水位變幅對(duì)地下框架結(jié)構(gòu)作用效應(yīng)敏感性分析.pdf

1、山區(qū)河道城市化前溪流深切，城市化后天然河流與周邊地塊存在較大高差，設(shè)計(jì)從防洪、水生態(tài)等多目標(biāo)出發(fā)，提出了適應(yīng)山區(qū)城市的雙層河道建設(shè)方案:上層明渠、下層暗涵。其中，下層暗涵河道在場(chǎng)平過(guò)程中深埋地下，維護(hù)、檢修困難且事故后果嚴(yán)重，因此對(duì)其結(jié)構(gòu)受力特性的掌握尤為重要，在設(shè)計(jì)階段加以考量能有效降低其事故風(fēng)險(xiǎn)。回填場(chǎng)區(qū)的地形、滲透特性使得強(qiáng)降雨條件下涵周土體內(nèi)地下水環(huán)境會(huì)發(fā)生劇烈變化，土體若長(zhǎng)時(shí)間呈沁水飽和狀態(tài)，對(duì)場(chǎng)區(qū)的構(gòu)筑物極為不利，因此考慮將

2、外水通過(guò)涵體透水通道導(dǎo)入下層河道向下游排出，此時(shí)結(jié)構(gòu)將會(huì)遭遇地下水水位變化這一工況?，F(xiàn)行規(guī)范通過(guò)載荷—結(jié)構(gòu)方式計(jì)算水荷載時(shí)通常進(jìn)行折減或采用可能的最大水位，而涵體受力實(shí)質(zhì)是與滲流—應(yīng)力雙場(chǎng)耦合作用下的涵周土體共同變形的過(guò)程，因此，研究深埋地下框架結(jié)構(gòu)在地下水位變化所產(chǎn)生的流固耦合效應(yīng)作用下的受力特性具有重要的工程應(yīng)用價(jià)值。本文依托工程實(shí)例建立了地下框架結(jié)構(gòu)三維有限元模型，主要研究?jī)?nèi)容如下:
　　(1)從基本理論有效應(yīng)力原理和達(dá)西定

3、律出發(fā)，推導(dǎo)了應(yīng)力場(chǎng)、滲流場(chǎng)的控制方程:應(yīng)力平衡方程和非穩(wěn)定飽和滲流連續(xù)方程，并給出相應(yīng)的定解條件。根據(jù)兩場(chǎng)相互作用的的影響方式，得到了多孔介質(zhì)土體滲流場(chǎng)應(yīng)力場(chǎng)耦合的數(shù)學(xué)模型并給出了耦合狀態(tài)下的有限元矩陣格式和求解方式。闡述了三維有限元模型建立過(guò)程中的要點(diǎn)，并依托實(shí)例工程地勘報(bào)告和相應(yīng)土工實(shí)驗(yàn)成果給出模型參數(shù)。
　　(2)模擬分層回填施工過(guò)程，其涵頂存在應(yīng)力集中現(xiàn)象，此為深埋框架結(jié)構(gòu)所特有的受荷形式;模擬水位下降固結(jié)過(guò)程，其有效應(yīng)

4、力的增長(zhǎng)由產(chǎn)生明顯水位降前（主要）、明顯水位降落過(guò)程、涵側(cè)水位降落過(guò)程三階段階段的孔壓溢出、沉降差Δh產(chǎn)生的應(yīng)力集中共同貢獻(xiàn)，此時(shí)水位降幅快慢并不適用來(lái)衡量?jī)?nèi)力變化的趨勢(shì)。固結(jié)排水過(guò)程使得沉降加劇、內(nèi)力增大，結(jié)構(gòu)受荷破壞的風(fēng)險(xiǎn)相應(yīng)增大。
　　(3)回填材料對(duì)涵體受荷以及內(nèi)力響應(yīng)影響較大的因子為彈性模量E以及滲透系數(shù)k，不考慮涵背回填、涵側(cè)排水工程措施時(shí)，僅存在土石混合料的單參數(shù)作用下，場(chǎng)區(qū)回填料彈性模量Em越大、滲透量級(jí)較高時(shí)滲透