基于弦线模量的有限元实现及其应用分析

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传统的地基沉降计算方法,在计算地基沉降时会引起很大的误差,对于工程有相当大的影响。然而由焦五一提出的弦线模量法,对于不同的土性、变形阶段、地区和变形情况有着广泛的适应性。随着对弦线模量法进一步的计算应用,发现成果中的计算软件都是基于分层总和法编制的,其只能给出地基的总沉降值,并不能给出整个地基的应力场和变形场,这样无法满足日益发展的工程实践需要。因此,研究可以实现整个相关区域地基的变形场、模量场与应力场的有限元程序具有深刻的意义。  为了进一步推动弦线模量的计算改进和应用,本文以弦线模量的相关理论为基础,将弦线模量与有限元法相结合,研究、编制相应的有限元程序,该程序突出特点是可以进行黄土地基模量场和变形场的分析。研制的有限元程序算法实现中,首先通过弹性有限元计算单元应力,然后根据单元应力调用弦线模量子程序确定各单元的弦线模量值,通过弦线模量重新计算相应的单刚矩阵、组装总刚矩阵,求解并得到地基的整个变形场和模量场。  结合黄土地基沉降研究,以西安理工大学家属区某点式住宅的地基沉降实际工程为例,运用已编制的弦线模量有限元程序对其进行地基沉降变形计算分析,可得到该地基沉降变形场、应力场和模量场,并将计算值和实测值进行对比,验证了弦线模量有限元程序计算的合理性、适用性和先进性。  结合黄土地基湿陷变形的研究,将已编制的有限元程序进行改进,对西安交通大学模拟地下水上升4号浸水荷载试验和兰州西固浸水荷载试验等一系列已有试验进行有限元计算分析,在计算得出其湿陷变形的基础之上,给出了浸水荷载试验的变形场和模量场,并将计算的湿陷变形值与实测值进行对比,再次验证了该程序的合理性、适用性和先进性。  本研究基于弦线模量和有限元法提出的计算分析方法,可以通过计算得到黄土地基的应力场、变形场和模量场,可以分析和研究地基整个区域的变形情况和模量分布,对于推动黄土地基变形分析具有重要的理论指导意义。
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