水位變幅對地下框架結構作用效應敏感性分析.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，設計從防洪、水生態(tài)等多目標出發(fā)，提出了適應山區(qū)城市的雙層河道建設方案:上層明渠、下層暗涵。其中，下層暗涵河道在場平過程中深埋地下，維護、檢修困難且事故后果嚴重，因此對其結構受力特性的掌握尤為重要，在設計階段加以考量能有效降低其事故風險?；靥顖鰠^(qū)的地形、滲透特性使得強降雨條件下涵周土體內地下水環(huán)境會發(fā)生劇烈變化，土體若長時間呈沁水飽和狀態(tài)，對場區(qū)的構筑物極為不利，因此考慮將

2、外水通過涵體透水通道導入下層河道向下游排出，此時結構將會遭遇地下水水位變化這一工況?，F(xiàn)行規(guī)范通過載荷—結構方式計算水荷載時通常進行折減或采用可能的最大水位，而涵體受力實質是與滲流—應力雙場耦合作用下的涵周土體共同變形的過程，因此，研究深埋地下框架結構在地下水位變化所產(chǎn)生的流固耦合效應作用下的受力特性具有重要的工程應用價值。本文依托工程實例建立了地下框架結構三維有限元模型，主要研究內容如下:
　　(1)從基本理論有效應力原理和達西定

3、律出發(fā)，推導了應力場、滲流場的控制方程:應力平衡方程和非穩(wěn)定飽和滲流連續(xù)方程，并給出相應的定解條件。根據(jù)兩場相互作用的的影響方式，得到了多孔介質土體滲流場應力場耦合的數(shù)學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程中的要點，并依托實例工程地勘報告和相應土工實驗成果給出模型參數(shù)。
　　(2)模擬分層回填施工過程，其涵頂存在應力集中現(xiàn)象，此為深埋框架結構所特有的受荷形式;模擬水位下降固結過程，其有效應

4、力的增長由產(chǎn)生明顯水位降前（主要）、明顯水位降落過程、涵側水位降落過程三階段階段的孔壓溢出、沉降差Δh產(chǎn)生的應力集中共同貢獻，此時水位降幅快慢并不適用來衡量內力變化的趨勢。固結排水過程使得沉降加劇、內力增大，結構受荷破壞的風險相應增大。
　　(3)回填材料對涵體受荷以及內力響應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、涵側排水工程措施時，僅存在土石混合料的單參數(shù)作用下，場區(qū)回填料彈性模量Em越大、滲透量級較高時滲透