地下连续墙的静力分析及m值讨论
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摘要
本文在模型试验研究的基础上，针对地下连续墙与土相互作用的特点，采用大型通用有限元软件Ansys分别建立以极限平衡理论、弹性抗力理论以及考虑土体弹塑性的有限元理论为基础的三类数值模型，并进行数值模拟计算。
在研究三类模型的土与墙体的相互作用时，分别采用了等值梁法、m值法以及Ansys中的接触方法，对等刚度和变刚度模型墙体进行了分析计算，并利用试验数据对计算结果进行了比较。墙体位移以及内力值与试验结果吻合较好，证明数值模拟是合理可行的。其中着重讨论了模型墙体在两端铰接情况下其内力以及变形的特点。从试验数据和计算结果中可发现，墙端铰接以及墙体的刚度变化会给内力以及变形带来显著的影响，产生的横向弯矩在量值上几乎与纵向弯矩相等。在实际工程领域，设计人员在计算地下连续墙体的内力值时，往往不考虑横向弯矩的影响，只是按照构造配筋，这是不妥当的。
此外，本文还对弹性抗力理论中的m值法进行了讨论。在实际当中，设计人员一般都是通过查表的方法来找出m值，而规范给出的m值的范围太大，势必会造成计算上的误差。因此本文通过拟合试验数据，找出m值与土面位移的非线性关系，然后通过模拟软件反复迭代的方法，找出最合适的m值，从而得出较为准确的墙体内力变形值。
On the basis of the experiment, considering the characteristics of interaction between the diaphragm wall and soil, general finite element software Ansys is used to set up three kind of numeral models which based on the theory of ultimate balance, the theory of the elastic compressive resistance and the theory of finite element which considered the elastoplasticity of the soil. And they were calculated with numerical analysis.
The model wall with changeless rigidity and varying rigidity were calculated by the method of equal value beam, the method of m and the method of contact surface in the Ansys software. Compared with the results of the model test, the calculated values of displacements and moments are accurate enough. It is proved that the numerical analysis is feasible. The moments and displacements of the model wall with hinged ends are studied specially. I found that the hinged ends and the varying rigidity can affect the values of moments and displacement very much. The values of transverse moments are almost equal with longitudinal moments. Many engineer often ignored the transverse moments and the reinforcement is designed as constructional reinforcement. Obviously, it isn’t right.
What’s more, this paper has discussed the m method. In practice, many people look for the m value in the m table which has been specified by the codes. But the range of the values of m is so large that it leads to more error. For the reason of this, this paper provide a new method to find out more accurate m value. By the way of modifying the function between the test results of m value and the displacement of model wall, put the m value into the Ansys procedure and calculated iteratively, then it would find the most accurate m value.
在研究三类模型的土与墙体的相互作用时，分别采用了等值梁法、m值法以及Ansys中的接触方法，对等刚度和变刚度模型墙体进行了分析计算，并利用试验数据对计算结果进行了比较。墙体位移以及内力值与试验结果吻合较好，证明数值模拟是合理可行的。其中着重讨论了模型墙体在两端铰接情况下其内力以及变形的特点。从试验数据和计算结果中可发现，墙端铰接以及墙体的刚度变化会给内力以及变形带来显著的影响，产生的横向弯矩在量值上几乎与纵向弯矩相等。在实际工程领域，设计人员在计算地下连续墙体的内力值时，往往不考虑横向弯矩的影响，只是按照构造配筋，这是不妥当的。
此外，本文还对弹性抗力理论中的m值法进行了讨论。在实际当中，设计人员一般都是通过查表的方法来找出m值，而规范给出的m值的范围太大，势必会造成计算上的误差。因此本文通过拟合试验数据，找出m值与土面位移的非线性关系，然后通过模拟软件反复迭代的方法，找出最合适的m值，从而得出较为准确的墙体内力变形值。
On the basis of the experiment, considering the characteristics of interaction between the diaphragm wall and soil, general finite element software Ansys is used to set up three kind of numeral models which based on the theory of ultimate balance, the theory of the elastic compressive resistance and the theory of finite element which considered the elastoplasticity of the soil. And they were calculated with numerical analysis.
The model wall with changeless rigidity and varying rigidity were calculated by the method of equal value beam, the method of m and the method of contact surface in the Ansys software. Compared with the results of the model test, the calculated values of displacements and moments are accurate enough. It is proved that the numerical analysis is feasible. The moments and displacements of the model wall with hinged ends are studied specially. I found that the hinged ends and the varying rigidity can affect the values of moments and displacement very much. The values of transverse moments are almost equal with longitudinal moments. Many engineer often ignored the transverse moments and the reinforcement is designed as constructional reinforcement. Obviously, it isn’t right.
What’s more, this paper has discussed the m method. In practice, many people look for the m value in the m table which has been specified by the codes. But the range of the values of m is so large that it leads to more error. For the reason of this, this paper provide a new method to find out more accurate m value. By the way of modifying the function between the test results of m value and the displacement of model wall, put the m value into the Ansys procedure and calculated iteratively, then it would find the most accurate m value.
引文
[1] 丛蔼森， 地下连续墙的设计施工与应用， 中国水利水电出版社。
[2] 顾慰慈， 挡土墙土压力计算， 中国建筑工业出版社。
[3] C.W.W.NG, D.B.Rigby, G.H.Lei,“Observed performance of a short diaphragm wall panel”,Geotechnique, Vol.49,No.5,681-694
[4] 秦皇岛热电厂海泵房地下连续墙实验报告， 天津大学水资源与港湾工程系。
[5] 刘建起，陈宝珠，铰接变刚度地下连续墙内力探讨，天津大学学报，1996，5
[6] 陆培毅， 基坑支护结构土压力及设计理论的研究， 天津大学博士论文， 2001，5
[7] 叶焱， 淤泥土在被动状态下的破坏机理研究，中国建筑科学研究院博士论文1997，10
[8] 余志成，施文华，深基坑支护设计与施工，P51 , 建工出版社。
[9] 陆培毅，顾晓鲁， 天津港综合业务楼基坑支护设计与监测。
[10] 陈万佳，港口水工建筑物， 人民铁道出版社。
[11] 林文华，介绍用c法计算板桩墙的一种途径，水运工程，1995，7
[12] 范文田，地下桩柱静力计算， 人民铁道出版社。
[13] 胡人礼，桥梁桩基设计， 人民铁道出版社。
[14] 李钧民，m法在悬臂式支护桩设计计算中的应用， 地基基础工程。
[15] 欧颖懿，刘志宏， 两层锚杆地下连续墙设计计算方法， 地基基础，1995，7
[16] 彭明祥，毛艳荣，荷载增量法模拟深基坑开挖过程分析， 广东土木与建筑，1999，3
[17] 毛鹏飞，魏磊， 深基坑开挖中地下连续墙侧向位移计算的变分解法， 岩土工程技术，2000，1
[18] 森重龙马，地下连续墙的设计计算，港工技术资料，交通部第三航务工程局设计处，1976
[19] 李久旺，有锚柔性墙的静力分析，天津大学硕士论文，1985，2
[20] 镇江大港码头板桩水平荷载实验报告（初稿），交通部第二航务工程局科研设计所，1984
[21] 刘楚凡，水平承载力实验研究报告，海洋石油，1980，1
[22] 徐克静，索复珍，朱琴芬，大直径灌注桩的水平承载力和m值选用，冶金建筑研究院总院地基室，1984
[23] 刘建起，周在中，水运工程，1986，6
[24] 陆震铨，祝国荣，地下连续墙的理论与实践，中国铁道出版社，1987
[25] 刘建起，竖向弹性地基梁法中的锚碇点位移计算，中国港湾建设，2000，4
[26] 王瑁成，邵敏，有限单元法基本原理和数值方法，清华大学出版社，1995，12
[27] Richart, F.E.,“Analysis for Sheet-Pile Retaining Walls”, Tran.ASCE. Vol.122, 1957
[28] 刘昭培，张韫美，结构力学，天津大学出版社，1997，3
[29] 赵志缙，应惠清，简明深基坑工程设计与施工手册，中国建筑工业出版社
[30] Tsinker,G.P.,“Anchored Sheet pile Bulkhead : Design Practice” Journal of the Soil and Foundation Division,ASCE,1983 No.8 p 1021-1038
[31] Rowe, P.W.,“Anchored Sheet-pile Wall ”Proceeding of the Institute of Civil Engineering, London, part Ⅰ,Jan,1952
[32] Charles W.W., Ryan W.M.Yan,“Stress Transfer and Deformation Mechanisms around a Diaphragm Wall Panel”, Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering,July,1998
[33] 刘建起，锚碇板位移计算和有关参数的确定，土木工程学报，1996，1
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