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地下连续墙有限单元法

342 2021-06-28 15:48:34

概 述

现在所用的地下连续墙的计算方法,大体上以各自独立的方式来处理设计上的各方面问题。如用极限理论求土压,用根据经验与实测数据所制定的假定土压分布图来计算支撑与锚杆的稳定;还根据经验的资料及弹性理论或压密理论来预测变形。

如果地下连续墙是复杂结构的重要部分的话,那就要参考以往对此类结构的经验,探求土与结构物相 互 作 用 的关系。

从地下连续墙的现代的设计方法来看,就知道以往使用的极限设计法是有缺陷的。

用极限理论分析,可以求出作用于挡土墙上的土的碱坏荷载,但不能预测此时的变形,也无法全面了解有关极限状态之前的情况。

技术人员设计地下连续墙时,不能断言传统的设计方法就是经济的。而且也不能肯定地说只有使用传统的设计方法所设计出来的挡土墙可以发挥充分的效能。

对于一些非传统的问题,以及在其他设计方法最为有效的领域里,极限设计法就未必有效。

由于有着这样的缺点,在极限理论不能完全适用的问题上就应该运用数值分析法来解决。

这种分析方法中有很多有希望的办法。其中的有限单元法得到非常大的发展,开始广泛地用以分析土与结构物的相互作用。在表12—1 中就列山了已发表的一些适用此法的课题。

在图12一9 (f)中表示一般的地下连续墙用有限单元法计算的土压,墙体位移以及力矩等。

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用有限单元法来分析模型化的地下墙所取得 的 最 大 好处,就是可以详细了解墙与地基所产生的应力与应变。

这是由于对实际的施工过程与土的复杂状态及活动情况

能按照现实阶段予以模拟的结果。

随着在地层深处,在超压密地层中建造结构物的技术的发展,开始认识到,对于了解土与结构物的相互作用,预知位移比土压更为重要。

当设计是由变形或位移控制时,对技术人员来说有限单元法是有力的手段。

作为一种预测技术,有限单元法可以用于以下情况, 

1.能考虑任意形状和变形方式的各种结构物; 

2. 有复杂施工假序的工程; 

3. 不均匀的土质条件; 

4∶分析渗透压;

5. 分析非线性的土以及土与建筑物的接触面的状态; 

6. 推算关丁形成极限状态前的上与建筑物的应力变化与变形。

此外,在想要用测试仪器监视施工封,可以使用这种方法确定危险范围及测试仪器使用的时机。还可以从理论上来辅助施工管理。

用这种方法可以对结构物的动态得到更为详细的计算结果,为施工提供有关资料。

根据科尔(Cole),勃兰特(Burland)及汪特(Wand)三人于1972年提出的报告,这种方法被用以监视地下墙的移动。

总之,可以说有限单元法可以推算出施工过程中所产生的预计不到的较大的移动。

有限单元法使用的局限性是在于有限单元法本身不能规定适当的结构动态,还不能确定模拟结构上的必要参数。换言之,如果能提供结构的约束条件和参数来作为初始条件。就可用有限单元法来表达任意的结构物了。

在土与结构物的相互.作用方面,尚有未能用有限单元法充分搞清楚的问间题。

模拟土与结构物的相互关系时,出现了另外一些困难问题。这些问题是模拟特殊的施工程序及以复杂数值来表示土的应力应变图形等。

有限单元法的理论根据正趋完善,对它的认识正日益加深。

其基本原理是按照刚性分析法求解超静定结构物。有关这种分析方法。在土木工程学的范畴内也正在被广泛地加以研究。

用有限单元法分析地下连续墙的例子王 (Wong )氏已于1971年作了报告。

其方法的应用,以及对地下连续墙的结构分析模型 的制作法,则由G.伐因(G.Wayne)及克劳 夫(Clotigh )两教授于1973年加以发展。同年Clnngh及休伊( Tsui)两人又发表了有限单元法研究地下连续墙的应用资料。

有关这些方法及资料叙述如下。 

问题的概念

在进行有限单元法分析之前,必须弄清楚问题的概念。为此。用程序方框图表示分析的每个阶段。然后把所有阶段的实际问题加以模型化。

如果决定了用以分析的假定,则准备作业即告完成。图12--10所示为代表性的程序方框图。

最初两个阶段是分析模型的代表性阶段, 必须将地层与.地下水的状态改变为理想化的断面图。

其次选择土与结构物及其接触面的动态模型。这些动态模型要用数学的表现形式(例如;弹性及弹塑性等)。给土与结构物的接触面及土本身的模型下个定义,是困难的事。

继之要选择适当的参数以表现出介质的性质, 并充分表现其不均勾性。那宋一平始就可以明确关于整个介质的初始应力状态了。对于超压密粘王及页岩—类的上,介质参数的选择往往是困难的。最后假定施工程序,划分单元,进行分析。

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