真空预压加固吹填土地基的三维有限元分析,本论文可用于有限元分析论文范文参考下载，有限元分析相关论文写作参考研究。
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摘 要：通过疏浚吹填的方式进行大面积围海造陆是解决城市土地资源日益紧缺的有效途径.本文在真空联合覆水预压法加固处理疏浚吹填地基的实际工程基础上,根据抽真空期间现场实时观测的数据,结合三维Biot固结理论采用修正剑桥本构模型,使用ABAQUS软件进行三维有限元模拟计算,结果表明模拟计算结果与现场实测数据曲线拟合较好.
Abstract： It is an effective way to solve the increasingly scarce urban land resources by making a large area of land reclamation through dredging and filling. Based on the actual engineering of dredging and dredging foundation under vacuum combined with water preloading method, based on the real-time observation data of vacuum period, combined with three-dimensional Biot consolidation theory, the modified Cambridge constitutive model is used, and ABAQUS software is used to carry out three-dimensional FEM simulation. The results show that the simulation results are in good agreement with the measured data.
关键词：吹填土；真空预压；固结沉降
Key words： reclaimed soil；vacuum preloading；consolidation settlement
中图分类号：TU472.3+3 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2017）36-0126-03
0 引言
真空预压法因设备简单、操作方便、加固面积大、能源消耗少、加固效果好、预压时间短、无环境污染等显著优点,使做到在疏浚吹填围海造陆工程中做到到广泛的应用.在围海造陆过程中,将淤泥泥浆经水力吹填至天然地基上达到标高后形成吹填土地基,然后铺设砂垫层向地基中按一定间距施打竖直塑料排水板,吹填土地基中的超孔隙水压力在真空预压过程中快速消散[1],土体加速产生压缩固结[2],致使地基承载力做到以加强.
在目前的塑料排水板地基固结常规计算方法中,一般以单个塑料排水板或砂井地基转换为砂墙地基,考虑在真空预压施工过程中对周边土体产生的涂抹效应和井阻作用,将轴对称单井问题等效转换为平面应变砂墙间固结度的问题[3-4],依据太沙基固结理论或Biot固结理论求做到数值解法[5],如1989年,谢康和,曾国熙[6]推出考虑涂抹效应影响、井阻作用下的砂井地基解析解,并取做到了等应变条件下较为全面的解析理论.赵维炳等[7]通过研究平面应变条件下砂井地基双向渗流等应变固结理论解,做到出砂井地基平面应变情况和轴对称情况之间的等效公式.由于此种方法的计算复杂性及依于非严格的Biot固结理论,按固结度等效原则进行变换后,各点的几何位置不能和原型相对应,且只能較好地计算表面沉降,而对孔压、横向应变等计算结果并不理想,有限元法却可以有效地对整个地基固结变形进行真实的分析计算.
实际上真空预压作用下的排水板（竖井）地基属于三维固结问题,较为理想的做法是采用三维有限元进行计算,但若将塑料排水板或砂井视作实体单元进行划分,会致使单元体节点位移分量和孔压的未知量过多,分析计算规模太大,采用三维Biot固结理论对砂井地基进行分析有一定的限制性.目前对三维变形-渗流有限元计算的研究并不多见,如王旭升等[8]基于对称性原理和Biot固结理论,对三维渗流和二维变形的有限单元法进行了改良,将砂井地基有效合理地进行了三维剖分,做到到比较理想的方案,使PDSS模型能直接应用在呈正三角形布置的砂井中；董志良[3]等依于固结度等效的原则,建议考虑涂抹效应影响对土体渗透性存在的弱化效应并作相应的处理,从而减小工作量,构造三维有限元模型对真空覆水预压施工过程进行模拟分析；邓岳保,谢康和等[9]在经典Biot固结理论基础上引入Hansbo非达西定律,应用加权残数法推出三维有限元方程,且通过编写非达西渗流模块对有限元方程组进行求解.
本文将真空预压塑料排水板视为线弹性单元,考虑涂抹效应影响并采用修正剑桥本构模型,基于三维Biot固结理论,利用abaqus软件结合实际工程构建三维有限元模型进行模拟计算.
1 三维有限元模型建立
1.1 Biot三维固结有限元方程
基于三维Biot固结理论,对吹填土地基进行有限元分析.依据谢康和[10]推导的固结方程,考虑应力边界和流速边界条件,对三维Biot固结方程进行空间、时间离散后求做到Biot三维固结有限元方程：
■ k"k" T ■δβ等于RS（1）
[■]和[k"]分别由单元矩阵[■]和[k"]中的元素叠加而成
δ、β分别为位移和超静孔压值,{S}等于[k"]T{δt-Δt}.
1.2 修正剑桥模型
土体作为一种三相结构材料,具有比较强的非线性特征,而Duncan-Chang模型可以很好地反映应力与应变之间的非线性关系及土体的弹塑性变形,该模型对参数的变化情况积累了较为丰富的经验,在岩土工程非线性模型中Duncan-Chang模型成为具有代表性且应用比较广泛的本构模型[11-12].Duncan-Chang基于常规三轴试验由广义胡克定律和摩尔库伦准则推导出以切线弹性模量Et来表示增量胡克定律中的弹性模量的表达式[13]：
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