基于ABAQUS的红黏土地基排水固结沉降分析

第32卷第2期2015年2月长江科学院院报JournalofYangtzeRiverScientificResearchInstituteV01．32NO．2Feb．2015DOI：10．3969／j．issn．1001—5485．2015．02．021基于ABAQUS的红黏土地基排水固结沉降分析赵蕾，陈筠，邬忠虎，刘磊磊(1．贵州大学资源与环境工程学院，贵阳550025；2．中南大学地球科学与信息物理学院，长沙410083)摘要：针对红黏土地区地基排水固结过程的复杂性，对红黏土地基排水固结沉降进行数值分析。采用大型通用有限元分析软件ABAQUS／Standard中的固结计算模块Soils和自带的修正剑桥模型，以某铝厂的改造工程项目为算例，对红黏土地基中的沉降随时间的变化规律、孑L隙水压力消散规律、孔隙比随深度的非线性分布以及土体的有效应力增长进行了研究。研究表明：计算结果与土力学规律吻合，能准确反映红黏土地基固结沉降的实际情况，可为红黏土地基上的建(构)物改造工程地基处理和工程设计提供参考。关键词：红黏土地基；ABAQUS；修正剑桥模型；固结沉降；孔隙水压力中图分类号：TU446文献标志码：A文章编号：1001—5485(2015)02—0103—051研究背景20世纪修建的建(构)筑物部分以红黏土为地基，随着城镇化战略的实施，要不断通过对既有建(构)筑物的改造来提高其使用年限，实现可持续发展。为了使既有建(构)筑物改造工程在保证安全的同时，充分利用土体的固结沉降效应l1』，使设计更加经济合理，首要工作则是需要对红黏土地基固结沉降随时间发展的规律、孔隙水压力消散规律、孔隙比沿着深度分布的规律要有准确的认识。因此，红黏土地基固结沉降计算和沉降规律的研究对指导既有建筑物改造工程中的地基处理和工程设计有着重要的指导：意义。目前，红黏土地基沉降计算方法主要有3类：①理论计算法，如分层总和法、弹性理论公式法等，虽然地基沉降计算理论有了很大的改进，但是由于土性材料的复杂性和各向异性，计算过程中必须采用一些假设作为前提条件，通过理论公式所计算出来的沉降和实测值仍然存在一定差距。②对地基进行沉降观测，根据观测结果可以较准确地预测地基最终沉降量及工后沉降量以指导现场施工，这类方法有：Taylor法、双曲线法J、指数曲线法J、Asaoka法等J。由于这类方法需要现场监测数据，不但操作起来比较困难，而且对施工有一定妨碍，加之施工过程中的很多不确定性因素可能导致监测数据的不准确。③数值计算法，主要有差分法l、有限单元法、离散元法。其中，有限元法是目前运用最广泛的数值计算方法，其特点是适应性强，可以较全面地考虑土体的变形及其边界条件，能够方便地处理非均质、非线性、复杂边界条件。基于此，本文利用大型通用有限元软件ABAQUSl9强大的非线性分析能力，结合工程实例，对红黏土地基固结沉降进行数值分析“]2工程概况贵州某工厂车间为一层排架结构，高13．5m，属二类安全等级建筑物，对差异沉降中度敏感。基础埋置深度一1．5133，基础形式为条形基础。地貌为溶蚀残积地貌。场地土质的分布情况如下。植物层①：主要由褐黄、灰褐色耕植土组成，含植物根系，结构松散，层厚0．5～1．5m。红黏土②：褐黄色，硬塑状态，稍湿，层厚0．6～4．301TI，属中等偏低压缩性土。红黏土③：褐黄色，可塑状态，湿，层厚0．9～2．2in，属中等偏高压缩性土。红黏土④：褐黄色，软塑状态，湿，层厚1．0～3．5ITI，属高压缩性土。在地基正式加载前，土体在自重和表面均布荷载10kPa作用下完成固结，随后地基承受来自于建筑物施加的均布荷载140kPa，总载荷150kPa。为了便于数值分析，依据工程地质勘察报告，将地基影响深度内的主要地层物理力学参数列于表1。收稿日期：2013—10—11；修回日期：2013—11—10基金项目：贵州大学2014年研究生创新基金项目(研理工2014019)；贵州省地质灾害监测预警与决策支持平台建设项目(zl13278)作者简介：赵蕾(1990一)，女，贵州贵阳人，硕士研究生，从事岩土力学性质及其应用方面的研究工作，(电话)o851—83621869(电子信箱)361193254@qq．com。通讯作者：陈筠(1970一)，女，贵州贵阳人，副教授，硕士，主要从事区域稳定与岩体稳定、岩溶工程地质、地基与基础工程、边坡工程等方面的研究，(电话)0851—83621869(电子信箱)409272271@qq．COB。104长江科学院院报2015年3模型建立地基变形可简化为平面变形、空间渗流问题，因此，模型选取平面应变进行分析，本构模型选择修正剑桥模型。3．1修正剑桥模型剑桥模型假定的能量方程式为dWo=脾(其中，为塑性应变能)，其确定的屈服轨迹在P一9平面上是子弹头形的¨