埋置基础的固结分析

论文摘要

本文用有限元法分析了有限饱和土层中条形和圆形埋置基础的固结沉降特性。根据分析结果,提出了归一化无量纲时间,并给出了计算圆形和条形埋置基础固结度的计算图表。这些图表为工程师进行基础设计和地基沉降预测提供了便捷准确的计算方法。固结度U的计算通常采用太沙基一维固结理论或比奥耦合固结理论。已有的现场监测结果表明太沙基一维固结理论只有在地基土层相对较薄的情况下才适用。而比奥固结理论由于既考虑了超孔隙水压力的水平向耗散,也考虑了土骨架变形与超孔隙水压力耗散之间的耦合作用,能给出更准确的结果。然而,由于方程的复杂性,比奥固结方程的解析解极少。即使随着现代数值方法的快速发展,目前也只有几种特殊情况才能得到预测固结沉降速率的图表解。据作者所知,目前还没有计算埋置基础沉降固结度的图表。这显然不利于应用比奥固结理论解决实际的基础工程问题。本文基于比奥耦合固结理论(Biot’s Coupled Consolidation Theory),用有限元方法研究了有限饱和土层中条形和圆形埋置基础的固结沉降特性。计算所用的程序是大型商用有限元软件ABAQUS。仔细分析了影响固结度的三个参数:(1)基础埋深与土层厚度的比值;(2)土层厚度与基础宽度的比值;(3)土骨架的泊松比。根据分析结果,提出了归一化无量纲时间,并给出了计算圆形和条形埋置基础固结度的计算图表。矩形埋置基础可以通过面积等效转化为圆形埋置基础,然后查阅本文的计算图表。运用文中图表计算固结度的最大误差不超过3%。这些图表为基础设计提供了便捷准确的计算方法。

论文目录

• 中文摘要
• Abstract
• 第1章 序论
• 1.1 引言
• 1.2 文献综述
• 1.2.1 固结理论研究进展
• 1.2.2 固结问题的有限元法研究进展
• 1.3 本文的主要研究内容和目的
• 第2章 Biot耦合固结理论
• 2.1 引言
• 2.2 Biot耦合固结理论
• 2.2.1 Biot固结理论的基本假设
• 2.2.2 笛卡尔坐标下饱和土的基本方程
• 2.2.3 Biot三维固结问题的边界条件
• 第3章 Biot固结理论的有限单元法
• 3.1 引言
• 3.2 Biot固结问题的有限元法
• 3.2.1 控制方程的弱形式
• 3.2.2 Biot固结理论的有限元公式
• 3.3 ABAQUS在岩土领域的应用
• 第4章 条形埋置基础固结分析计算图表
• 4.1 基本方程及分析模型
• 4.1.1 平面应变固结分析基本方程
• 4.1.2 分析模型
• 4.2 几何条件和泊松比对固结度的影响
• 4.2.1 土层厚度与基础宽度比值H/b的影响
• 4.2.2 埋置深度与土层厚度比值h/H的影响
• 4.2.3 泊松比v的影响
• 4.3 条形埋置基础的固结度计算图表
• 4.3.1 土层底面不排水条件下的固结度
• 4.3.2 土层底面自由排水条件下的固结度
• 4.4 实例分析
• 4.5 本章小结
• 第5章 圆形埋置基础固结分析计算图表
• 5.1 基本方程及分析模型
• 5.1.1 轴对称固结分析基本方程
• 5.1.2 分析模型
• 5.2 几何条件和泊松比对固结度的影响
• 0的影响'>5.2.1 土层厚度与基础半径比值H/r₀的影响
• 5.2.2 埋置深度与土层厚度比值h/H的影响
• 5.2.3 泊松比v的影响
• 5.3 固结度的计算图表
• 5.3.1 土层底面自由排水条件下的固结度
• 5.3.2 土层底面不排水条件下的固结度
• 5.4 工程应用
• 5.5 本章小结
• 第6章 总结与展望
• 6.1 总结
• 6.2 展望
• 参考文献
• 附录1
• 附录2
• 致谢