均布荷载下双层地基应力扩散分析

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1、维普资讯http://www.cqvip.com第2期后勤工程学院学报2002矩均布荷载下双层地基应力扩散分析朱建凯，陆新，赵燕明，刘军2，杜江军(1．后勤工程学院军事土木工程系，重庆400041；2．71834部队，郑州市450006；3．沈阳军区空军后勤部，沈阳市110005)摘要通过ANSYS计算了均布荷载中心下软弱下卧层界面在不同埋深下的附加应力特性，并与相同深度处均质地基的附加应力状态进行了对比，发现在双层地基界面上出现了应力扩散现象。并随着软弱下卧层埋深的增加，应力扩散现象越来越明显，通过对ANSYS计算所得数据进行分析，并用曲线进行拟合得出一个经验公式，

2、为实际工程中提供了定量分析的依据。关键词均布荷载；软弱下卧层；双层地基；应力中图分类号：TU431文献标识码：B在沿海和平原地区，不可避免地会遇到软土或软弱地基，为满足工程要求，有时候要对软弱地基进行处理，使地基土特性在一定深度范围内得到改善而形成坚硬层，处理后的地基便形成了双层地基。事实上，这些软土地基由于荷载的迁移，水份的蒸发等自然因素的长期作用，地表常常会形成厚薄不同，工程特性相异的硬壳层，软土地基上有了硬壳层，地基的承载特性和变形特性都将发生变化。由于硬壳层起着扩散应力和类似弹性地基板的作用，且本身变形模量大，受力后变形小，对地基变形起着遏止作用，因此，充分利

3、用硬壳层是有经济价值的⋯，本文仅对含有软弱下卧层的双层地基界面处的应力扩散现象进行定量的分析。1ANSYS建模简述通过建立双层地基的平面应变模型，在模型底部和两侧表1土性参数～分别施加竖向和水平约束，为尽量减少模型底部和两侧约束～到硬土软土的影响，模型尺寸定为20m×20m，硬壳层厚度分别为0．5m、变形模量E(Pa)10×10‘3×10‘泊松比It,0．30．3lm、1．5m、2m、2．5m、3m、3．5m、4m、4．5m和5m，均布应力分土体密度p(kg／m3)20001800布在模型中央，宽度为2m，大小为100kPa，在对模型进行剖分粘聚力c(Pa)20000

4、8000时，选用平面三角形六接点单元。内摩擦角‘p25。10。土性参数列于表1。2数据分析ANSYS计算用的是有限单元法，这是一种近似计算方法，在进行有限元分析时，先将所分析问题的求解域离散成有限个适当的单元，选用相应的形函数，在局部坐标系中建立单元刚度矩阵，经过坐标变收稿日期：2001一ll一26朱建凯(1979一)，男，江西余干人，硕士生，从事地基处理研究。维普资讯http://www.cqvip.com第2期朱建凯等均布荷载下双层地基应力扩散分析63换后把相关的单刚矩阵集成整体坐标下的总刚矩阵，再利用接点平衡条件求得位移，最后利用根据位移和单元的应力与位移的关系

5、解得单元各接点的应力。把计算所得均布荷载中心下不同软弱层埋深下界面处的应力值和均质地基的应力值列于表2(其中均质土的土性与双层地基中的硬壳层一样)。表2均布荷载中心下界面处的应力值说明：类型1对应均质地基，类型2对应软弱下卧层埋深为0．5m的地基，其余依次类推；比值为类型1与其它类型的附加应力值的比。从表中可以看出比值随软弱下卧层埋深的增加而增加，说明在坚硬的上层与软弱下卧层中引起的应力扩散随上层厚度的增大而更加显著，当软弱下卧层埋深4m以下时，计算所得比值反而随埋深增加而减少，本文只限于含有软弱下卧层的双层地基的应力扩散现象的分析，所以数据未列出，这是受模型底部约束

6、因素的影响，而这恰好与下卧刚性层的双层地基的应力集中现象随刚性层埋深越浅而越显著的规律一致，因此，计算结果与规律并不矛盾。现以深度为横坐标，比值为纵坐标，把上表中的数据绘成图1。从图1可以看出，应力扩散随软弱下卧层埋深的增加不是简单图1计算所得数据点的增加，因而对数据点进行3次多项式拟合J。设拟合曲线为：Y=+al+a2+a3，其中表示下卧层埋深，Y表示比值。1O．50．51．03501111．455211．51．51．69011221．8250A=口lXY=12．52．51．8418cr21331．9722图2数据点与拟合曲线比较13．53．52．08492．297

7、0144系数矩阵A=[XrX][y]维普资讯http://www.cqvip.com后勤工程学院学报2002钲厂0．4101]根据以上方法，编程计算得：A：lI-52¨l一0．5576f0．0739所以有拟合方程：Y=0．4101+I．521Ix一0．557+0．0739x将拟合方程绘成曲线并与数据点进行比较如图2。3结论1)下卧层的双层地基，在分层界面上出现应力扩散现象，并随软弱下卧层埋深的增加而更加显著。2)力扩散现象随埋深的增加并不是简单的线形增加，而是成曲线增长，在深度约为均布荷载宽度处，应力扩散现象显著程度增加趋于平缓，在大于这个范围深度处