对有限元法计算主动土压力的研究——以新上海广场基坑工程项目为例

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在土力学中,计算土体作用于挡土结构物上的土压力问题是一个古典的课题。 土压力计算一直是工程界和学术界非常关心的问题。由于影响土压力问题的因素较多以及工程地质的复杂性,土压力问题成为一个至今仍难以用理论计算出精确解答的问题。 本论文以土体为均质、各向同性的半无限空间体这一假设为前提,讨论了如何运用有限元法计算主动土压力,包括运用特征线法的结果对土体进行网格划分,对划分的三角形单元和四节点四边形等参数单元进行分析,并建立整体平衡方程,最终求得主动土压力值。特征线法是极限平衡理论中的一种方法,利用它的计算结果来完成对土体的网格划分,会更符合工程实际,同时作为一种独立的土压力计算方法,本论文对其进行了详细的论述。本论文运用的土的本构关系模型为邓肯-张模型(Duncan-Zhang模型),这种非线性弹性模型在实际工程计算中应用非常广泛。 本论文以新上海广场基坑工程为背景进行土压力理论论述和计算,编制了以VisualC++6.0为平台的计算机语言程序。基坑工程是当今工程界的热点与难点问题。基坑工程中土压力值的大小和分布是土力学领域一个十分重要的研究课题,同时研究如何计算基坑工程中的土压力值,也具有一定的理论研究意义和实用价值。 为了验证有限元法计算主动土压力得到的结果是否合理,还运用了经典的库仑土压力理论和朗肯土压力理论进行了主动土压力的计算,并将得到的结果与有限元法的计算结果相对比,得到以下结论:库仑理论和朗肯理论计算得到的主动土压力值是偏大的,这在工程界已形成广泛的认识,运用有限元法计算主动土压力的结果小于库仑理论和朗肯理论计算结果,但两者相差不大,这就证明运用有限元法计算主动土压力的合理性和可行性。同时,由有限元法计算的结果可见主动土压力值的分布符合“孕妇”理论,其作用点符合黄金分割理论。 本论文运用有限元法计算主动土压力时假设挡土结构物为刚性体,且将土压力问题视为平面问题,而不考虑空间效应。
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