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柔性绿化挡墙破坏机理及稳定性的建筑工程数值仿真

时间:2018-07-27 19:02来源:www.e-lunwen.com 作者:lgg 点击:
本文是一篇建筑工程论文,建筑工程,指通过对各类房屋建筑及其附属设施的建造和与其配套的线路、管道、设备的安装活动所形成的工程实体。其中“房屋建筑”指有顶盖、梁柱。
本文是一篇建筑工程论文,建筑工程,指通过对各类房屋建筑及其附属设施的建造和与其配套的线路、管道、设备的安装活动所形成的工程实体。其中“房屋建筑”指有顶盖、梁柱、墙壁、基础以及能够形成内部空间,满足人们生产、居住、学习、公共活动需要的工程。(以上内容来自百度百科)今天为大家推荐一篇建筑工程论文,供大家参考。
 
第1章 绪论
 
1.1 选题目的和意义
挡土墙是一类对山体边坡进行支护,增加土体稳定性的常见构筑物,大部分用来围护山坡土体和路基填土[1]。现如今,人们的环境保护和节约资源的意识较之从前有了较大提升,这也使得新型、绿色岩土支挡围护技术不断发展。基础工程在建设过程中会消耗很多资源,比如混凝土、石材、钢筋等,建设地区的自然环境也会遭受到不同程度的破坏。当代社会,无论是经济发展还是土木建设都遵循着“可持续发展”和“与自然和谐相处”的理念,柔性绿化挡土墙满足上述主流理念,应时而生。柔性挡土墙采用复合纤维拉结绳前后对拉纤维复合材料网,内侧附有土工布,内填土体或者建筑垃圾组成挡土墙,整体作用在待加固的边坡上,靠自身重力达到稳定。柔性绿化挡土墙联合了柔性复合纤维网和复合纤维拉结绳的技术优势,减少了钢筋混凝土的用量,解决建筑垃圾所带来的问题。柔性绿化挡土墙施工完成后,即可在墙体表面种植绿色植物,合理利用墙体资源,对挡土墙进行绿化。与传统的刚性挡土墙相比,柔性挡土墙具有施工工艺简单、工程施工周期短等优点;同时,采用新型复合柔性材料,能节约耗材,降低造价,更体现了“绿色建筑”理念。如今,柔性绿化挡土墙应用于多个施工项目(如图 1-1 所示),在工程界取得了良好的口碑[2]。但是该类挡土墙的力学理论相对匮乏,在柔性挡土墙设计时会因缺乏有效的理论依据而导致资源浪费或者挡土墙不稳定等问题。综上所述,本文主要对该类挡土墙进行了有限元数值分析研究,分析了该类挡土墙土压力、位移变形及其影响因素,以及极端情况下的破坏模式,为此类型挡土墙的大规模推广提供一定的技术支持。
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1.2 国内外研究现状
国外学者 Abdulaziz(1981)[3]检测和模拟了基坑开挖。根据检测与有限元模拟的结果,提出了将支护结构位移变形考虑在内的方法来计算带支撑的围护结构,与此同时,依据稳定计算,建立起位移与安全系数的关系。利用实际检测数据可得,地表最大沉陷量大致等于围护支挡结构的最大变位量。Hua 等(1987)[4]提出了一种关于柔性挡土结构的简化设计方法。该方法基础为假设墙后填土为砂性土,将锚杆所起到的作用简化为弹簧,同时,将 Bang 的中间土压力概念引入,随后建立起墙后填土、墙体、拉杆三者的力学平衡方程,从而求得支挡结构在平衡状态下的土压力值以及位移。王浩芬等(1987)[5]的时候,为研究入土抗力以及全部墙体内力受墙体位移变形的影响,把柔性挡土墙近似看成竖向的弹性地基梁,考虑墙后土压力的分布形式呈 R型,假设地基系数是墙后开挖面以下深度 X 函数的线性方程。同时,在开挖面以下取超载土压力,以上取主动土压力。徐日庆(2000)[6]将基坑开挖工程的特征考虑在内,并且依此建立了一套系统的土压力计算公式,这套公式兼顾了位移与时间效应的影响,其后,提出兼顾了开挖影响的土抗力计算式。据此修改了有限元计算程序中的土压力计算部分和参数反演部分。最后,在施工工程中进行了相应的计算和分析。学者陈开页等(2001)[7-8]通过指数函数来分析基坑柔性挡土墙上的土压力与墙体变位之间的关系,同时研究分析了土压力在非极限状态下的分布规律,还在改进的弹性地基梁法中进行应用,最终提出了一种方法来计算基坑柔性挡土墙的土压力。国外学者 Lesniewska 等(2002)[9]研究分析了开挖引起剪切带形成的规律,以库伦理论中的土楔体为研究模型,与此同时还要假设土体相应的属性参数具有空间效应、时间效应,并伴随着开挖的位移变形而发生变化。根据研究的一般规律以及基本研究模型,对悬臂板墙后土体中由于开挖作用而导致的三道剪切带位置进行了相对准确的预测。
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第2章 现有挡土墙及柔性绿化挡土墙的构造特点
 
2.1 挡土墙的基本组成
挡土墙是用来阻止边坡发生倾覆塌方的一种支挡围护的墙体结构[25]。它主要靠自重来维持其自身的安全稳定性,并加固无法达到自稳条件的坡体,阻止边坡土体失去稳定性而发生破坏或位移变形。与此同时,它还能够用来处理一些滑坡等与土相关的地质灾害。挡土墙各部分的名称如图 2-1 所示。墙背为挡土墙和墙后土体接触的一面;墙面为挡土墙的另一面;墙顶是挡土墙的顶部位置;墙底是它的底部和地基接触的部分;墙踵为墙背与墙底的交线部位,墙趾为墙面与墙底的交线部位。墙背倾角是竖直方向和墙背之间的夹角,常用 表示,实际施工工程中常用单位墙高与其水平长度之比来表示,也就是用1: n来定义。墙高是挡土墙墙顶到墙趾的高度[26]。
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2.2 现有挡土墙的相关分类及特征
 
2.2.1 挡土墙概述
按挡土墙所在的位置和其作用能够分为地震地区挡土墙、普通地区挡土墙、浸水地区挡土墙、用于整顿治理滑坡的抗滑挡土墙。按照不同的刚度和位移特征,能够划分为刚性挡土墙、临时支撑以及柔性挡土墙。根据其在道路路基上的部位划分为:(1)路堑式挡土墙该类型的挡土墙大部分用于嶙峋的山体以及地质不良的地区,能够起到缩小开挖量、降低边坡高度、阻止塌方滑坡等作用,如图 2-2(a)所示。(2)路堤式挡土墙该类型的挡土墙主要用来支挡路堤边坡,同时墙顶上部位置还有部分土体,它在比较陡峭的边坡路堤中应用广泛,当边坡受到周围建筑物的影响时,路堤式挡土墙能够固定坡脚,阻止陡峭边坡下滑,如图 2-2(b)所示。(3)路肩式挡土墙该类型的挡土墙的顶部位置与墙后填土齐平,它在较陡峭险峻的山坡上应用广泛,具有围护陡坡路堤防止其产生下滑、约束坡脚与提高路堤安全性能等用途,另外它对土地的使用面积相对较少,如图 2-2(c)所示。(4)山坡挡土墙山坡挡土墙大部分建立在山坡上,用来阻止边坡发生塌方泥石流等地质灾害,可依据坡体的实际情况,将其建立为数道来满足实际施工的需要,如图 2-2(d)所示。
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第 3 章 柔性绿化挡土墙数值仿真方法..........23
3.1 有限元法............. 23
3.2 ABAQUS 及其在边坡工程中的应用 ............... 24
3.3 柔性绿化挡土墙数值模拟分析方法..... 27
3.4 有限元模型的有效性验证......... 35
3.5 本章小结............. 36
第 4 章 柔性绿化挡土墙有限元结果分析......37
4.1 截面形式的影响............. 37
4.2 矩形截面形式下土体类型的影响......... 40
4.2.1 填土弹性模量的影响.......... 41
4.2.2 填土泊松比的影响.............. 45
4.3 矩形截面形式下墙体厚度的影响......... 50
4.4 矩形截面形式下墙高的影响..... 56
4.5 矩形截面形式下基础埋深的影响......... 61
4.6 本章小结............. 67
第 5 章 柔性绿化挡土墙的破坏形式研究......69
5.1 柔性绿化挡土墙外部破坏......... 69
5.2 柔性绿化挡土墙内部破坏......... 70
5.3 柔性绿化挡土墙局部破坏......... 70
5.4 柔性绿化挡土墙的破坏模式分析......... 71
5.5 柔性绿化挡土墙优化设计......... 72
5.6 本章小结............. 72
 
第5章 柔性绿化挡土墙的破坏形式研究
 
柔性绿化挡土墙的破坏模式主要有柔性纤维材料破坏、挡土墙整体倾覆破坏和失稳破坏等三种情况。柔性纤维材料破坏主要是材料承受拉力过大而被拉断,造成的破坏,另外,柔性纤维拉结绳的设计长度过低和差异位移变形也会造成破坏,该类型挡土墙的失稳破坏能够划分成整体破坏以及局部破坏。综合划分,柔性绿化挡土墙的破坏形式能够划分为外部破坏、内部破坏、局部破坏三种模式。
 
5.1 柔性绿化挡土墙外部破坏
(1)地基丧失承载功能若柔性绿化挡土墙的基础建立在软弱地基上,并且当软弱层在地基的埋深较浅,会因为地基承载力不足进而导致软弱层被挤出,对柔性材料绿化挡土墙下部造成压入性破坏,同时会有大量的竖向沉降。(2)该类型挡土墙发生整体倾覆、滑动破坏出现整体倾覆、滑动破坏的情况时,软弱层在地基的埋深较大。此时的柔性材料绿化挡土墙的破坏情况和边坡的破坏情况相似。
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结论
 
本文依据当前柔性绿化挡土墙的研究现状和工程实际的需要,以理论计算和处理实际工程问题作为出发点,利用有限元软件 ABAQUS 对柔性绿化挡土墙进行有限元分析主要得到以下结论:(1)本文重点介绍了柔性绿化挡土墙的构造特点,它利用柔性复合纤维材料组成的加强筋前后对拉复合纤维网,设置土工布于柔性复合纤维网内侧,内填土体组成挡土墙,整体作用在待加固的边坡上,靠自身重力达到稳定。主要特征为耐腐蚀性和耐久性好,自身稳定性较高,绿化效果好,整体可观性强,可在一定的工程实践中替代传统重力式挡土墙。(2)系统的介绍了有限元法的基本原理和 ABAQUS 的相关功能以及该软件在岩土边坡工程总的应用;验证了模拟的准确性,进一步确定了本文数值分析所选用的柔性绿化挡土墙的相关参数。(3)改变不同影响因素,得到规律如下:①矩形截面和梯形截面两种形式下的挡土墙土压力随高度变化的分布规律基本相同,矩形截面对应的柔性材料绿化挡土墙的土压力低于梯形截面,并且前者的水平位移变形控制效果高于后者。②在矩形截面形式下,水平位移最大值 U1MAX、竖位移最大值 U2MAX 随弹性模量 E 的变大而变小;并且随着弹性模量的增大,最大水平土压力增大的幅度变小。③在矩形截面形式下,泊松比的数值越大,最大位移越小,挡土墙的控制效果越有效;挡土墙的水平土压力对泊松比的变化比较敏感。④在矩形截面形式下,墙体厚度增大,最大水平土压力逐渐减小;竖直沉降和水平位移伴随厚度的增大而变小,另外,水平位移数值小于竖向沉降数值。⑤在矩形截面形式下,最大水平应力随墙高增加而增大,其位置基本在墙角附近;水平位移和竖向沉降随挡土墙高度增加而增大,水平位移和竖向沉降的最大值的出现位置不固定,随墙高变化而变化。
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参考文献(略)
(责任编辑:gufeng)
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