(guī)律，從而得到擋墻的最優(yōu)化結(jié)構(gòu)數(shù)值。主要分成四個(gè)部分：

（1）圖2擋墻高度和長(zhǎng)度一定，擋墻豎板厚度變化的情況，豎板厚高比b/H分別取0.04～0.1。

（2）圖3擋墻高度和長(zhǎng)度一定，擋墻底板厚度變化的情況，底板厚度h分別取0.4～1.0。

（3）圖4擋墻厚度一定，擋墻長(zhǎng)度變化的情況，長(zhǎng)高比L/H為0.7～1.3。

（4）圖5擋墻厚度和長(zhǎng)度一定，擋墻扶板間距變化的情況，扶板間距D與擋墻長(zhǎng)度比值D/L分別取0.1～0.7。

由圖2可以看出，擋墻高度和擋墻長(zhǎng)度等不變的情況下，當(dāng)調(diào)節(jié)豎板厚度時(shí)，最大主拉應(yīng)力分布曲線呈先減小后增大的趨勢(shì)，扶壁式擋墻在豎板厚度b為0.7m時(shí)，主拉應(yīng)力最小且在結(jié)構(gòu)等效最大拉應(yīng)力范圍內(nèi)。

由圖3可以看出，擋墻高度和擋墻長(zhǎng)度等不變的情況下，當(dāng)調(diào)節(jié)底板厚度h時(shí)，最大主拉應(yīng)力分布曲線呈先減小后增大的趨勢(shì)，扶壁式擋墻在h為0.8m時(shí)，主拉應(yīng)力最小且在結(jié)構(gòu)等效最大拉應(yīng)力范圍內(nèi)。

由圖4可以看出，擋墻高度和厚度等不變的情況下，當(dāng)調(diào)節(jié)擋墻長(zhǎng)度時(shí)，最大主拉應(yīng)力分布曲線呈先減小后增大的趨勢(shì)，扶壁式擋墻在擋墻長(zhǎng)度L為10m時(shí)，主拉應(yīng)力最小且在結(jié)構(gòu)等效最大拉應(yīng)力范圍內(nèi)。

由圖5可以看出，擋墻豎板以及底板厚度和擋墻長(zhǎng)度等不變的情況下，當(dāng)調(diào)節(jié)扶板間距時(shí)，最大主拉應(yīng)力分布曲線呈先增大再減小后增大的趨勢(shì)，扶壁式擋墻在扶板間距D為3m時(shí)，主拉應(yīng)力最小且在結(jié)構(gòu)等效最大拉應(yīng)力范圍內(nèi)。

4 結(jié)論

本文應(yīng)用有限元數(shù)值模擬及其理論分析等方法，對(duì)采動(dòng)區(qū)扶壁式擋墻抗變形結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究，得出以下主要結(jié)論：

（1）在負(fù)曲率變形作用時(shí)，扶壁式擋墻在豎板厚高比b/H為0.07時(shí)，主拉應(yīng)力最小且在結(jié)構(gòu)等效最大拉應(yīng)力范圍內(nèi)。

（2）在負(fù)曲率變形作用時(shí)，扶壁式擋墻在底板厚度h為0.8m時(shí)，主拉應(yīng)力最小且在結(jié)構(gòu)等效最大拉應(yīng)力范圍內(nèi)。

（3）在負(fù)曲率變形作用時(shí)，扶壁式擋墻在擋墻長(zhǎng)高比L/H為1.0，D/L為0.3時(shí)，主拉應(yīng)力最小且在結(jié)構(gòu)等效最大拉應(yīng)力范圍內(nèi)。

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