装卸粮荷载下半地下楼房仓地基沉降的解析解研究

论文摘要

近年来,随着我国粮食产量的增加,仓储设施得到了比较迅速的发展。许多学者研发了包括地下仓、地下楼房仓在内的各种新仓型,而传统Terzaghi一维渗透固结模型不能准确反映地下楼房仓设施运行下(主要是装卸粮)地基固结过程。因此,针对性的开展装卸粮荷载下地下楼房仓地基沉降机理及数学模型分析显得十分必要和迫切。论文依托国家科技部粮食公益项目“生态储粮新仓型及技术体系开发”(201413007),以海口某半地下楼房仓建设工程实例为例,通过室内试验、理论计算、数理分析、ABAQUS数值模拟等手段,对装卸粮荷载下半地下楼房仓地基沉降机理及其解析解进行研究。具体研究内容及结论有以下几个方面:(1)通过广义梯形荷载傅里叶级数展开式,利用计算软件Maple编写子程序,求解出了装卸粮荷载下非线性一维固结的解析表达式,通过一维固结Terzaghi解验证了该解析解的正确性。基于一维非线性固结解析表达式,对其进行赋值计算,并绘制了矩形、三角形、梯形等循环荷载下地基土的孔压消散曲线。(2)基于地基土的体积变化规律、达西定律、水运动方程以及平衡方程等,考虑了固结系数、大变形等因素对土体固结的影响,在一维非线性固结解析表达式基础上,基于广义梯形荷载的傅里叶级数展开式,借助Maple计算软件,推导出非线性三维固结解析表达式。(3)通过三轴固结试验、三维固结解析解计算、Biot固结方程数值计算等结果进行对比分析,发现两解计算曲线均在试验曲线的上方,而且三维解析解曲线更接近试验曲线。由此可见,针对土体的固结求解计算,三维解析解计算式比Biot固结方程式精确。(4)基于理论计算,运用Abaqus有限元模拟软件,针对饱和土在不同周期、不同作用荷载形式下(恒载、矩形、梯形、三角形)地下楼房仓地基土的沉降与固结过程作数值模拟计算,模拟结果显示:a.地下楼房仓地基沉降量最大值荷载作用形式为恒荷载作用,沉降量最小值荷载作用形式是三角形荷载。b.50年后不同荷载作用下固结度:恒荷载作用下,土体固结达到最大且固结基本完成;矩形荷载作用下,地基固结度达到80%以上;梯形荷载作用情况,地基固结度达到80%;三角形荷载作用时,地基固结度达到60%。c.结合现场监测数据以及模拟结果发现梯形荷载作用形式更符合装卸粮荷载对地基土的沉降、固结情况。论文进一步明晰了装卸粮荷载下地下楼房仓地基沉降演变过程,建立的广义梯形荷载下非线性一维及三维固结解析解具有较好的适用性且精确度较高,有较强的借鉴意义。

论文目录

摘要

Abstract

1 绪论

1.1 引言

1.2 国内外研究现状

1.2.1 循环荷载下固结理论的研究现状

1.2.2 循环荷载下数值模拟研究现状

1.3 研究内容

1.4 技术路线

1.5 论文主要创新点

2 装卸粮荷载下非线性微分固结方程分析

2.1 引言

2.2 Maple软件简介

2.2.1 Maple17 工作界面

2.2.2 Maple17 基本命令

2.2.3 Maple绘图

2.3 装卸粮荷载下一维固结解析解分析

2.3.1 装卸粮荷载的数学表达式

2.3.2 广义梯形荷载的傅里叶级数展开式

2.3.3 计算简图和数学模型

2.4 装卸粮荷载下三维固结解析解分析

2.4.1 三维固结解的形式

2.4.2 广义梯形荷载下的三维固结解析解

2.4.3 不同荷载下三维孔隙水压力的消散曲线

2.5 本章小结

3 装卸粮下地基土固结试验及其参数分析

3.1 概述

3.2 工程实例

3.2.1 地层岩性

3.2.2 地表水与地下水

3.2.3 气象与水文

3.3 试样制备及注意事项

3.3.1 试样制备过程

3.3.2 固结试验操作步骤

3.3.3 注意事项

3.4 固结试验参数分析

3.4.1 土样常规固结加载试验

3.4.2 试验数据处理

3.4.3 压缩曲线

3.5 循环荷载下超固结比对土体固结的影响

3.5.1 试验过程

3.5.2 试验数据分析

3.6 三轴固结试验

3.6.1 试验步骤

3.6.2 数据处理

3.7 本章小结

4 装卸粮下地下楼房仓地基土固结方程解验证分析

4.1 概述

4.2 一维固结解析解与太沙基固结理论对比分析

4.3 三维固结解析解可行性验证分析

4.3.1 传统三维固结理论

4.3.2 三维固结理论与Biot固结理论分析

4.4 本章小结

5 装卸粮下地下楼房仓地基ABAQUS数值模拟分析

5.1 概述

5.2 地基模型

5.2.1 地基模型实例

5.2.2 荷载分析

5.3 理论计算与ABAQUS数值模拟分析

5.3.1 不同荷载作用形式下地下楼房仓地基沉降

5.3.2 不同荷载作用形式下地下楼房仓地基的固结度分析

5.4 本章小结

6 结论与展望

6.1 结论

6.2 展望

参考文献

致谢

个人硕士期间主要研究成果

附录

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 李晓一

导师: 冯永,杜文哲

关键词: 半地下楼房仓,解析解,固结度,数值模拟

来源: 河南工业大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅱ辑

专业: 地质学,建筑科学与工程

单位: 河南工业大学

基金: 国家科技部粮食公益项目“生态储粮新仓型及技术体系开发”(201413007)

分类号: TU433

DOI: 10.27791/d.cnki.ghegy.2019.000144

总页数: 94

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装卸粮荷载下半地下楼房仓地基沉降的解析解研究

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