大型储罐强夯地基与桩基沉降变形分析研究

论文摘要

目前常采用的大型储罐的四种基础形式为：碎石桩复合地基、强夯地基、钢筋混凝土桩基+承台、天然地基。对大型储罐的威胁主要来自于基础的不均匀沉降和底板的较大变形,从而造成底板的脆性破坏。伴随着大型化而来的是荷载日益增大,技术条件日益复杂,基础沉降和不均匀沉降限制日益严格。由于我国的幅员辽阔,各地区的土层构造和成因,以及地基土的地质特性差异变化较大,特别是沿海各地分布不少的软弱土,它具有强度低、压缩性大等不良特性。在这类土上建设大型储罐,不仅基础的沉降量大,储罐底板也有较大的变形。关于沉降的分析和计算国内外学者都进行了相关的研究,并将其理论引入到设计规范中。关于基础沉降变形允许值到目前还没有统一的标准,各国均有各自建议的规范,基础沉降变形的研究仍是一个值得深入探讨的问题。本论文依托中石油科技攻关项目：二维有限元数值法在大型储罐地基沉降分析中的应用。根据目前收集到的实际工程资料,主要对采用强夯处理的阿联酋油罐项目的储油罐、采用强夯地基及桩基的广东珠海石油仓储工程项目的储油罐分析不同基础形式条件下的油罐基础变形问题。本文探讨了国内外采用原位测试方法获取有限元计算中本构模型参数及其它参数的可行性,并对阿联酋案例中砂土层扰动样进行了室内试验以获得较为完整准确的模型参数。通过大型有限元软件PLAXIS建立二维、三维有限元模型来模拟储罐地基在加载过程中的沉降,分析讨论不同有限元模型参数对油罐沉降的影响,得到模型中刚度参数对于沉降影响最大,强度参数在实际计算中影响较小,为工程中数值模拟参数的调整提供依据；对大型油罐地基处理现场试验数据进行了详细的分析,提出动探锤击数与有限元模型杨氏模量参数的相关性,为类似地基上大型油罐的数值模拟的参数选取提供参考；考虑油罐底部强夯夯击能不同的分布情况对油罐沉降的影响,得出当高夯击能分布范围为罐中心点0.7倍罐半径的范围内对罐中心沉降影响较大,而0.7～1倍罐半径时对环墙沉降影响较大,从而为同类地基强夯设计提供参考；考虑不同环墙对罐周围差异沉降的影响,得出钢筋混凝土环墙对罐周沉降有较好的控制效果,但对差异沉降的控制与其他基础类型相似；考虑不同罐间距对沉降的影响,得出当罐间距为罐半径及以上距离时,罐间距对环墙沉降影响较小,可忽略,为油罐罐区设计提供参考；对比同地质不同地基处理方法,为该类地基处理得到较为经济的方法,总结出可较好地控制差异沉降且节约造价的合理形式；分析总结二维和三维模拟计算方法,讨论优点及不足,提出不同方法的适用范围。本文针对基础沉降问题,采用有限元数值模拟方法分析不同地质条件下储罐地基沉降和加载过程,并选取合适的岩土本构模型及相关模型参数,研究储罐基础沉降影响因素,为储罐基础沉降分析建立依赖于现有通用有限元分析程序的数值分析方法,为工程应用提供理论依据。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 引言
• 1.1 课题研究的目的与意义
• 1.2 国内外研究应用现状
• 1.2.1 强夯地基研究现状
• 1.2.2 强夯地基变形研究现状
• 1.2.3 桩基础研究现状
• 1.3 课题的研究思路及内容
• 1.3.1 研究思路
• 1.3.2 研究内容
• 2 有限元模型简介及模型参数的确定方法
• 2.1 岩土本构模型介绍
• 2.1.1 MOHR-COULOMB（理想塑性）模型
• 2.1.2 HARDENING-SOIL（各向同性硬化）模型
• 2.1.3 M-C模型与HS模型基本参数关系
• 2.1.4 PLAXIS岩土有限元分析系列软件简介
• 2.2 模型参数的确定方法
• 2.2.1 摩尔库仑（MC）模型基本参数的获取
• 2.2.2 硬化土模型基本参数的获取
• 2.3 本章小结
• 3 阿联酋油罐砂土室内岩土模型参数试验
• 3.1 前言
• 3.2 试验方法与结果处理
• 3.2.1 颗粒分析试验
• 3.2.2 击实试验
• 3.2.3 直接剪切试验
• 3.2.4 静三轴压缩试验
• 3.2.5 固结实验
• 3.3 本章小结
• 4 阿联酋油罐案例
• 4.1 工程概况
• 4.2 工程地质条件
• 4.3 油罐基础地层概况
• 4.4 有限元模型建立
• 4.5 计算参数的确定
• 4.5.1 静力载荷试验数值模拟
• 4.5.2 修正参数
• 4.5.3 其它土层参数的确定
• 4.6 油罐沉降标准
• 4.7 阿联酋油罐沉降模拟及结果分析
• 4.7.1 T1501罐三维模型概况
• 4.7.2 最终沉降计算结果及分析
• 4.7.3 C、Φ值对最终沉降量的影响
• 4.7.4 杨氏模量E对最终沉降量的影响
• 4.7.5 二维与三维计算结果对比
• 4.7.6 环墙类型对最终沉降的影响
• 4.8 本章小结
• 5 珠海油罐案例
• 5.1 工程概况
• 5.2 工程地质条件
• 5.3 有限元模型设计
• 5.3.1 荷载
• 5.3.2 几何模型
• 5.3.3 岩土模型参数的选取
• 5.4 沉降模拟计算
• 5.4.1 监测数据对比验证
• 5.4.2 基础类型对最终沉降的影响
• 5.4.3 罐间距对最终沉降的影响
• 5.4.4 夯击能分布对最终沉降的影响
• 5.5 本章小结
• 6 珠海混凝土桩基沉降模拟
• 6.1 工程概况
• 6.2 工程地质条件
• 6.3 有限元模型设计
• 6.3.1 荷载
• 6.3.2 几何模型
• 6.3.3 岩土模型参数的选取
• 6.4 沉降模拟计算
• 6.4.1 二维模拟计算
• 6.4.2 三维模拟计算
• 6.5 本章小结
• 7 结论与展望
• 7.1 主要结论
• 7.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 个人简历
• 发表的学术论文