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强夯法加固地基的有限元分析

发布于:2016-08-10 21:00
有限元分析

      强夯法又称动力固结法(黏性土)或动力密实法(砂性土),是指通过将重锤从高处自由落下,产生巨大的冲击能量,给地基土以强力冲击和振动,从而能够提高地基土体的强度、降低压缩性、改善砂土的振动液化条件和消除湿陷性、黄土湿陷性等的一种地基处理方法。
      随着施工技术和排水条件的改进,强夯法可广泛应用于砾石等砂性土、湿陷性黄土、杂填土、黏性土等地基土中,但对于渗透性低的高饱和或饱和黏性土,直接强夯容易造成橡皮土,需要首先进行现场试验然后才能确定其有效性。对于高饱和粉土或黏性土,当变形要求较低时,也可采用强夯置换法或者强夯挤淤法。强夯法加固机理有动力密实作用、动力固结作用、动力置换作用及时间效应,加固机理见图,加固机理示意图。
      目前,工程设计中,强夯法地基处理主要是按照经验公式或规范方法确定夯击参数,然后在地基处理之前对现场进行试夯,有限元分析方法在实际工程设计中应用的较少。本研究通过工程实例,采用有限元App建立三维模型对夯击过程进行模拟,并将分析结果与经验公式及规范方法进行对比,从而达到引导和优化工程设计的目的。
      项目建设前需要对场地进行填挖整平,按照填挖平衡的原则调配土方,然后对填方区进行强夯法地基处理,回填土体为含砾砂粉质粘土,最大回填深度达23m。
      通过对比可知,有限元计算结果与经验公式和规范法结果基本吻合。但经验公式与规范法估算的未考虑锤径及复合地层因数,通过有限元分析可有效模拟夯击能、锤径、复杂地层,从而更好的掌握强夯法加固回填土地基土体的效果,对工程设计起到了引导作用。
      上述分析中使用的为最大加固深度,因加固区为一锥形体,假设夯锤间距为3.5m,考虑到两锤之间加固深度无法达到最大加固深度,夯锤的有效加固深度要比最大加固深度小。 相邻夯点叠加后效果见图,第一击的最大加固深度为7.5m,叠加后的有效加固深度;第二击的最大加固深度为,叠加后的有效加固深度为塑性应变随深度的变化塑性应变随深度的变化见图,在夯击荷载作用下,塑性应变自地表向下逐渐变小,且在塑性加固区内变化曲线较陡,在塑性加固区外变化较缓和夯击顺序。
      根据地基土的性质,工程施工中每回填6土体即进行夯击,整个场地满夯12遍,以不跳锤为控制,夯点平面布置图见图所示。
      本研究通过工程实例,采用有限元方法对强夯法处理回填土地基进行模拟分析,并将分析结果与经验公式与规范法进行对比,由此来引导工程设计。
      通过本文研究可得出以下结论:
      (1) 有限元App中可采用预定义场边界条件两种方式对强夯冲击荷载进行模拟,两种方式都可以有效模拟冲击荷载的作用。
      (2) 在夯击荷载作用下,土体被加固区为一近似锥形体,塑性应变随深度的变化近似对数曲线。
      (3) 有限元模拟强夯作用的效果与经验公式和规范方法相吻合,可以作为详细分析的一种手段。


                                                                                  专业从事机械产品设计│有限元分析│强度分析│结构优化│技术服务与解决方案
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