葛正枝， 彭 濤，羅云洪

(貴州省地礦局113地質(zhì)大隊(duì)，貴州 六盤水 553001)

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ANSYS對(duì)貴州六盤水地區(qū)軟質(zhì)巖地基承載力分析

葛正枝， 彭 濤，羅云洪

(貴州省地礦局113地質(zhì)大隊(duì)，貴州 六盤水 553001)

通過有限元分析法對(duì)貴州六盤水石炭系泥巖進(jìn)行應(yīng)力與變形分析，深入認(rèn)識(shí)地質(zhì)原型，對(duì)其巖基極限承載力進(jìn)行了數(shù)值模擬，得出P-S曲線圖；通過P-S曲線圖，得到當(dāng)?shù)氐哪鄮r極限荷載為3 600 kPa。

有限元分析法；極限荷載；泥巖

1 有限元法概述

有限元分析法把工程巖體作為不間斷地力學(xué)介質(zhì)，通過建立平面基本問題的假設(shè)進(jìn)行離散，建立模型[1-2]，對(duì)工程問題進(jìn)行應(yīng)力與變形分析。

針對(duì)貴州六盤水地區(qū)的特殊環(huán)境，通過對(duì)泥巖的承載力進(jìn)行有限分析和對(duì)石炭系泥巖力學(xué)參數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，最終得出綜合值以及彈性模量與泊松比對(duì)極限承載力的影響，同時(shí)得到本地區(qū)石炭系泥巖的粘聚C與摩擦角φ的綜合參數(shù)[3]。此軟件能抽象的給出地質(zhì)模型，假設(shè)平面基本地質(zhì)體，進(jìn)行平面應(yīng)力和應(yīng)變問題的分析。計(jì)算步驟如下。

1) 離散化

根據(jù)連續(xù)體的形狀選擇能描述連續(xù)體的單元，常見的單元有：矩形、五邊形、六邊形、正方形等多邊形單元體；其次，對(duì)不同形狀進(jìn)行單元?jiǎng)澐郑瑢⑷繂卧w和各節(jié)點(diǎn)按一定的順序編號(hào)。

2) 單元分析

建立各節(jié)點(diǎn)力和各節(jié)點(diǎn)位移之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系。

3) 整體分析

是對(duì)各個(gè)單元組成的整體進(jìn)行分析，建立起一個(gè)線性方程組，來揭示節(jié)點(diǎn)外荷載與節(jié)點(diǎn)位移的關(guān)系，求解出節(jié)點(diǎn)位移。

2 巖基載荷試驗(yàn)?zāi)M

例算：本計(jì)算方法是用3 m×3 m的巖體單元模型應(yīng)用有限元分析并建立單元屬性模擬，根據(jù)六盤水地區(qū)石炭系泥巖的巖石力學(xué)參數(shù)建立彈塑性模型、數(shù)值計(jì)算模型并對(duì)單元走向長、傾向長進(jìn)行確定。

根據(jù)六盤水地區(qū)石炭系泥巖的試驗(yàn)測(cè)試得到的巖石力學(xué)參數(shù)進(jìn)行模型，承壓板直徑0.3 m。參數(shù)見表1。

表1 泥巖的物理力學(xué)指標(biāo)

幾何模型及網(wǎng)格劃分見圖1。

圖1 幾何模型和網(wǎng)格劃分

分級(jí)加載：取基本風(fēng)壓0.7 kN/m3,上部恒荷載0.2 kN/m3，施加荷載效應(yīng)控制的荷載力為：400 kPa，直到土體破壞。圖2模擬顯示泥巖所受不同荷載下的巖體變形。模擬得到的荷載與沉降量的關(guān)系見圖3。

圖2 不同荷載下的巖體變形模擬結(jié)果

圖3 數(shù)值模擬最終的P-S曲線

從圖3可以看出：施加荷載增至3 800 kPa時(shí)，P-S曲線拐點(diǎn)明顯，說明以石炭系泥巖為地基持力層的土層快速加速破壞。通過以上數(shù)據(jù)和圖形我們最終得出：其前一級(jí)荷載3 600 kPa即為極限荷載。

3 結(jié) 語

用有限元分析軟件對(duì)六盤水石炭系泥巖進(jìn)行分析研究，對(duì)其巖基極限承載力進(jìn)行了數(shù)值模擬，得出P-S曲線圖，當(dāng)荷載加至到3 800 kPa時(shí)，泥巖土體遭到破壞，其前一級(jí)荷載3 600 kPa即為極限荷載。

[1] 何滿潮. 工程地質(zhì)數(shù)值法[M]. 北京: 科學(xué)出版社, 2006.

[2] 潘別桐, 黃潤秋. 工程地質(zhì)數(shù)值法[M]. 北京: 地質(zhì)出版社, 1994.

[3] 陳希哲. 土力學(xué)地基基礎(chǔ)[M]. 北京: 清華大學(xué)出版社, 2004.

ANSYSAnalysisofBearingCapacityofSoftRockFoundationinLiupanshuiArea

GE Zhengzhi, Peng Tao, Luo Yunhong

(The113GeologicalTeam,GuizhouBureauofExplorationandDevelopmentofGeologyandMineralResources,Liupanshui,Guizhou, 553001,China)

The stress and deformation of Carboniferous mudstone in Liupanshui is analyzed by finite element method. The geo-prototype is deeply understood and the ultimate bearing capacity of the rock base is numerically simulated. The PS curve is obtained and the local limit load of mudstone is 3 600 kPa.

Finite element analysis; Ultimate load; Mudstone

2016-07-27

葛正枝(1982-)，女，貴州黎平人，工程師，研究方向：水工環(huán)工作，手機(jī)：15885539709，E-mail：2228143148@qq.com.

TD315+.1

：Adoi：10.14101/j.cnki.issn.1002-4336.2016.04.002