复合地基力学参数

复合地基力学参数确定

1工程概况

略

2工程地质条件

2.1基础物理力学指标

表 1 下庄倒虹吸各类岩土主要物理力学参数建议值表

2.2气温

工程区四季变化不明显，冬无严寒，夏无酷暑，常年平均气温14.7℃，1月平均气温8.1℃，7月平均气温19.7℃。冬春恒温，夏秋多雨，干湿季分明。

2.3地基处理方式

倒虹吸管槽基础为淤积质土、泥炭土、草煤层时采用水泥土搅拌桩进行处理，桩径D=0.7m的，桩距2.2m，桩长15m，处理范围长252m。

管槽基础为饱和粉土及饱和粉细砂层，经液化判别，存在地震液化问题的，选择振冲碎石桩进行基础处理，处理范围长1371m。振冲碎石桩布置采用正三角形布置，桩径1m，桩距1.6m，桩长5m～13m，桩底部进入非液化土层1m。

2.4倒虹吸回填设计

混凝土管两侧土回填应遵守从下而上逐层分区控制的原则。其回填从下到上可分为：管身下部回填区（Ⅰ区）、上部回填区（Ⅱ区）、管顶回填区（Ⅲ区）、顶部回填区（Ⅳ区），见图1。

图 1 回填分区图

2.5模型中各部分力学参数

2.5.1 各类岩土主要力学指标

本分析中各类岩土包括复合地基均采用莫尔库伦材料模型，结合任务书所提供材料参数建议值（表2），并参考《地质勘查报告》及

《土力学地基基础》（第5版）有关数据，最终确定各类土材料参数如表3所示。

表 2 下庄倒虹吸各类岩土主要物理力学参数建议值表

表3 本分析各类岩土主要力学指标

土名 重度

（kg/m ³） 弹性模量（MPa ） 泊松比 内聚力c （kPa ） 内摩擦角Φ （°）

粉砂类 2000 40 0.22 22.5 13 粉质黏土类 1900 20 0.30 18.4 16 粘土

2000 30 0.35 23.9 14 中细砂 2000 75 0.20 0 27.5 回填土 1850 30 0.30 8 28 泥炭

1700 15 0.1 6 7 粉砂质泥岩 2000 50 0.35 30 16 淤泥质粘土

1800

10

0.35

4

6

2.5.2 复合地基力学指标的确定

根据Priebe （1978）所提出的复合地基sp C 、sp ϕ分析方法，其计算公式为

tan tan (1)tan sp p s ϕωϕωϕ=+-

(1)sp s C C ω=-

p m ωμ=

1(1)p n

m n μ=

+-

式中：sp C 、sp ϕ-----分别为复合地基粘聚力及内摩擦角；

s C 、s ϕ -----分别为原地基土粘聚力及内摩擦角；

p ϕ-----碎石桩内摩擦角；

m -----桩土面积置换率；

n -----桩土应力比，可取3~5，原土强度低取大

值，强度高取小值。

表4 桩土应力比参考值

桩间土类型 应力比n 沙土、粉土 2-3 填土

3-5 软塑粘性土 3-6

2

2

e

d m d =

d -----桩身平均直径;

e d -----一根桩分担的处理地基面积的等效圆直径; S -----桩间距。

对于等边三角形布置

1.05e d S =

又依据《建筑地基处理技术规范》（JGJ79-2002）得

[]1(1)sp s E m n E =+-

式中：sp E -----复合地基压缩模量；

s E -----原地基压缩模量。

根据计算所得复合地基力学指标如表5所示

表5 **断面复合地基力学指标

2.5.3 倒虹吸管体及垫层材料参数

钢筋混凝土有限元分析模型主要有三种方式：组合式、分离式和整体式。

组合式有限元模型已经包含了钢筋和混凝土两种材料，在推导单 元刚度矩阵时，采用统一的位移函数，但是考虑了不同的材料特性，同时计算单元刚度矩阵，单元刚度中包含了混凝土和钢筋两种材料对单元刚度矩阵的贡献。该模型的特点是单元数量少，但对于单元中钢筋布置不规则时，单元刚度的计算很麻烦。

分离式有限元模型把混凝土和钢筋作为不同的单元来处理，即混凝土和钢筋各自被划分为足够小的单元。在平面问题中，混凝土可划分为三角形或四边形单元，钢筋也可分为三角形或四边形单元。考虑到钢筋是一种细长材料，故可忽略其横向抗剪强度，即把它当作线性

单元来处理。该模型的特点是混凝土单元刚度矩阵

和钢筋单元刚度矩阵是分别计算的，然后统一集成到整体刚度矩阵。必要时可以在钢筋和混凝土之间嵌入粘结单元，但是当配筋量很大且不规则时，划分单元的数量很大。

整体式有限元模型是将钢筋弥散于整个单元中，将加筋混凝土视为连续均匀材料，求出的是一个统一的刚度矩阵。该方法优点是单元划分少，计算量小，可适应复杂配筋的情况；缺点是不适用于钢筋分布较不均匀的区域、不易得到钢筋内力心，且不能计算钢筋与混凝土之间的粘结应力。

由于倒虹吸管道是钢筋混凝土材料，本分析中倒虹吸管体及垫层采用整体式模型，即认为钢筋材料是均匀分布在整个混凝土材料中，并把钢筋混凝土材料视为均匀连续的材料。利用刚度等效原则来计算

钢筋混凝土的折算弹性模量。使用的经验公式如下：

【1】 1S C R C C E E E E E μ⎛⎫

-=+ ⎪⎝⎭

R E -----钢筋混凝土的折算弹性模量；

C E -----混凝土的弹性模量；

S E -----钢筋的弹性模量；

μ-----配筋率。

本项目倒虹吸管身混凝土等级C30，混凝土抗渗等级W6，轴心抗压强度标准值f ck =20.1MPa ，设计值fc=14.3MPa ，混凝土轴心抗拉强度标准值ftk=2.01MPa ，弹性模量Ec=3.0×104 MPa ，泊松比μ