沉降变形模式

沉降变形模式（共9篇）

沉降变形模式 篇1

高路堤的稳定直接表现为路基的沉降, 国内外学者[1,2]对路基沉降问题的研究重点之一就是高填方路堤沉降计算和预估方法。首先必须对填土的工程性质有充分的认识, 在此基础上, 对高路堤稳定与变形性状进行系统深入地研究, 才能建立不同形式高填方路堤沉降变形破坏机制及相应的计算与预测方法, 本文对沉降变形模式及成因机制两方面作了系统的阐述。

1 高填方路堤沉降变形模式

1) 填料压实度不足。

路基施工时, 天气太干燥, 局部路基填料粉碎不足, 致使路基压实度不均匀;暗埋式构造物处因构造物长

度限制使路基边缘不能超宽碾压, 致使路基边缘压实度不够;有些超车道与行车道拼接段不同步施工, 且拼接处理得不好;在路基施工中, 当路基施工到一定高度以后, 路基边缘土体往往存在压实度不足问题。这些情况都会导致路基发生不均匀沉降。由于压实度不足, 往往导致填方路基的不均匀沉降变形 (见图1) , 路基两侧出现纵向裂缝。

2) 地基中存在软弱土层。

软弱土层本身力学性能差, 在具有一定厚度的条件下, 在附加应力作用下, 会发生固结沉降、次固结沉降和侧向塑性挤出, 导致明显的沉降变形。

某高速公路A段和B段发生明显的不均匀沉降变形和破坏, 其地基中存在软弱土层, 其主要物理力学性能差, 填筑土路堤之下具有天然含水率高 (大于塑限, 接近液限) , 天然孔隙比大 (>1.0) , 压缩系数高 (>0.5 MPa-1, 属高压缩性土) , 抗剪强度低 (快剪:C<27 kPa, ϕ<58) , 承载力低 (标准值小于907 kPa) 等特点。非填筑区的地基软土, 其物理力学性能比填筑区的同类土更差, 这可能与填筑区的地基土经历了高速公路建设和运营中在外部荷载 (填筑体和车载) 作用下的压缩固结过程, 其性能有所改善有关。

一般来说, 土层的天然含水量越高、天然孔隙比越大, 则压缩系数越大、承载力越低, 则路基的沉降量和沉降差越大;抗剪强度和承载力越低, 则侧向塑性挤出甚至局部坍滑的可能性越大。

该段地基土体中软土层还具有厚度、埋深、填筑土高度和宽度都大的特点。在高速公路中央分隔带上, 除A段ZK10和B段ZK21, ZK22三个钻孔因位于原基岩裸露区未见软土层外, 其余钻孔的软土层的顶板埋深6.90 m～12.80 m, 底板埋深14.9 m～28.5 m, 厚度为5.5 m～17.60 m (一般都在8 m以上) 。软土层埋深较大, 但经计算, 均在压缩层深度范围以内 (从填筑土层底部算起) 。

比较这两段沉降量等值线图和淤泥质黏土等值线图, 可见, 淤泥质黏土厚度大的地方, 沉降量一般都比较大。

进一步的调查发现, 该两段路堤填筑区即是沟谷谷地所在区。这些部位在筑路前就是地势低洼、地面平坦、坡降较小、积水严重的地方, 当地人在这些地方种植水稻时都需要扁担或谷草垫在其上才能载人, 俗称"烂板田"。在路堤建设初期, 多采用碎块石堆填、碾压、局部夯填进行处治。路堤建成后就开始出现沉降变形和路基土挤出等现象。筑路后地表水只能从断面很小的涵洞向谷地下游排泄, 雨季必然排水更为不畅, 地下水则更难以自然排泄。近期的勘探发现, 路堤填土层之下的路基土层均位于地下水位之下, 处于软塑、局部流塑状态, 至今仍继续沉降变形。这说明, 地表水和地下水自然排泄困难, 地基土未能固结, 是地基土产生过强沉降和沉降差的重要原因 (见图2) 。

碳酸盐岩地区, 路基下有时分布有岩溶洼地或漏斗, 其中的沉积物松软, 在行车动载的作用下, 沉积物压实, 侧向流动和下陷, 造成路基沉陷, 如图3所示。在昆明—瑞丽公路K2415+800 m段有一处属这种类型。

3) 路基刚度差异显著。

很多情况下, 单从施工控制角度来说, 地基处理满足要求, 路堤压实度也能够满足设计要求, 在路基及地基均匀时, 路基沉降满足《公路路基设计规范》要求, 而且也不会导致路面开裂。但是, 如果沿路基纵向或横向路基综合刚度相差过大, 在路面动载等作用下, 也会引起明显的差异沉降, 导致路面裂缝。属于这种情况的有:桥头与路基交接处, 挖填交接处, 填土厚度明显变化处, 路基中埋设构筑物 (如涵洞) 处, 地基性质差别较大处。结构物刚度差异诱发的沉陷结构物的刚度不同是形成差异沉降的基本原因。桥台属刚性, 沉降量极小, 路基属柔性, 沉降量大, 刚柔之间必然存在沉降差。这是诱发桥头明显沉陷的客观原因。

2 高填方路堤失稳变形诱因

2.1 工程地质与地形

当路堤穿过沟谷时, 沟谷中心往往填土高度最大, 向两端逐渐降低, 在路堤横断面上, 往往迎水面填土高度小于背水面。这样也将由于填土高度不同而可能产生不均匀下沉, 使路堤纵断面方向路面中间低, 两头高, 横断面方向的路肩一侧高一侧低。原地基承载力差、土质天然密实度低, 加压时具有较大变形和可压缩性。一个平均高度为20.0 m的高路堤, 填土密度为2.20 g/cm3, 地表层单位应力为431 kPa。再加上车辆的换算荷载, 地表层的平均应力还要大一些, 这样就使原来那些认为是优良地基的部分也变为不良地基, 造成路基沉降。

2.2 水文与气候

如降雨量过大、洪水猛烈、干旱、冰冻、积雪或温差过大等, 都可能使路基填土 (土石混合料、填石) 中的细粒料流失, 产生不均匀下沉。路基和路面的第一大损坏因素, 是水的侵入和冲刷造成的损坏。我国大部分地区夏季、秋季暴雨集中、强度大, 对高填方路堤施工非常不利。因此在冬、春季形成的高填方路堤, 由于少雨、缺水难以保证最佳含水量, 难以达到压实要求, 土的孔隙大。等到路槽形成时, 又多在夏季和秋季, 必然要遭受强暴雨的冲刷损坏。即使是路面形成后, 当路面排水不善时, 雨水侵入路堤, 造成土路基浸水和软化, 局部下沉塌陷, 导致路面早期损坏。

2.3 路基填料自身原因

对于采用土石混填路堤, 因土石混合料中土石比的不同, 其工程性质相差甚远, 如果土石混合料中土石比例不合适, 将导致其强度降低, 压缩性增大, 在路基施工和运营期间产生较大的沉降变形。若土石混合料中混入了种植土、腐殖土或泥沼土等劣质土, 或土中含有未经打碎的大块土等, 由于这类土中有机物含量多、抗水性差、强度低等特性的作用, 路堤将出现塑性变形或沉陷破坏。生产土石混合料或填石的岩石性质不一、级配不匀或就地爆破堆积, 造成填料空隙率增大。这样, 在一定期限内 (例如经过一个雨季) 可能产生局部的明显下沉。

2.4 路基防护工程不同步和防护工程不完善

高填方路堤路槽形成的时候, 也是其最脆弱、最容易受暴雨毁坏的时候。对于填高5 m以上的路基, 施工期间一般至少要经过一次夏季暴雨冲刷过程, 而现在的高填方路堤一般施工方法均是超宽填筑, 再刷坡, 然后再防护, 加上填筑土质易被冲刷, 由于防护和路基施工的不同步, 造成土路堤暴露, 被暴雨冲刷。

3 结语

高填方路堤失稳变形的主要表现形式为路基不均匀沉降变形和边坡失稳, 其失稳变形特征可以归纳为以下几点:1) 路基填土压实度不足, 填土的先期固结压力小于自重应力, 填土将在自重作用下, 继续沉降, 直至先期固结压力等于自重应力。2) 地基土体中存在饱和软土层时, 由于渗透固结和次固结需要一个较长时间, 在公路通车后的一个较长时间内, 沉降会持续进行。地基由于处理不当会导致不均匀沉降, 引起路面病害。3) 路基刚度差异, 在车载等动态荷载下, 在路面结构内可能造成较大的附加不利应力, 导致路面破坏。刚度较小的路基也可能因车载作用发生明显沉降。4) 路基不均匀沉降的时空变化特征表明:一般沉降中心及附近处, 不均匀沉降持续发展, 沉降变形随时间的发展有三种类型, 即渐趋稳定型、等速发展型和加速型。

摘要：在大量调研的基础上, 综合考虑影响路基沉降的诸多因素, 归纳了高填方路堤沉降模式, 对这几种基本模式的特点进行了分析, 并且阐述了高填方路堤失稳变形诱因, 以达到指导实践的目的。

关键词：高填方路堤,沉降变形模式,失稳变形

参考文献

[1]栾茂田.关于岩土工程中若干基本力学问题的思考[J].大连理工大学学报, 1999, 39 (2) :309-317.

[2]龚晓南.21世纪岩土工程发展展望[J].岩土工程学报, 2000, 22 (2) :238-242.

[3]何益祥.路基沉降预测分析[J].山西建筑, 2008, 34 (4) :288-289.

沉降变形模式 篇2

考虑软粘土流变特性的高速公路路基沉降变形分析

本文对高速公路路基软粘土的变形规律进行了详细分析,在此基础上,结合高速公路工程实例,对影响路基稳定的沉降、侧向位移、工后沉降及土体稳定进行了分析,并对实测的`资料进行分析比较,从而阐述了软粘土地基进行变形分析时考虑土体流变性的必要性.

作 者：戴方宇 DAI Fangyu 作者单位：湖南双峰县青树坪建筑工程公司刊 名：中外建筑英文刊名：CHINESE AND OVERSEAS ARCHITECTURE年，卷(期)：“”(7)分类号：U416.01关键词：高速公路 软粘土 流变性 路基变形 软土路基

地面沉降变形破坏实例分析 篇3

关键词：地面沉降,地面裂缝,变形破坏形态,破坏分析

1 引言

从广义的地面沉降概念而言,地面沉降是在自然和人为因素作用下,由于地壳表面土体压缩而导致区域性地面标高降低的一种环境地质现象[1,2]。地表水下渗是较为常见的一种引起地面沉降的原因之一,其主要表现为土体遇水软化、静水压力、动水压力、土体容重增加等多个方面[3]。本文以某水库溢洪道下游出水渠左岸地面沉降变形破坏为例,通过调查沉降区工程地质及水文地质条件,研究了地面沉降的破坏形式,分析了产生地面沉降的原因。

2 工程概况

某水库在2010年汛期运行中,溢洪道下游出水渠左岸出现大面积地面沉降现象,并伴随有大面积地面裂缝,裂缝分布区域长约90.0m,宽约15.0m,裂缝最大宽度达0.70m,出现最大高约0.90m错台,挡土墙也出现宽约15~20cm的拉裂缝,地面明显向溢洪道侧倾斜,倾斜角度达15°,且局部出现坍塌现象,严重影响周围居民的正常生活和出行安全,一旦垮塌,将对水库行洪产生极大的影响。

场区地貌类型为中度切割低山和剥蚀-溶蚀丘陵,地形为南高北低。溢洪道岸坡较陡,一般1:0.2~1:0.4,局部近乎直立,溢洪道岸顶建有重力式挡土墙,距溢洪道岸边一般2.0~5.0m,墙体材料为浆砌块石,挡土墙高约7.0~8.0m,顶宽1.0m,墙体未设置泄水孔,挡土墙外侧建有两道扶壁,上部筑有高约1.5m的景观挡墙;沉降区上部为回填砾质土,填土以下地层为第四系坡洪积形成的砾质土、壤土和页岩层。回填土厚度不一,自西向东渐薄,西部最厚处6.0m,东部最薄处1.0m。

3 沉降区现状形态

该沉降区位于水库溢洪闸下游左岸,距溢洪闸90m。沉降、裂缝区沿溢洪道分布长度90m,垂直溢洪道分布宽度15m,沉降影响面积约1350m2。

沉降区有三个显著特点:一是大面积沉降、局部坍塌;二是地面产生纵(平行溢洪道方向)横(垂直溢洪道方向)向裂缝;三是挡土墙体出现拉裂缝(见图1)。

3.1 沉降变形

沉降区北部沉降量10~30cm,沉降区中部沉降量10~90cm,沉降区南部地面沉降达10~40cm,沉降变形严重区中部沉降量明显大于南北两侧,地面出现对折现象,地面沉降区周边出现明显的错台,沉降区地面向溢洪道侧倾斜,倾斜角度达15°。局部坍塌区位于场区东南角,长约10.0m,宽约2.5m,土体连同挡土墙体一起坍塌,塌方量约有80m3,坍塌区两端挡土墙出现较大位置错动,错动角度达15°。

3.2 裂缝

沉降区内出现多条宽深不一的裂缝,主要发育四条纵向裂缝,两条横向裂缝(见图2)。裂缝宽度最大达0.8m,边坡挡墙局部出现拉裂缝,缝宽约1~2cm,裂缝处有轻微错动,错动距离约1cm。

纵向裂缝:(1)号裂缝自坍塌区开始一直延伸至景观桥处,长约89.20m,走向NW,裂缝宽度自东南向西北逐渐变窄,最宽处约0.50m,最大错台高度约0.40m;(2)号裂缝长约62.30m,走向NW,裂缝宽度自东南向西北逐渐变窄,最宽处约0.80m,最大错台高度约0.50m,西北端与挡土墙相交,在挡土墙处形成宽约2cm的拉裂缝,并形成约6cm的错动缝;(3)号裂缝长约18.80m,环形发育,位于沉降最严重区域,最大宽度约0.70m,形成的错台最高约0.90m,西北端与挡土墙相交,在挡土墙处形成宽约15~20cm的拉裂缝;(4)号裂缝长约45.00m,沿挡土墙内侧呈直线发育,缝宽约2cm,与原地面最大沉降差约0.50m,沉降差沿挡土墙自东南向西北逐渐减小。

横向裂缝:(5)号裂缝长约7.50m,走向NE,裂缝最宽处约5cm,南端与(2)号纵向裂缝相连,北端交于挡土墙,在挡土墙上形成宽约15~20cm的拉裂缝;(6)号裂缝长约6.30m,走向NE,缝宽8~10cm,南端与(2)号纵向裂缝相连,北端交于挡土墙,在挡土墙上形成宽约3cm的拉裂缝(见图1b~图1e)。

3.3 挡土墙变形

经现场察看,在挡土墙体发现三处明显裂缝和一处大面积坍塌:(2)号裂缝北端与挡土墙相交处,于挡土墙体形成宽约2cm的拉裂缝,并形成约6cm的错动;(5)号裂缝北端与挡土墙相交处,在挡土墙上形成宽约15~20cm的拉裂缝;(6)号裂缝北端与挡土墙相交处,在挡土墙上形成宽约3cm的拉裂缝。场区东南角坍塌区挡土墙坍塌长度约10m,坍塌区两端挡土墙出现较大位置错动,北端挡土墙偏向溢洪道侧,错动角达15°。沉降变形严重区,挡土墙上部略微向溢洪道侧倾斜,倾斜角约5°,下部未见明显向溢洪道侧位移变形;挡土墙外侧扶壁与挡土墙接触处,有一条宽约10cm的竖向裂缝(见图2f)。

4 变形破坏原因分析

根据野外调查显示,(1)号~(3)号裂缝均呈环形分布,最大沉降量为0.9m,(4)号裂缝沿挡土墙呈直线分布,最大沉降量为0.5m,沉降区中部沉降变形大于南北两侧,变形严重区地面出现向中部对折现象。沉降区内树木向溢洪道侧倾斜,挡土墙体未发现明显内倾现象;挡土墙外侧,溢洪道顶土体未发现明显被挤出和舌状凸起现象;据钻孔揭示,沉降区内地层岩性为砾质土、壤土,下覆页岩,砾质土内摩擦角35°,不具备剪切滑动条件,壤土厚度较薄,且分布不连续,亦不具备滑床特质,下覆页岩岩层倾向NW,倾角5°~9°,未发现层间错动挤出,综上所述,我们认为沉降区裂缝为不均匀沉降造成。从总体上看分析,我们认为造成地面沉降及局部坍塌的原因有以下几点。

1)地形。沉降区呈南高北低、东高西低。东侧、南侧大气降水形成路面坡水交汇于沉降区东部坍塌部位,是造成局部坍塌的主要因素之一。

2)内因。回填区土体粒径大小不一,级配差,结构杂乱且松散,透水性强,具备形成沉降的岩性结构条件。

3)外因。雨水入渗是造成大面积地面沉降的主要外部原因。修建挡墙时,未考虑有效的排水措施,回填区域亦未做好防渗,大量雨水造成坡面流急剧下泄,长期浸水又使得回填土容重增加,地面开始沉降引起地面开裂,地面裂缝的出现又加剧了地表水的入渗,孔隙水压力骤然升高,造成被动土压力增大,在挡土墙上造成墙体开裂,产生错位。

5 结语

1)通过分析,降雨入渗是导致大面积地面沉降及局部坍塌的主要原因,回填区土体结构杂乱且松散,透水性强,亦具备形成沉降的岩性结构条件。

2)对于类似工程,应对地表水(路面坡水)进行有效疏导。回填区域应分层夯实,并做好防渗措施,挡土墙体也应设置一定数量的泄水孔,以减小孔隙水压力。

参考文献

[1]刘毅.地面沉降研究的新进展与面临的新问题[J].地质前缘,2001,8(2):273-277.

[2]郑铣鑫,武强,侯艳声.关于城市地面沉降研究的几个前沿问题[J].地球学报,2002,23(3):279-282.

沉降变形模式 篇4

1.现象

观察成果表现为曲线自某点起有回升趋向，

2.原因分析

(1)采用设置于建筑物上的水准点，由于建筑物未稳定而下沉，

(2)新埋设的水准点，埋设地点不当，时间不长发生下沉现象。

(3)水准点和建筑物同时下沉，初期建筑物沉降量大于水准点沉降量，曲线不回升，到后期建筑物下沉逐渐稳定，而水准点继续下沉。

3.防治措施

厦深高铁路基沉降变形分析 篇5

厦深高铁 (DK153+759~DK154+025) 段线路以路堤通过, 填方边坡最大高度7.63m。基底下伏淤泥质黏土、松软土、局部断面夹有一层粗砂, 总厚5~7m。其下为二长花岗岩。地下水为潜水, 受表水下渗补给, 向低洼处排泄, 地下水主要赋存于砂土及基岩裂隙中, 地下水具滞留水、孔隙水、潜水特点, 稳定水位距地面表0.3~1.6m。本段地表水对混凝土具有弱硫酸型酸性侵蚀及中等溶出型侵蚀;酸性侵蚀p H值为H1。地震动峰值加速度为0.15g, 对应原地震基本烈度为Ⅶ度, 地震动反应谱特征周期为0.35s。DK153+759~DK154+025, 长230.0m;基底采用直径准50cm搅拌桩加固, 间距0.95m, 正三角形布置。复合地基承载力不小于150k Pa, 单桩承载力不小于105k N。为优质、高效建好厦深高速铁路, 必须在施工期间对全线路基实施沉降与变形观测, 及时为设计和施工提供可靠的数据和参考经验。

2 观测点布设

根据设计图要求, 对于本段路基, 设置了DK153+820、DK153+870、DK153+970和DK154+020四个沉降观测断面。

基底沉降板:路基填土之前, 在Ⅰ道左侧8m、Ⅰ道右侧8m位置各一个沉降板 (由底板、准40钢管、及准50PVC保护套管组成) 。路基填筑过程中, 逐渐接高沉降板测杆和保护套管, 每次接长以0.5m为宜。

路基面观测桩:基床表层级配碎石施工完成后, 在Ⅰ道左侧3m、Ⅱ道右侧3m位置、路拱中心各埋设一个路基面观测桩 (准20mm钢筋, 顶部磨圆) , 埋置深度不小于0.3m, 桩周0.15m用C15混凝土浇筑固定。

位移边桩:路基填土之前, 两侧坡脚2m、10m位置各设置一个位移边桩。边桩采用C15钢筋混凝土预制, 15cm×15cm方形基础, 桩顶预埋准20mm钢筋, 顶部磨圆并刻画十字丝, 边桩埋深不下于1m, 桩顶露出地面小于10cm。

3 各观测断面沉降预测分析 (以DK153+820左侧为例)

3.1 规范双曲线法

DK153+820路基左侧:

(1) DK153+820路基左侧沉降板 (观测期:2009-5-19至2011-4-1) (见图2~3) 。

(2) DK153+820路基左侧路基面沉降观测桩 (观测期:2009-12-16至2011-4-1, 计471d) 。

(1) 第一次回归分析 (观测期:2009-12-16至2010-4-30, 计135d) 。

(2) 第二次回归分析 (观测期:2009-12-16至2011-4-1, 计471d) 。

3.2 修正双曲线法

根据本项目部现场观测数据, 对各观测断面路肩左右侧沉降板及路基面的沉降采用修正双曲线回归法进行工后沉降的预测分析。以下为各断面利用修正双曲线法进行沉降预测的图表:

DK153+820路基左侧路基面沉降观测桩 (观测期:2009-12-16至2011-4-1, 计471d)

(1) 第一次回归分析 (观测期:2009-12-16至2010-12-30, 计385d)

(2) 第二次回归分析 (观测期:2009-12-16至2011-4-1, 计471d)

3.3 固结度对数配合法

根据本项目部现场观测数据, 对各观测断面路肩左右侧沉降板及路基面的沉降采用固结度对数配合法进行工后沉降的预测分析。

3.4 沉降值分析成果汇总

4 结语

(1) 采用规范双曲线法, 修正双曲线法, 固结对数配合法得出沉降预测数值, 经过对比, 规范双曲线法为预测沉降最大, 故建议采用规范双曲线法预测值为路基沉降变形目标值。

(2) 现场观测点的预测数据中, 曲线回归的相关系数均大于0.92 (说明本次沉降预测是可信的) 。

参考文献

[1]虞先溢.高速铁路路基沉降变形分析方法与评估实践.西南交通大学, 2011.

[2]贾云龙, 张世宇.高速铁路沉降量预测方法研究.铁路工程造价管理, 2010.

浅析地表沉降变形的预测方法 篇6

我国大部分矿山由于开采初期没有进行正规、严格的开采设计就进入了生产, 乱采乱挖现象严重;同时, 没有进行采矿后期的设计、处理, 也从来没有考虑矿山开采后期以及开采结束后矿山的采场、地表处理问题等, 造成了我国现存的几百万亩的塌陷区, 造成了无尽的经济建设、生活活动的损失和影响。

开采沉陷预计是矿山开采沉陷学科的核心内容之一, 它对开采沉陷的理论研究和生产实践都有重要意义[1], 这方面研究已经有许多成果[2~4]。从全国范围看, 每年矿山地质灾害的总体损失不亚于一次地震或洪水带来的损失[5]。在我国部分煤炭能源开发较早的地区, 开采沉陷带来的灾害问题显得尤为突出。

数值模拟计算可靠性主要取决于建模。而对矿山开发的建模极其复杂, 尤其是建立三维实体模型。采用传统的建模方法, 不仅花费大量的人工、计算时间, 而且可靠性不高。鉴于此, 我们采用了ANSYS[6]进行整个矿区的模型建立。利用有限元的思想, 结合ANSYS平台从系统化、模块化、可视化的角度进行模拟分析, 得出采空区引起的地表沉降的范围、最大下沉线、最大下沉点、覆岩移动及变形等规律, 仿真结果与实际情况相符合, 为矿山开采和大体积地下工程的建设提供了研究依据。

1、大空区引起地表沉降计算模型的建立

1.1 物理模型

由于矿山区域地质结构相当复杂, 不同的岩层相互交错, 构成了特殊的地质构造结构。为了计算方便, 我们简化了原始地质构造, 如图1所示的模型。整个模型最上层为地表土体, 其次由岩石1、岩石2、岩石3、岩石4、和矿体1、矿体2组成的三维实体, 图1 (a) 和图1 (b) 所示为三维实体的剖面图。

1.2 模型计算思想

本模型将整个复杂的物理模型实体拆分为若干个形状简单的单元, 利用单元节点变量对单元内部变量进行插值来实现对总体结构的分析。将连续体进行离散化, 离散而成的有限元集合将替代原来的弹性连续体, 所有的计算分析都将在这个模型上进行。其分析过程主要可分为以下五步:单元划分、位移模式的确定、单元分析、总体分析及有限元方程组的求解。

由于计算机资源使用的有限性, 本模型使用SOLID45单元[7]用于构造三维固体结构, 满足了模型计算的精度要求, 同时, 计算效率也大幅提升。该单元通过8个节点来定义, 每个节点有3个沿着x, y, z;方向平移的自由度。单元具有塑性、蠕变、膨胀、应力强化、大变形和大应变能力。单元由8个节点和各向同性的材料参数来定义。各向同性材料方向对应于单元坐标系方向, 单元载荷包括节点载荷和单元载荷。S O L I D 4 5单元结构如图2所示。

2.3 网格划分以及边界处理

考虑到本模型存在复杂的结构以及极不规则的地质条件和采场空间几何形状。考虑到几何形状对网格的影响, 同时, 几何特征区域上网格划分形式取决于特征的重要度。可以从特征的几何形状、几何参数大小、属性和约束等多方面进行评价一个特征的重要度。外加载荷的力学特性分析是研究形体工作状态的情况。这两种情况下, 受力情况和几何情况完全不同, 也决定了这两种模式下网格划分情况的不同。在网格划分的过程中, 两者相互考虑、相互结合, 同时, 使用了自适应网格划分算法, 得到比较高效、精确的三维划分。

由于我们取的模型足够大, 空区对模型边界的实际影响可以忽略不计, 至此、整个三维模型的边界我们进行钢化面处理。

2.4 物理参数的选取

整个模型的计算, 物理参数的选取对整个模型的精确度和可参考性起到了重要的作用。本模型中我们使用了参数评估加权算法进行参数的确定。评估加权算法如下表1所示:

根据矿山设计院的地质结构图与相关本区域内的地质构造图表我们得出了各个水平层岩石物理参数。我们进行计算参数选取时, 以某个区域内大体积含有某种岩石, 以此区域进行研究对象, 结合此区域内的其他种类岩石进行整体评估加权。其中:mi其依据本体积内岩石namei所占的体积份数, 并且1=m1+m2+m3+…+mi。pi为岩石namei实际物理参数。整个该区域内最终确立的参数为

2、结论

1) 、该方法的模拟结果与实际结果相符合。我们可以快速建立模型, 简单、方便的得出地下工程的开采引起的地表变形的结果。从可视化的角度、从便捷的角度、从准确、可靠的角度, 无疑用有限元思想结合ANSYS分析软件进行矿上分析, 是行之有效的。

2) 、在上述理论模型的基础上, 利用有限元机制, 结合国内外大型有限元分析软件, 实现对模型的数值模拟, 得出了地下大型工程累积损伤引起的地表下沉的一些数据, 包括:地表下沉范围、最大下沉曲线、最大下沉点、下沉时间预测。

3) 、随着国民经济快速良性的发展, 我国存在数量巨大的地下工程。同时, 早期缺乏地表沉降预测该类问题的探讨与研究;加之, 现存土地资源经济价值巨大, 该类沉降问题越显重要。该研究迎合了行业市场的发展, 具有非常重要的实用价值。

摘要：由于地下大体积空区的存在, 引起了地表的沉降变形。为了预测变形趋势, 我们建立了沉降模型去模拟变形情况。该物理模型的建立, 使用有限元的思想, 采用不同的岩层结构、结合有限元分析软件ANSYS、用自适应网格划分算法划分网格, 使用了参数评估加权算法进行物理参数的选取。仿真结果与实际情况相符合, 为地表沉降研究机制提供了依据。

关键词：ANSYS,有限元,地表沉降,地下空区

参考文献

[1]何国清, 杨伦, 贾凤彩, 等.开采沉陷学[M].北京:中国矿业大学出版社.1991.

[2]彭欣, 崔栋梁, 李夕兵等.特大采空区近区开采的稳定性分析[J].中国矿业.2007, 16 (4) :70-73.

[3]建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程[S].国家煤炭工业局.北京:煤炭工业出版社,

[4]余学义, 张恩强.开采损害学[M].北京:煤炭工业出版社.2005.07.

[5]谢和平, 可持续发展与煤炭工业报告文集[M].北京:煤炭工业出版社.1998.6

[6]尚晓江, 邱锋, 赵海峰, 等.ANSYS结构有限元高级分析与规范应用[M].中国水利水电出版社.2008.5

碎石桩复合地基的沉降变形分析 篇7

沉降量计算是复合地基设计中的重要内容。根据碎石桩复合地基的组成,其沉降量应包括三部分,即碎石桩复合地基的沉降量等于褥垫层的压缩量、碎石桩加固区的压缩量、下卧层压缩量三部分之和。但褥垫层一般较薄,且施工过程中经过碾压处理后其压缩量很小,一般可忽略不计。所以碎石桩复合地基的沉降量由两部分组成,可由式(1)表示:

式中S─复合地基的压缩量(m);

s1─加固区土层的压缩量(m);

s2─下卧层土层的压缩量(m)。

下面分别讨论加固区的压缩量和下卧层的压缩量计算方法。

1.1 加固区土层压缩量的计算方法

加固区土层压缩量s的计算方法主要有复合模量法、应力修正法和桩身压缩法:

(1)复合模量法。将碎石桩复合地基加固区中增强体和基体两部分视为一复合土体,采用复合压缩模量Ec来评价复合土体的压缩性,并采用分层总和法计算加固区土层压缩量,则加固区土层沉降量为:

式中Δpi─第i层复合土上附加应力增量(k Pa);

Hi─第i层复合土层的厚度(m);

Eci─第i层土复合压缩模量(k Pa)。

竖向增强体复合地基复合土压缩模量Ec通常采用面积加权平均法计算,即:

式中Ep—桩体压缩模量(k Pa);

Es—桩间土体压缩模量(k Pa);

m—复合地基置换率。

复合模量法是建立在线弹性本构模型基础之上的方法。即不考虑复合土体压缩模量随荷载水平不同的非线性变化。

(2)应力修正法。在采用应力修正法计算加固区土层的压缩量时,根据桩间土分担的荷载,按照桩间土的压缩模量,采用分层总和法计算加固区土层的压缩量,其表达式为:

式中Δpi─天然地基在荷载p作用下第i层土上的附加应力增量(k Pa);

Δpsi─复合地基中第i层桩间土的附加应力增量(k Pa);

ss—天然地基在荷载p作用下相应厚度内的压缩量(m);

μ—应力修正系数;

应力修正法中应力修正系数μ与置换率及施工工艺等因素有关,带有一定经验性。

(3)桩身压缩量法。复合地基在荷载p作用下,若桩体不发生桩底端刺入下卧层的沉降变形,则可以通过桩身的压缩量计算加固区土层的压缩量。当桩侧阻力为平均分布,桩底端承力密度为pb,则桩身压缩量为:

当桩侧阻力不是平均分布,则需先计算桩身应力沿深度Z的变化情况,再进行积分,可得到桩身压缩量,其表达式为:

式中p—复合地基上平均荷载密度(k Pa);

pp(z)—桩身应力沿深度Z变化密度(k Pa);

Ep(z,p)—桩身变形模量(k Pa),可以是深度Z和桩身应力p的函数。

桩身压缩量法需对桩身应力和桩身变形模量沿深度Z的变化做出一定的简化。另外,桩顶应力集中系数μp的取值也带有一定的经验性。

1.2 下卧层土层压缩量的计算方法

复合地基下卧土层的压缩量一般采用分层总和法计算。在此主要介绍下卧土层上作用的附加应力计算方法。通常采用的附加应力计算方法有压力扩散法和等效实体法。

(1)压力扩散法。按双层地基计算复合地基,双层地基由加固区土层和下卧土层组成。复合地基上作用的荷载p通过加固区土层,压力扩散角为θ,则作用在下卧土层上的附加应力pb按下式计算:

式中B—复合地基上的荷载作用宽度(m);

L—复合地基上的荷载作用长度(m);

h—复合地基加固区厚度(m);

压力扩散法按均布压力计算下卧土层顶面的附加应力,其简化性较大。但该法应用较方便。

(2)等效实体法。将复合地基加固区视为一等效实体,作用在下卧层上的荷载作用面积与作用在复合地基上的相同。在等效实体四周作用有侧摩阻力,设其密度为f,则下卧层上荷载密度pb可按下式计算:

式中各符号意义同前。

等效实体法在计算下卧层顶面上的压力和等效实体四周侧面的摩阻力时均按均匀分布计算,其简化性要比压力扩散法更大。因此等效实体法往往引起更大的误差。

2 结论

高填方路基沉降变形规律研究 篇8

设计计算模型时需要结合山区的实际情况,对高速公路路堤具体分析后才能找出具体的计算方式。此次主要是平坦地基路堤、斜坡地基路堤、折线性地基路堤3种典型路堤结构为原型,对各种地基条件下路堤的工后沉降变化规律详细分析。从山区路堤填料以及地基土体的相关特点看,对数值分析模型构建过程中,地基土体分成2层,路堤都根据统一压实度选择相同的土性指标实施计算分析。

2 土体本构模型

计算采用通用的理想弹塑性本构模型以及在土力学中使用比较广泛的Mohr-Coulomb破坏准则进行计算分析。Mohr-Coulomb准则用平面状态下的主应力可以表示成:

式中:c为土体粘聚力;φ为土体摩察角;σ1、σ3为土体的大小主应力。

在应力空间中,以I1、J2、θσ替换σ1、σ3,Mohr-Coulomb屈服准则可以写成:

其中:

式中:I1为应力张量第一不变量;J2为应力偏量第二不变量;θσ为Lode角。

3 不同地基上路基的沉降变形规律

3.1 平坦地基

计算时地基的厚度为10m,地基上层厚度为3m,下层厚度为7m计算,路堤高度15m。路基根据3阶段分级填筑,每级路堤厚度在5m,每级的填筑速率都以0.2m/d完成,第1阶段填筑结束固结30d,第2阶段填筑结束后固结50d再实施第3阶段的填筑,第3阶段填筑完成后再固结近650d。计算分析结果见图1、图2。

路堤底部中心点在时间变化下出现的沉降变形关系,如图1。对每一级的加载处理时,路堤中心底部都会出现大幅度的沉降。当路基填筑结束之后,路基则达到工后固结沉降期,而竣工后的初始时期沉降变化较快。但在后期的半年时间里,沉降的发展速度则相对变慢且趋于稳定。

图2中坡脚的沉降-时间曲线说明,各级路堤填筑阶段的坡角点会向外被挤出,主要依据为其竖向沉降瞬时为正,在各级路堤填筑结束后固结时间标准里。受到固结效果的影响,坡角点处正位移不断减小而形成负位移,此变化的服务会随着路堤填筑高度的变大而变小。

3.2 斜坡地基

结合20m的高路堤,路堤全宽达24m完成计算,地基斜坡坡度在1∶3。对斜坡不挖台阶、挖台阶的沉降变形状态实施分类计算处理。挖台阶路基的台阶根据宽3m、高1m计。

从最后得到的数据显示,路堤沉降变形主要集中为平坦地基出现异常等状况。路堤靠近斜坡的位置是沉降变形的最大值,从路堤内侧边缘到外侧沉降变形沿着非线性的方式不断变大。研究斜坡路基的沉降变形时,对路基水平方向的变形加以关注是很重要的,经过最后的计算得出路基的水平位移和路基沉降量之间关系紧密。

中部是斜坡地基路堤水平位移最大的,同时受到其它因素的影响而使得位移值逐渐变化。地基土体同样有水平位移的变化,最大位移值的发生部位均处于路堤中部。根据实际测量得到的位移数据看,不挖台阶和挖台阶的路基之间有着相同点,而因未挖台阶地基由于抗滑力偏小,使得不同位置间的水平位移偏大。

3.3 折线地基

此次研究过程中,参照的对象为20m路基实施计算,路堤宽度在24m,折线地基上部坡度1∶2,高度14m,地基下部斜坡坡度1∶5,地基土类和上述地基情况一样。集合相关的路基施工标准,仅仅是针对坡度超过1∶5的地基斜坡挖台阶处理,因而只是对上部斜坡挖台阶,台阶宽2m,高1m。

从最后得到的数据显示,折线地基的沉降变形于斜坡地基之间存在一定的相似性。本路堤最大沉降量在47.2cm,工后沉降19.2cm,而斜坡路堤的高度与其相同,最大沉降量却上升26.2%,工后沉降上升51.2%。而路堤上部是出现沉降变形的主要地段,折线型地基使得路堤的填筑厚度变大,这些都是造成总沉降量以及工后沉降加重的因素。

4 小结

对各种地基条件下高填方路基沉降变形规律深入分析,能及时掌握导致路基变形的具体因素。这不仅给施工作业安排提供了依据,还能显著保证公路结构的科学性。

摘要：目前,我国公路在使用过程中常会出现不同程度的变形现象,影响了公路使用性能的正常发挥。特别是对于西部山区的高等级公路而言,形成高填方路堤的数量更多。基于此,本文主要对高填方路基沉降变形规律进行了探讨。

关键词：高填方路基,沉降变形规律,计算分析

参考文献

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[3]郑颖人等.岩土塑性力学原理[M].北京:中国建筑工业出版社,2002.

沉降变形模式 篇9

1 有关这方面问题的机理

(1) 在自重的作用下路堤的填料会出现压实沉降的情况。有散体材料填筑构成了路堤的填料, 因为自重出现相应的压密下沉的情况是可以理解的, 它的大小与施工的质量和填料上有一定的关系。一旦有较大的下沉量存在, 说明没有充足的压实材料, 强度上不够, 不均匀变形的情况就会发生, 在两个阶段会出现这样的变形情况:首先施工结束以后影响着后期运行的沉降情况;其次施工过程中的下沉情况, 解决个问题时可以利用填料。

(2) 在列车荷载作用下出现的沉降变形情况, 是因为列车经过过道向基面传递的动静引起的, 使过道结构处于动力状态和几何行位的情况。因此应该随时的对出现的问题进行治理。尽管这样的情况在列车运行的过程中会经常的出现, 但是利用提高压实标准和提高路基面材料的方式可以有效的解决出现的问题。

(3) 压密软土地基出现的沉降变形情况。地基软土层中的气体和水被挤出了空隙, 在外力的作用下土颗粒会发生重新着排列的情况, 构成了新的形式, 严密沉降的情况因此就会出现, 并且随着沉降幅度增大, 时间的推移, 就会发生比较严重的变形情况。

2 有效的控制策略分析

2.1 将应力路径法应用在侧向变形中

可以用空间中的一个应力点来描述土体中一点的应力。在荷载的影响下, 可以用对应的应力点在应力范围的运动轨迹来描述土体中一点的应力过程。负荷作用在粘土上的时候, 会有两个过程存在于其中:先是形变, 接下来是体变。开始加荷时, 不可能立刻的排除空隙水, 空隙中的水压会提升, 这与固结不排水过程是一致的, 体积没有发生变化。在空隙中水压力不存在时, 体积就会压缩, 这样就会增加应力, 但是偏应力没有发生变化, 这与固结排水也是如出一辙的。所以, 沉降就可以用两种形式进行控制, 利用对现场实际的加荷情况进行模拟, 运用固结排水沉降和固结不排水沉降的方式。应力的方式对于分析常规控制中可能出现的误差趋势和认识沉降的机理上都会带来巨大的帮助, 但是高标准的取样和试验是这一方式的一个较高的要求, 因此, 在具体的应用中就会变得比较困难。

2.2 分析数值法

随着工程建筑规模的不断扩大和科技水平的不断提升, 但是在处理路基沉降问题时也变得越来越复杂, 在面对这个问题时, 已经很难利用常规的数学方式获得有效的控制策略, 这时铁路工程人员开始对计算数学和计算机进行应用, 有效的应用了分析数值的方式, 求出了复杂力学与实际符合的近似值。这样的数值分析方式包括:查分法、变分法、边界元法、限元法等方式。这一结构是近几年新出现的一种路基施工方式, 它具有承载力高、刚度大、减少不均匀沉降、整体性好的优点, 因此在控制路基沉降与变形的过程中将其应用进去是非常重要的。

2.3 制定出严格的控制标准

俗话说无规矩, 不成方圆, 因此在控制路基沉降变形的过程中将一定的控制标准制定出来是非常重要的。首先要明确路基沉降的指标:合理的控制差异沉降率、总沉降率和沉降速率。

其次, 总结工程的经验, 对不同地区的最低沉降率上要做出明确的规定, 因为一旦超过了一定的沉降值就会出现开裂的情况。各地工作人员要结合当地的土质、路基构成的情况制定出符合实际的控制方案, 将自己的工作经验进行合理的总结。

再次, 要做好理论计算的工作, 在经过分析之后将对应的控制值计算出来, 合理的考虑路基的承载力。

2.4 对有效的路基处理方式进行使用

(1) 运用桩筏式结构

这一方式是近几年应用比较普遍的路基施工方式, 该方式具有承载力高、刚度大、减少不均匀沉降、整体性好的优点。

和以前的复合基桩或者单桩构成的复合地基进行比较, 该结构的构桩基础部位可以紧密的连接筏板锚, 对上面荷载传到地基的压力可以利用筏板进行分化, 荷载因此可以利用桩基向地基中持力比较强的一层传递, 对整体沉降和应力集中的问题可以有效的进行解决, 对桩的测变形情况也可以很好的防止, 对地基承载力比较低、荷载较大的地基条件当中应用的比较广泛, 有较强的抗倾覆能力, 对地震荷载和风荷载导致的巨大倾覆力矩可以有效的承受。

(2) 桩板的机构形式

这一结构在软土深厚的环境中应用的比较频繁, 对路基的沉降可以严格的控制。它主要是通过桩周土体、成台板、钢筋混凝土、托梁等几大部分组成。与别的结构进行对比, 它不但适用于软土路基的提速加固处理, 对挖方和低填方路段也会带来巨大的帮助。由于桩基与受到桩周土体的侧向抗力, 有很大的刚度会存在桩结构纵横向当中, 因为软土层可以被桩基竖向的穿透, 对高速铁路路基施工后的沉降可以严格的进行掌控, 可以同上面轨道合理的衔接、很好的匹配, 对高速的车型桩板结构可以很好的给予满足, 通过路基的土体可以将竖向的支撑提供给承台板, 桩板结构具有适应性强、承载能力强的优点, 对不一样地段可以对桩板结构的尺寸上灵活的进行选择。

2.5 将路基的填筑的水平提高上来

在路基的整个承载能力当中, 路基的填筑水平在一定程度上决定着整个路基的使用质量, 首先, 要保证路基基地的稳固性, 选择合适的路基材料, 同时还要保证材料的质量, 保证压实的程度, 对级碎石基表层的新型结构进行使用。

2.6 对无碴的轨道进行使用

因为, 其他的一些轨道形式虽然没有出现过于严重的路基沉降和变形的情况, 但是有的时候会经常的出现动不平顺、初始不平顺的情况, 这样随着时间的推移, 对路基的平稳性, 抗沉降变形的功能上就会带来一定的影响。因此, 在施工的时候推荐应用无碴性的轨道, 这样对上述出现的问题可以有效的进行防止, 也是我国高速铁路部门应该积极采用的形式。

2.7 对动态的监控手段进行使用

在铁路专线上装设动态的监设备, 实时的侦查路基中出现的不健康情况, 一旦发现问题, 可以有效及时的进行处理, 防止问题进一步的扩大。确保我国高速铁路行业可以有效的发展。

3 结语