挡土墙施工过程中的有限元研究

挡土墙施工过程中的有限元研究
摘要:文章借助有限元方法对挡土墙的场地土应力进行了研究,通过对边界条件真是的模拟,提取除了开挖过程中的位移变形、各种应力云图等指标,为结构设计和施工管理提供了依据。

关键词:场地;有限元;地应力场;挡土墙
地应力场对地质构造研究,对震源、矿藏和地下水分布的研究,以及对工程开挖和地下建筑等均有重要意义。

有限元分析的基本概念是用较简单的问题代替复杂问题后再求解。

它将求解域看成是由许多称为有限元的小的互连子域组成,对每一单元假定一个合适的近似解,然后推导求解这个域[1]总的满足条件,从而得到问题的解。

这个解不是准确解,而是近似解,因为实际问题被较简单的问题所代替。

由于大多数实际问题难以得到准确解,而有限元不仅计算精度高,而且能适应各种复杂形状,因而成为行之有效的工程分析手段。

1有限元法的应用
①建立模型。

文章以工程中常见的挡土墙施工[2]为模拟对象,地质条件选用模拟单元Plane82,它二维8节点实体,PLANE82是PLANE42的高阶单元,采用3次插值函数。

它为自动网格划分提供了更精确的求解结果,并能承受不规则形状而不会产生任何精度上的损失。

建立模型具体如图1所示。

②边界条件。

对左端施加横向固定约束;对底部施加横、纵向固定约束用以保证底部嵌固与承载力较高的地基土上;对场地施加Gravity=10,具体如图2所示。

③位移变形。

运用迭代法进行迭代求解,提取出变形图。

在图3中可以看到:虚线为原场地土,实体为在初始应力场作用下的变形后的场地土。

通过变形前后对比,场地土在初始应力场作用下向下产生位移,体积减少,密度增大,上侧产生的变形最为明显。

④应力云图。

提取出的各种应力云图[3]如下所示。

通过云图可以清晰总结出应力变化的趋势:底部应力最大,随着高度的减少,应力渐渐减少直至接近于零。

这一规律通过云图直观的获得,节约了成本和时间,为结构设计找出了受力薄弱部位和施工过程中的安全提供了有力保证。

3 结语
有限元方法模拟初始地应力场的作用其计算结果与实际工程能较好的吻合,可以代替部分试验研究,节约成本,明确工程设计、施工中的薄弱环节。

这些优势都将为今后的工程建设提供理论依据。

参考文献:
[1]Tianhu He,Mingzhi Guan.Finite Element Method to aGeneralized Thermoelastic Coupled Problem for a Strip,Proceedings of Second International Conference onModeling and Simulation[J].Manchseter,England,UK,2009,(2):229-234.
[2]李绍辉.关于挡土墙设计的探讨[J].江西建材,2002,(4): 63-64.
[3] 李自国.中铝矿业有限公司雷沟矿区开采对地表影响的数值分析[J].轻金属,2009,8(1):5-8.。