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        區(qū)域沉降影響因素分析和計算

        2017-11-21 06:02:20馮柯志
        綠色環(huán)保建材 2017年3期
        關(guān)鍵詞:土層土體水位

        馮柯志

        大連交通大學(xué)

        區(qū)域沉降影響因素分析和計算

        馮柯志

        大連交通大學(xué)

        區(qū)域沉降分析與預(yù)測對于沉降控制技術(shù)的發(fā)展來說是很重要的。通過搜集與課題研究相關(guān)的國內(nèi)外文獻(xiàn)資料去分析,了解了國內(nèi)外面對沉降控制這一難題時,知道該如何去更好地控制沉降,找到控制沉降最關(guān)鍵的影響因素是什么,有哪些比較可行的辦法可以適用于當(dāng)前遇到的工程問題。本文結(jié)合德大鐵路針對地區(qū)沉降特性,以及對鐵路工程的影響,考慮影響因素,結(jié)合數(shù)值計算方法對選取研究段,建立模型進(jìn)行模擬計算,對比不同因素條件下沉降最大值變化情況。

        區(qū)域地面沉降;沉降因素;流固耦合;數(shù)值模擬計算

        1 引言

        土體變形條件、應(yīng)力平衡條件和邊界條件十分的復(fù)雜時,并且偏微分方程的變系數(shù)由土體的非線性引起,求解比較困難。這時需要結(jié)合計算機(jī)和數(shù)學(xué)的數(shù)值分析,且土體參數(shù)關(guān)系確定,就可以求解較符合的值。目前比較常用是有限元法[1]。

        對于土體進(jìn)行有限元分析,需從總應(yīng)力和有效應(yīng)力去考慮,總應(yīng)力一般不考慮滲流固結(jié),通過土骨架和孔隙傳遞和承受應(yīng)力[2]需要同時考慮土骨架變形和孔隙水滲透,因此它比總應(yīng)力分析更合理更真實分析土體和計算其荷載響應(yīng),同時也具有復(fù)雜性。

        2 流固耦合模型建立分析

        本文采用的是基于摩爾-庫倫模型,結(jié)合FLAC3D程序進(jìn)行模擬材料在各種狀態(tài)下發(fā)生的力學(xué)行為[3],因為涉及到含水層的壓縮與不透水層的排水固結(jié)產(chǎn)生了抽水引起的地面沉降,分析問題的時間應(yīng)選擇在地面沉降己經(jīng)完全發(fā)生以后,因此大于釆取排水分析法,釆用先setfluid on mech off模式進(jìn)行滲流穩(wěn)態(tài)計算,再利用set fluid off mech on達(dá)到力學(xué)平衡[4]。

        土層中抽取地下水引起水位變化,然后去分析土體性質(zhì)和水位變化對區(qū)域沉降影響程度。依次將土層厚度設(shè)為變化因素,計算對區(qū)域沉降的影響。

        3 參數(shù)取值

        因抽取地下水導(dǎo)致含水土層發(fā)生沉降,根據(jù)資料選取抽水土層的半徑范圍為200m,設(shè)初始水位為0m,地層參數(shù)如下:

        表2 土層參數(shù)情況

        4 建立并劃分網(wǎng)格

        由地區(qū)的地下水特征,以抽水點為中心,建立邊長為300m的正方形區(qū)域,水平方向劃分15格,釆用變尺寸網(wǎng)格劃分,豎直方向1m劃分一個網(wǎng)格。對于本模型,定義地表邊界不約束,一側(cè)固定水平方向位移,與地面垂直方向固定,因抽水半徑為200m,需要固定200m以外區(qū)域孔隙定義為透水邊界,隨時流入流出三維網(wǎng)格的劃分。

        5 土層沉降模擬分析

        受土層厚度影響,可固定水位10m,分別在不同厚度下的土層進(jìn)行模擬分析區(qū)域沉降情況。

        由計算可看出,地下水的抽取產(chǎn)生的區(qū)域地面沉降,其最大值中心即井點中心,隨著離井點中心距離越大,沉降變化也在減小。

        圖2-5 最大值隨砂土厚度變化情況

        從分析得到的結(jié)果看出,在一種土層情況下,設(shè)水位不變,厚度對其沉降影響較大;當(dāng)厚度增加到10m,土層厚度與沉降值成正比,也就是在水位變化恒定情況下,當(dāng)土層超過15m后,區(qū)域沉降發(fā)展趨于穩(wěn)定,這是因為水位恒定孔壓對沉降影響受到限制。如果土層厚度較大,對區(qū)域沉降影響也會更小。

        6 結(jié)論及建議

        (1)根據(jù)德大線實際工程資料,設(shè)定不同沉降條件下,模擬分析計算沉降最大值,有利于分析沉降的影響因素,例如地下水抽取、土層性質(zhì)等。

        (2)結(jié)合對比分析的方法,設(shè)定同一個變量,另一個變量不同的條件下,找出沉降發(fā)生的規(guī)律。

        (3)隨著鐵路高速化的發(fā)展,考慮區(qū)域沉降的主要因素有哪些,有利于采取可行性措施進(jìn)行區(qū)域沉降的控制,保護(hù)軌道的平順性也減少了鐵路運營的維護(hù)成本。

        [1]陳育民,徐鼎平.FLAC/FLAC3D基礎(chǔ)與工程實例[M].北京:中國水利水電出版社,2009.

        [2]沈科.區(qū)域地面沉降對(京滬)高速鐵路:[碩士學(xué)位論文].成都:西南交通大學(xué),2013.

        [3]于麗鵬.基于FLAC3D模擬的土體彈性模量取值分析[J].水利與建筑工程學(xué)報,2014:62~166.

        [4]江偉.基于摩爾庫倫模型軟基沉降預(yù)測:[碩士學(xué)位論文].長沙:長沙理工大學(xué),2009.

        馮柯志(1991年01月13日),男,漢族,重慶,工學(xué)碩士,大連交通大學(xué),道路與鐵道工程

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