第３２卷第ｌＯ期 Ｖｏ１＿３２ Ｎｏ．１０ 建筑施工 ＢＵＩＬＤＩＮＧ ＣＯＮＳＴＲＵＣＴＩＯＮ 大型格形地下连续墙墙土相互作用 机理的数值模拟分析 Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ Ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ Ｍｅｃｈａｎｉｓｍ ｏｆ Ｓｏｉｌ Ｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎ ｉｎ Ｌａｔｔｉｃｅ Ｓｈａｐｅｄ Ｄｉａｐｈｒａｇｍ Ｗａｌｌ 口 左玉柱 徐伟 李响 （同济大学建筑工程系 上海２０００９２） 【摘要】通过三组数值模型Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３，研究了格形地下连续墙的墙土作用机理以及墙体尺寸的变化对作用在墙体不同 部位的土压力强度影响情况。经与离心模型试验结果相比较，得出了一致的结论。 【关键词】格形地下连续墙 数值模拟 墙土作用机理 离心模型试验 【中图分类号】ＴＵ７５３．８ ／文献标识码 Ｂ 【文章编号】１００４—１００１（２０１０）１０—１０７２－－０２ １ 研究背景 在大型港务工程中，格形地下连续墙作为一种悬臂式的 挡土结构，已被广泛应用在永久使用阶段。在上海地区已建 的多个大型船坞工程中，格形地下连续墙的设计与施工已积 ／ ７接触肘 挖５ 土１ ／ ／ ／ ／ 接触砖＿＿－ ／／ 、－｜ ／ ／ ／ 菇触 挖ｌ 累了不少实践经验。但是，目前格形地下连续墙的设计主要 还是参照重力坝式挡土墙的设计方法，因而对格形地墙前、 后墙问的土体受力形态，目前在理论上尚缺乏一定的认识。 本文在离心试验模型研究的基础上采用数值模拟，进一步研 隔墙间土体 ／ ／ ７接触对。 ／ ／ ／ ／ 基底土体 图１墙体与开挖侧土体接触面设置示意 究墙体尺寸改变对墙土相互作用机理的影响情况，并与采用 离心模型的试验结果进行了比较验证。 模型 前墙 表１三维数值模型分组 后墙 １ １ １ ２３ ２３ ２３ 隔墙 前后墙 隔墙 开挖 １ １ １ ２１ ２１ ２１ １３ ８ １３ ７．２ ７．２ １２ １０ １０ １０ ２模型建立 ２．１ 墙与土体间接触算法的实现 厚度 深度 厚度 深度 厚度 深度 内边距 间距 深度 Ｍ１ １．０ Ｍ２ １．０ Ｍ３ １．Ｏ ２５ ２５ ２５ 本文重点研究了格形地下连续墙在前、后墙内外表面以 及隔墙两侧面的位置上与土体设置的接触关系。根据大量工 注：表中数值单位为ｉｎ 程的实测结果分析，地下连续墙底部的位移一般都很小，故 本文中对格形墙体底部与土体采用绑定约束，即使两者的变 形协调。对接触面的摩擦计算理论采用了最常用的Ｃｏｕｌｏｍｂ 摩擦定律：一ｒ＝ Ｐ，墙体接触面的设置见图１所示。 ２＿２模拟组数设计 ３数值模拟结果分析 ３．１模型Ｍ１结果分析 图２～图４为基本模型Ｈ１地基土压力未开挖、开挖 ５ ｍ、开挖１Ｏ ｍ三个工况结果示意图。 为了研究前后墙间距及隔墙间距的改变对墙土作用机 理影响情况，本文中设置了三个数值模型，其具体尺寸见表 ｌ。 基金项目：上海市科学技术委员会科研计划项目０８２０１２０１ １０２。 编号： 嫠 【作者简介】左玉柱（１９８２一），男，硕士研究生。联系地址：上海 市四平路１２３９号（２０００９２ ｏ 【收稿日期】２０１０—０９—０９ ・图２ 未开挖时的土压力 ｌ０７２・ １０／２０１０ 左玉柱、徐伟、李响：大型格形地下连续墙墙土相互作用机理的数值模拟分析★ 第１０期 表３知，模型Ｈ１前墙内侧的土压力值在相同位置上都较模 型Ｈ２的值较小。以上分析表明，随着前后墙间距的减小，作 用在前墙内侧的土压力有减小的趋势，而作用在后墙内侧的 昌 一 土压力则有增大的趋势。比较数值模型Ｍｌ和Ｍ３隔墙间距 的变化，发现前后墙内侧土压力没有明显的变化规律，且其 数值较接近。 避 综上所述，随着格形墙体尺寸的改变，作用在墙体各部 图３开挖５ｍ时的土压力 图４开挖ｌｏｒｅ时的土压力 分的土压力变化规律是相同的，且其值的变化幅度很小。由 此可以得出，作用在格形墙体不同部位上的土压力可以不考 从图２中可以看出，在土体未开挖时土压力沿深度方向 基本成三角形分布，并与理论计算的静止土压力分布相近 似，表明数值模拟计算结果具有合理性，能反映作用在墙体 上的土体强度分布情况。从图３、４则中可以看出：开挖５ ｍ 和１０ ｍ工况时，其土压力变化趋势是一样的。但前墙外侧 （被动区）的土体强度发展很快，其值都大于前墙内侧的土压 力，而前墙内侧的土压力却都明显小于后墙内侧的土压力 值，这与离心模型试验得出的结果相一致，表明作用在前墙 内侧的土体趋于主动，作用在后墙内侧的土体趋于被动，前 后墙间的土体起到了力的传递作用。 从分析作用在墙体同一侧土压力在不同开挖工况下的 变化情况可知，随着开挖深度的增加，其作用在墙体上土压 力值都在减小，其变化规律与离心模型的试验相一致。 ３＿２不同模型下的墙土作用机理分析 为了研究前后墙间距以及隔墙间距的变化对作用在墙 体不同部位土压力影响情况，在表２、表３中列出了模型Ｈ２、 Ｍ３在前后墙内侧、不同开挖工况下的地基土压力与模型Ｈ１ 的对比情况。 表２不同模型前墙内儇Ｉ土压力 深度 未开挖（ｋＰａ） 开挖Ｓｍ（ｋｐａ） 开挖ｌＯｍ ：ｋＰａ） ｍ Ｍ１ Ｍ２ Ｍ３ Ｍ１ Ｍ２ Ｍ３ Ｍ１ Ｍ２ Ｍ３ ７．５ ７５ ７０ ７０ ５９ ５６ ５９ ４７ ４４ ３５ １Ｏ １０７ １０３ １００ ７７ ７５ ７７ ５４ ５５ ５５ １５ １５８ １５７ １５５ １３４ １３４ １３４ １０３ １０６ １０８ ２２．５ ２３４ ２２５ ２３２ ２３１ ２２０ ２３１ ２２７ ２１６ ２２６ 表３不同模型后墙内侧土压力 深度 未开挖（ｋＰａ） 开挖５ｍ＇ ：ｋＰａ） 开挖ｌＯｍ（ｋＰａ） １７１ Ｍ１ Ｍ２ Ｍ３ Ｍ１ Ｍ２ Ｍ３ Ｍ１ Ｍ２ Ｍ３ ７．５ ７４ ７１ ７０ ７２ ６６ ６７ ６９ ６２ ６３ １０ １０７ １０３ １Ｏ１ ９５ ８９ ９１ ８８ ８１ ８４ １５ １５８ １５７ １５５ １４１ １３７ １４２ １２８ １２２ １３２ ２０ ２１４ ２１３ ２１Ｏ １８８ １８３ １９１ １６６ １５６ １７８ 整体上从表２和表３中可以看出，在不同开挖工况，数 值模型Ｈ２、Ｈ３的墙体内外侧土压力值与数值模型Ｈ１的值 都很接近，其变化幅度都在土１０％范围内。 具体分析表２中不同模型后墙内侧的土压力变化情况 可以得出，不论是开挖５ ｍ还是开挖１Ｏ ｍ后的工况，模型 Ｍ１后墙内侧的土压力值都较模型Ｈ２的值来的大：相反，由 虑格形墙体尺寸变化的影响。这与离心模型的试验结果相一 致。 ４结论 通过对格形地墙数值模型Ｈ１、Ｍ２、Ｈ３墙土作用机理的 结果分析，可以得出以下结论： （１）通过对数值模拟地基土的计算结果分析，得到基本 与离心模型试验结果相一致的结论： （２）随着土体开挖深度的加深，墙体内外侧的土压力都 是减小的；对于同一模型不同开挖工况，前墙内侧的土压力 都比后墙内侧的土压力值要小，表明了前后墙间的土体作用 在前墙和后墙上的土压力强度分别有主动和被动的变化趋 势； （３）对三个数值模型土压力强度的对比分析表明，改变 前后墙和隔墙的间距对作用在墙体上土压力强度影响很小， 说明格形地墙尺寸的改变不是影响墙土相互作用的敏感性 因素。 参考文献（略） （上接第１０５９页） 测校；以千斤顶组进行构件校正纠偏，以临时装配板和高强 螺栓作临时固定；适时采用ＧＰＳ定位系统进行定位复核。 焊接专项技术路线为：以二氧化碳气体和药芯焊丝双重 保护半自动焊为主，手工焊为辅，进行节点焊接施工。根据焊 接规程和焊接工艺评定要求，采用电加热和火焰加热进行焊 接部位的预热处理；摸索焊接变形规律，优化焊接顺序，对称 施焊，严格控制焊接质量和焊接变形；必要时采取后热和保 温措施，并及时进行焊缝无损检测。对超限的缺陷，按规定的 修复工艺进行返工处理。 ５结论 通过以上工程实例的分析，钢结构施工技术的研究必 须建立在多因素分析的基础上。这些因素包括了本身的结构 特点、施工环境、施工设备、施工技术能力等诸多方面。只有 统筹考虑了各方因素，制定的施工技术路线才能满足安全可 靠、经济合理的要求。