深厚覆盖层上水电站厂房沉降和地震动反应数值分析

发布时间：2017-09-24 00:29

  本文关键词：深厚覆盖层上水电站厂房沉降和地震动反应数值分析

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【摘要】：我国西藏区域的大部分水电工程还未正式拉开序幕,未来的开发重心将放在西藏高原的江河流域,目前西藏水电开发少之又少,与其他地区相比,这里依然是未开垦的圣地。但是西南地区特别是水资源比较丰富的金沙江、大渡河、澜沧江、怒江、雅砻江、雅鲁藏布江等覆盖层极其深厚,给水利开发和利用带来不利影响。深厚覆盖层处理问题已经成为水电站建设不可回避的关键性问题,本文应用ansys大型软件,利用软件内丰富的单元库以及岩土和岩石力学中的本构模型；研究了地基开挖再加载后变形模量的变化和取值；结合实验数据模拟桩-土之间接触问题,研究影响桩-土之间应力分布和桩顶沉降的因素,并将卸载-再加载模量和接触问题运用到西藏地区某工程实例中。重点研究该工程水电站厂房的地基处理措施：固结灌浆和摩擦桩,以及静动力作用下不同地基加固措施对基础沉降、厂房整体、桩基整体倾斜的影响,并进行了分析评价；不同荷载作用下的各个模型的厂房、基础和桩基的变形是本文研究的重要内容：(1)软弱土层严重影响水电站厂房稳定性,开挖是处理这类地基的常用措施,但开挖回弹对地基变形模量的影响不容忽视,本文选择卸载-再加载模量代替初始变形模量,并结合D-P屈服准则,进行数值分析。(2)设置摩擦桩是处理深厚覆盖层常用的方法之一,但桩-土之间的接触问题是比较棘手的难题,本文应用面-面接触单元模拟桩与桩周土体之间的接触,研究了影响桩-土之间相互作用的因素,得出结论：桩与土的物理参数极为重要,桩侧桩-土接触粘聚力增大,桩侧摩擦力增大,桩端压力减小；桩端桩-土接触粘聚力增大,桩侧摩擦力减小,桩端压力增大；短桩的桩长相对于桩径来说,对桩土之间摩擦力、端压力及结构沉降影响比较明显。(3)静动力工况下,固结灌浆以及设置摩擦桩可以减小厂房沉降和不均匀变形。运用变刚度设计理念：增强荷载集度高的区域的地基刚度,减小厂房整体差异沉降以及桩基整体倾斜度。比较地基整体均匀布桩和局部布桩的计算结果可知,局部布桩对减少差异沉降有更好的效果,而且能更大程度地减少人力和物力,缩减工期,符合工程建设经济适用原则。(4)运用谱分析方法计算了双向地震单独作用以及双向地震与水压力共同作用下的响应,分析不同地基加固措施的模型在不同工况下厂房结构沉降、桩基倾斜的差异。结果显示：加固地基可以增强结构的抗震性能,且摩擦桩比固结灌浆提高抗震性能的效果显著；均匀布桩和局部布桩下的结构抗震效果相差无几,说明单纯增加桩的数量并不能提高结构抗震性能,应根据厂房结构同时利用变刚度设计理念设计最合理的布桩形式。以上研究成果有利于正确应用地基变形模量、认知桩对桩周土的影响、增加水电站厂房的运行稳定性,同时也为以后结构桩基的变刚度设计提供参考。
【关键词】：深厚覆盖层 水电站厂房 卸载—再加载模量 接触单元 摩擦桩 沉降
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TV731;TV312
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-10
• 1 绪论10-16
• 1.1 研究背景及问题提出10-11
• 1.2 国内外研究现状11-14
• 1.2.1 卸载—再加载模量的研究现状11-13
• 1.2.2 接触单元在桩-土接触中研究现状13
• 1.2.3 深厚覆盖层上水工建筑物沉降和计算方法的研究现状13-14
• 1.3 本文主要内容14-16
• 2 水电站结构静力数值分析基本原理16-21
• 2.1 计算基本理论及ANSYS程序介绍16
• 2.2 岩土本构模型简介16-21
• 2.2.1 邓肯-张双曲线模型16-18
• 2.2.2 D-P屈服准则18-19
• 2.2.3 接触单元19-20
• 2.2.4 变刚度设计理念20-21
• 3 接触单元在桩土接触模拟中的运用21-31
• 3.1 模型选择21-22
• 3.1.1 土体与桩本构模型选择21
• 3.1.2 桩-土体系模型21-22
• 3.2 单桩与土体ANSYS计算模型22-24
• 3.2.1 土与桩的材料特性22-23
• 3.2.2 桩-土几何模型23-24
• 3.3 计算结果分析24-30
• 3.3.1 桩-土接触侧粘聚力的影响25-26
• 3.3.2 桩-土接触端粘聚力的影响26-27
• 3.3.3 桩径的影响27-28
• 3.3.4 桩长的影响28-30
• 3.4 本章小结30-31
• 4 砂砾石地基上水电站厂房沉降和回弹变形分析31-61
• 4.1 工程实例概述31-32
• 4.2 模型参数设置32-35
• 4.2.1 D-P准则参数32-33
• 4.2.2 卸载—再加载模量33-34
• 4.2.3 接触单元参数34-35
• 4.3 计算模型35-39
• 4.3.1 不同地基处理措施有限元模型35-39
• 4.4 地应力对沉降的影响39-43
• 4.5 完建工况下计算结果分析43-51
• 4.5.1 计算结果分析43-51
• 4.6 静水压力作用下计算结果分析51-59
• 4.6.1 计算结果与分析51-59
• 4.7 采用地基原始变形模量与卸载-再加载模量的计算结果比较59-60
• 4.8 本章小结60-61
• 5 不同地基处理方式下水电站厂房地震反应分析61-91
• 5.1 计算方法和计算模型61-62
• 5.1.1 计算方法61-62
• 5.1.2 地震计算模型62
• 5.2 计算结果与分析62-89
• 5.2.1 自振频率62-64
• 5.2.2 地震响应计算结果和分析64-89
• 5.3 本章小结89-91
• 6 结论与展望91-93
• 6.1 结论91-92
• 6.2 展望92-93
• 参考文献93-95
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况95-96
• 致谢96-97

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前3条

1 金宝宏,刘海峰,宋建夏,简政;采用三维等厚度接触单元对桩基沉降的研究[J];矿山压力与顶板管理;2005年02期

2 陈慧远;摩擦接触单元及其分析方法[J];水利学报;1985年04期

3 雷晓燕;三维接触问题新模型研究[J];土木工程学报;1996年03期

中国重要会议论文全文数据库 前1条

1 杨淑娜;李军;;浅谈地基对建筑物的破坏原因与控制措施[A];河南省土木建筑学会2010年学术研讨会论文集[C];2010年

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本文编号：908343