数值模拟分析在加筋挡土墙工程中的应用.pdf

《数值模拟分析在加筋挡土墙工程中的应用.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、2011年第10期煤炭工程施工技术数值模拟分析在加筋挡土墙工程中的应用12鲁红军，王辉(1.中国煤炭科工集团北京华宇工程有限公司，北京100120;2.阳泉煤业集团有限责任公司，山西阳泉045000)摘要:加筋挡土墙结构由于既存在着墙面土压力、筋带的拉力、填料与筋带间的摩擦力，也存在有筋带尾部后面填土所产生的侧压力及临空墙面外侧可能施加的荷载等，其作用机理目前尚没有统一的计算公式来表达。为此运用有限元数值模拟分析对加筋挡土墙的稳定状态进行研究具有积极的意义。关键词:加筋挡土墙;数值模拟;应力分布

2、;哈尔乌素露天煤矿+中图分类号:TU476.4文献标识码:B文章编号:1671－0959(2011)10-0043-03加筋挡土墙只有同时达到了内部稳定和外部稳定，才条件可知，产品仓基槽除需开挖一定深度外，在南、北侧能保证整个复合结构的稳定。目前由于加筋挡土墙的受力地表还要进行填方处理，如图1所示。为此在实际设计及机理比较复杂，尚无完善而统一的设计方法。文章运用数施工中采取了复合支护方案，即挖深段采用了土钉墙支护;值模拟的方法研究了加筋挡土墙结构体系中的填土、筋带填方段采用了加筋土挡墙，并同时制

3、定实施了详细的现场及加筋土中的应力分布变化规律，并使用实际工程中已掌监测工作。其中的加筋土挡墙就是文章所研究分析的对象。握的土钉墙支护现场监测数据及分析结果来检验数值模拟2数值模拟分析研究方法的可信程度。2.1数值模型建立1工程概况产品仓加筋挡土墙由于采用的设计参数完全相同，且哈尔乌素露天煤矿选煤厂产品仓是由一条地道和五个荷载沿其东西方向的分布相同，故为了提高计算效率，在落煤塔组成的条形槽仓，断面呈“V”字形，主体为地下使用有限元软件ABAQUS对加筋挡土墙进行数值模拟时，工程，埋深25.5m。

4、根据其建筑结构要求和现场实际地形仅取1单位延米的北立面加筋土墙进行分析。图1加筋挡土墙断面示意图模型如图2所示，加筋挡土墙坡脚为55°，填土高度为排、竖直方向设置上、中、下3层加筋材料;嵌入土体中6m，墙后填土的计算范围为50m，沿加筋土倾斜的临空面的筋带长度为30m，截面宽为30mm，厚度为2mm。由于在自下而上布置第1至第6层面板，每块面板宽度为1m，倾同一埋深筋带的受力规律是相同的，故在数值模拟中将模角同基坑倾角，竖直高度为1m。在每块面板水平设置2型中每单位延米的2条筋带进行均匀化处理，

5、表现在数值收稿日期:2011－07－12作者简介:鲁红军(1969－)，男，河南叶县人，高级工程师，中国煤炭科工集团北京华宇工程有限公司市场开发部副处长，从事工程设计管理工作。43施工技术煤炭工程2011年第10期模型中每块面板的水平方向上仅设置一排筋带，筋带的宽2度为30mm，而其厚度为4mm，截面面积为120mm。图3未加筋挡土墙中的Mises应力分布图图2模型示意图3其中，压实填土的密度取ρ=2000kg/m，填土的弹性模量E=70MPa，泊松比ν=0.3，采用Mohr－Coulomb塑性

6、模型计算土体的塑性变形，取摩擦角φ=30.7°，膨胀角Ψ=0°，不考虑土体的剪胀性，其屈服粘聚应力c=28.9kPa。面板和加筋材料均采用弹性模型进行计算，面板为混凝土3材料，取其密度ρ=2500kg/m，弹性模量E=30GPa，泊松比ν=0.2;筋带为塑料内包钢丝的柔性材料，取其密度ρ图4加筋挡土墙中的Mises应力分布图3=5000kg/m，弹性模量E=50MPa，泊松比ν=0.23。土体和面板均采用C3D20R单元，即3维实体20节点动土压力，将未加筋土体和加筋土体中的水平压力(即沿图缩减

7、积分单元。面板和土体之间设为摩擦的接触属性，其示1方向的应力)表示在图5中。由图5可知，加筋土中由中法向为“硬”接触，切向为罚函数的接触关系，摩擦系于筋带的存在，分担了部分外力，故加筋土体中的水平土数为0.3。考虑到实际填土墙中的加筋材料并不承受弯矩，压力较未加筋土体中的水平压力小。仅仅承受拉压应力，故在数值模拟中采用3维2节点杆单元T3D2模拟加筋材料，加筋材料通过Embedded命令嵌入到土体中，土体和筋带协调变形。筋带和面板为一个部件(part)，故筋带和面板的变形和应力都可以相互的传递。

8、本研究关注的重点为加筋填土墙中筋带在土体自重作用下，以及受到储煤仓中煤的水平压力作用后筋带的受力状态和挡土墙的安全状态。故在数值模拟中设置2个分析步，第一个分析步仅施加填土的自重，水平煤压在第二个分析步施加，其水平压力p按照公式p=k0γh计算，其中k0=0.5。图5填土中的水平应力分布图土体和面板的顶面为自由面;其在东西延米方向的宽度不变，即土体和面板前后面取位移边界条件，其在图示32.2.2筋带受力分布规律方向的位移为0;土体的倾斜面在第二个分析步受到水平煤当加筋挡土墙的墙后填土仅受重力作用