吳振 張春麗

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

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

中圖分類號：U417.1? ? ? ? ? ? 文獻標(biāo)識碼：A? ? ? ? ? ? 文章編號：1006—7973（2019）08-0108-02

1引言

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

2有限元計算模型的建立

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）為簡化模型計算，地基土為一種土體，土體為均質(zhì)各向同材料。

2.2 計算模型

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)計特點和工程條件，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，擋墻長度和扶板間距為變化值。擋墻下兩側(cè)土體長度各取40m，擋墻下土體高度20m。如圖1所示。

2.3 計算參數(shù)

本模型材料計算參數(shù)見表1。

3 計算結(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)與實際情況相符。運用數(shù)值模擬方法，分別研究擋墻豎板厚度，底板厚度，擋墻長度和扶板間距變化時擋墻的最大主拉應(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。主要分成四個部分：

（1）圖2擋墻高度和長度一定，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，擋墻長度變化的情況，長高比L/H為0.7～1.3。

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

由圖2可以看出，擋墻高度和擋墻長度等不變的情況下，當(dāng)調(diào)節(jié)豎板厚度時，最大主拉應(yīng)力分布曲線呈先減小后增大的趨勢，扶壁式擋墻在豎板厚度b為0.7m時，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，擋墻高度和擋墻長度等不變的情況下，當(dāng)調(diào)節(jié)底板厚度h時，最大主拉應(yīng)力分布曲線呈先減小后增大的趨勢，扶壁式擋墻在h為0.8m時，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)擋墻長度時，最大主拉應(yīng)力分布曲線呈先減小后增大的趨勢，扶壁式擋墻在擋墻長度L為10m時，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度等不變的情況下，當(dāng)調(diào)節(jié)扶板間距時，最大主拉應(yīng)力分布曲線呈先增大再減小后增大的趨勢，扶壁式擋墻在扶板間距D為3m時，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，對采動區(qū)扶壁式擋墻抗變形結(jié)構(gòu)進行研究，得出以下主要結(jié)論：

（1）在負(fù)曲率變形作用時，扶壁式擋墻在豎板厚高比b/H為0.07時，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，扶壁式擋墻在底板厚度h為0.8m時，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，扶壁式擋墻在擋墻長高比L/H為1.0，D/L為0.3時，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)。

參考文獻：

[1] 柏永生.采動區(qū)雙面加筋土擋墻力學(xué)特性研究[D]. 江蘇徐州，中國礦業(yè)大學(xué)，2008.

[2] 陳桂林. 樁承扶壁式擋墻在深厚填土地基中的應(yīng)用[J]. 福建建設(shè)科技， 2009，6：15-17.

[3] 李永樹，韓麗萍.采動沉陷對建筑物的破壞作用[J]. 河北煤炭建筑工程學(xué)院學(xué)報， 2004，2：48-51.

[4] 煤炭科學(xué)研究總院唐山分院.抗變形結(jié)構(gòu)理論計算方法[J]. 1993： 24～40

[5] 馬石城，鄒銀生，王貽蓀. 不同土壓力下懸扶壁式擋土墻抗傾覆穩(wěn)定比較[J]. 建筑科學(xué)，2006，16（6）：117-121.