地基沉降分析的案例
abaqus水泥土樁復(fù)合地基固結(jié)沉降變形分析 ￥5
abaqus水泥土樁復(fù)合地基固結(jié)沉降變形分析
淺談高層建筑地基沉降及控制措施 附GB55003-2021 建筑與市政地基基礎(chǔ)通用規(guī)范下載
引言：
在實(shí)際施工過程中，建筑地基的施工質(zhì)量極易設(shè)計(jì)不周到以及施工工藝不完善等因素的影響，地基的不均勻沉降導(dǎo)致混凝土結(jié)構(gòu)出現(xiàn)不同程度的裂縫，從而對(duì)建筑物的正常使用產(chǎn)生不利的影響。因而加強(qiáng)對(duì)建筑地基不均勻沉降造成的裂縫進(jìn)行分析，滿足建筑地基施工的實(shí)際需求，有助于減少建筑物的安全隱患。
1.地基不均勻沉降引起墻體裂縫
高層建筑的全部荷載最終通過基礎(chǔ)傳給地基,而地基在荷載作用下，其應(yīng)力隨深度而擴(kuò)散，深度愈深，擴(kuò)散愈大,應(yīng)力愈小;在同-深處，也總是中間最大，向兩端逐漸減小。也正是由于土壤這種應(yīng)力的擴(kuò)散作用，使房屋地基產(chǎn)生不均勻沉降。當(dāng)高層建筑修建在淤泥土質(zhì)或軟塑狀態(tài)的粘性土上時(shí)，由于土的強(qiáng)度低、壓縮性大，房屋的絕對(duì)沉降量和相對(duì)不均勻沉降量都可能比較大。如果房屋設(shè)計(jì)的比較大,整體剛度差而對(duì)地基又未進(jìn)行加固處理，那么墻體就可能出現(xiàn)嚴(yán)重的裂縫。當(dāng)房屋地基土層分布均勻，土質(zhì)差別較大時(shí)，則往往在不同土層的交接處或同一土層厚薄不一處出現(xiàn)較明顯的不均勻沉降。造成墻體開裂，其裂縫上大下小，向土質(zhì)較軟或土層較厚的方向傾斜。
2.建筑物沉降觀測
在高層建筑工程中，必須及時(shí)掌握建筑物的沉降情況，以便及時(shí)發(fā)現(xiàn)影響其下沉的原因，這樣不僅能提前采取措施，保障建筑物使用的安全性，還能給往后合理設(shè)計(jì)提供寶貴資料。所以，在現(xiàn)代高層建筑建設(shè)過程中，不管是在施工階段,還是投入使用后，必須進(jìn)行沉降觀測。
2.1布置觀測點(diǎn)
在建筑物沉降觀測中，觀測點(diǎn)的布置與建筑物的大小基礎(chǔ)形式和地質(zhì)條件等方面是息息相關(guān),其位置和數(shù)量能全面的反應(yīng)建筑的沉降情況，所以，通常來講，在現(xiàn)代民用建筑工程中,是沿房屋的周圍每隔6-12m設(shè)立-點(diǎn)另外,在房屋轉(zhuǎn)角及沉降縫兩側(cè)也應(yīng)布設(shè)觀測點(diǎn)。當(dāng)房屋寬度大于15m時(shí)，還應(yīng)在房屋內(nèi)部縱軸線上和樓梯間布置觀測點(diǎn)。
展開 ABAQUS重力式橋臺(tái)地基沉降模型 ￥68
重力式橋臺(tái)地基沉降模型。其中模型總寬度為 74m，總高度為 52m（其中路面結(jié)構(gòu)厚 0.7m）。水位線位于粘土層與圓礫的界面上，即地下 8m 處。橋臺(tái)后的回填料和路堤材料分別分 9 次填筑，然后鋪設(shè)搭板，最后鋪筑路面結(jié)構(gòu)。模擬分層填筑時(shí)橋臺(tái)地基的沉降狀況。
購買后，將會(huì)獲得模型和詳細(xì)的操作步驟文檔。
地基承載力及沉降計(jì)算
應(yīng)力及位移及應(yīng)變結(jié)果如下所示：
3 結(jié)論
通過有限元計(jì)算分析，在上部混凝土基礎(chǔ)作用下，整個(gè)地基沉降為0.12mm，滿足現(xiàn)行規(guī)范限值要求，符合施工條件，可在此地基上進(jìn)行上部結(jié)構(gòu)施工。
計(jì)算設(shè)備：
運(yùn)行時(shí)間：3min
地基承載力及沉降計(jì)算
1 有限元模型的建立
1.1 建立部件
按照要求建立兩個(gè)部件，條形基礎(chǔ)為concrete，尺寸為1m×0.5m；地基為soil，尺寸為10m×20m，如下圖所示。
1.2 材性設(shè)置
將混凝土設(shè)為彈性材料，地基本構(gòu)設(shè)置為摩爾-庫倫本構(gòu)，具體參數(shù)如下圖所示。
(b) soil
圖2 材性設(shè)置
1.3 部件裝配
將concrete和soil兩個(gè)部件裝配為一個(gè)整體，如圖3所示。
1.4 設(shè)置分析步
分析步設(shè)置為通用靜力。
1.5 接觸設(shè)置
concrete和soil之間的接觸設(shè)置為通用接觸。
1.6 邊界條件和荷載
地基兩側(cè)邊界為U1方向固定，底部為完全固結(jié)。在基礎(chǔ)頂部設(shè)置壓強(qiáng)。
1.7 網(wǎng)格劃分
Concrete和soil的網(wǎng)格大小都設(shè)置為0.25。
2 結(jié)果分析
通過有限元軟件ABAQUS計(jì)算，其地基沉降曲線如下圖所示。
展開 地基承載力及沉降計(jì)算
1 有限元模型的建立
1.1 建立部件
按照要求建立兩個(gè)部件，條形基礎(chǔ)為concrete，尺寸為1m×0.5m；地基為soil，尺寸為10m×20m，如下圖所示。
1.2 材性設(shè)置
將混凝土設(shè)為彈性材料，地基本構(gòu)設(shè)置為摩爾-庫倫本構(gòu)，具體參數(shù)如下圖所示。
(b) soil
圖2 材性設(shè)置
1.3 部件裝配
將concrete和soil兩個(gè)部件裝配為一個(gè)整體，如圖3所示。
1.4 設(shè)置分析步
分析步設(shè)置為通用靜力。
1.5 接觸設(shè)置
concrete和soil之間的接觸設(shè)置為通用接觸。
1.6 邊界條件和荷載
地基兩側(cè)邊界為U1方向固定，底部為完全固結(jié)。在基礎(chǔ)頂部設(shè)置壓強(qiáng)。
1.7 網(wǎng)格劃分
Concrete和soil的網(wǎng)格大小都設(shè)置為0.25。
2 結(jié)果分析
通過有限元軟件ABAQUS計(jì)算，其地基沉降曲線如下圖所示。
應(yīng)力及位移結(jié)果如下所示：
計(jì)算設(shè)備：
計(jì)算時(shí)間：20s
展開 地基承載力及沉降計(jì)算
應(yīng)力及位移及應(yīng)變結(jié)果如下所示：
3 結(jié)論
通過有限元計(jì)算分析，在上部混凝土基礎(chǔ)作用下，整個(gè)地基沉降為0.12mm，滿足現(xiàn)行規(guī)范限值要求，符合施工條件，可在此地基上進(jìn)行上部結(jié)構(gòu)施工。
計(jì)算設(shè)備：
運(yùn)行時(shí)間：3min
砂土地基彈性沉降的經(jīng)驗(yàn)估算(Immediate Settlement in Cohesionless Soil)
在方法1中，把英制單位轉(zhuǎn)換為公制單位，輸入SPT值，計(jì)算Tank的彈性沉降；在方法2中，需要輸入土的彈性模量和泊松比，根據(jù)彈性理論計(jì)算出Tank中心點(diǎn)的最大沉降量。后來又補(bǔ)充了Duncan and Buchignani(1976)的估算方法。
現(xiàn)在考慮一個(gè)邊長為2m的正方形基礎(chǔ)，基礎(chǔ)埋深1.5m，基底壓力100kPa, 地基土的SPT N=10，安全系數(shù)取3。不同方法計(jì)算的沉降量如下所示：
3 結(jié)束語
經(jīng)驗(yàn)方法能夠快速地估算砂土地基的彈性沉降，為地基設(shè)計(jì)提供了一個(gè)方向性的指導(dǎo)。對(duì)同一問題，使用不同方法估算出的結(jié)果不同，有時(shí)結(jié)果差異較大，這是因?yàn)槊糠N方法的計(jì)算假設(shè)不一樣，因此作為巖土工程師，必須具有良好的工程判斷力。
展開 樁網(wǎng)復(fù)合地基固結(jié)沉降abaqus文件 ￥5
今天分享一個(gè)計(jì)算復(fù)合地基固結(jié)沉降的abaqus模型。很多初次對(duì)復(fù)合地基建模新手總是會(huì)疲于處理復(fù)雜的接觸問題。如果是帶樁帽的剛性樁，一個(gè)模型的接觸面可能會(huì)有上百個(gè)，很容易出現(xiàn)接觸問題。
模型簡介：樁網(wǎng)復(fù)合地基abaqus模型，cae文件版本為2019，也可以用inp文件生成cae文件，這個(gè)對(duì)版本沒有要求。模型分析的目的是得到填土過程中地基固結(jié)沉降，模型各部分尺寸如下圖。
網(wǎng)格劃分后的模型如下圖所示。建模時(shí)候建立了很多個(gè)樁間距的模型，因此
土工格柵embedded在墊層內(nèi)，實(shí)際上的格柵的網(wǎng)格尺寸很小，不可能按照實(shí)際尺寸進(jìn)行建模，可以采用單位長度范圍內(nèi)的格柵抗拉剛度等效的方法方法格柵的尺寸。
模型中解除對(duì)共有194對(duì)接觸對(duì)，下圖中204包含了模型計(jì)算過程中為實(shí)現(xiàn)填土加載設(shè)置的kill單元體操作，見interaction管理器的最后幾欄。
模型接觸對(duì)處理技巧：先用“Find contact pairs” 自動(dòng)搜索接觸對(duì)，注意看第一列，他是以兩個(gè)part名加短橫線命名接觸對(duì)，短橫線之前的是主面，短橫線之后是從面。樁網(wǎng)復(fù)合地基中，樁由于剛度較大，必須是主面，根據(jù)這一點(diǎn)要求，選中樁名字在后的接觸對(duì)，然后點(diǎn)擊切換主從面，點(diǎn)擊一次就行，點(diǎn)擊完成后接觸面名稱不會(huì)變，但是主從面已經(jīng)對(duì)換了。
分析完成后結(jié)果如下圖，其他細(xì)節(jié)可以從模型中查看。
展開 GeoStudio工程應(yīng)用實(shí)例之58 大壩地基快速沉降
GeoStudio工程應(yīng)用實(shí)例之58 大壩地基快速沉降（中仿視頻操作和中文PPT說明文件）
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基于Ansys的路基沉降可靠性有限元分析
1引言
路基的沉降計(jì)算和預(yù)測在道路工程中有著十分重要的意義，解決軟基路堤沉降問題，是高速公路設(shè)計(jì)與施工的關(guān)鍵所在。土體是在人類無力控制的條件下形成的，其性質(zhì)表現(xiàn)出很大的變異性川。大量試驗(yàn)、統(tǒng)計(jì)表明，土性參數(shù)的變異系數(shù)遠(yuǎn)比一般的人工材料大。在地基沉降計(jì)算方面，概率分析方法可以較好地反映地基土的不確定性。目前地基沉降可靠度分析方法主要有兩類:一是直接法進(jìn)行的沉降可靠度分析，但過于簡單;二是基于隨機(jī)有限元的地基沉降概率計(jì)算方法，理論比較復(fù)雜，不易掌握。所以，如何把現(xiàn)有的有限元軟件用于路基沉降的可靠度計(jì)算是很有實(shí)際意義的。
ANSYS是一個(gè)功能非常強(qiáng)大的有限元分析軟件。已經(jīng)有學(xué)者使用ANSYS的概率分析功能，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面做過研究。本文旨在運(yùn)用ANSYS的概率分析功能，對(duì)路基沉降可靠度進(jìn)行探討，并通過一個(gè)算例說明其方法的可行性。對(duì)其它工程的可靠性計(jì)算有一定的指導(dǎo)意義。
2可靠性計(jì)算理論
簡言之可靠性就是指目標(biāo)值小于某一個(gè)允許值的概率，按可靠性理論中的功能函數(shù)建立方法，如基本變量由X1，X2……，Xn組成，Q為基本變量的函數(shù)，功能函數(shù)可表示為
Q=f（X）=u0-u（X）
式中，u0為允許值，u為計(jì)算值，在概率極限狀態(tài)設(shè)計(jì)理論中，極限狀態(tài)方程為
f（X）=u0-u（X）=0
因而求解可靠性就是求極限狀態(tài)函數(shù)f（X）≥0的概率。
3模型建立及計(jì)算討論
3.1確定性模型
路基有限元模型如圖1所示，上部分為路堤，下部分為路基。路基的高度為8m，路基的長度為20m，路堤的高度為3m，路堤頂半寬為3m，邊坡比為1：1。采用ansys的8節(jié)點(diǎn)PLANE183單元模擬，考慮其大變形影響。使用完全牛頓-拉弗森算法。
不考慮土體的排水固結(jié)，按總應(yīng)力法計(jì)算。
展開 
一種粉塵顆粒沉降室，在混冷風(fēng)、噴冷卻水的作用下，沉降效率大小模擬分析 ￥20
1、 模型簡介及計(jì)算參數(shù)
本次模擬對(duì)象為微硅粉沉降室，微硅粉粒子的沉降效率，進(jìn)口管道和沉降室內(nèi)冷氣及冷卻水液滴的混合分布狀態(tài)，三維模型見圖1。
沉降室設(shè)計(jì)要點(diǎn)：（1）沉降室尺寸長度（L）與高度（H）：
u: 氣流水平速度（通常0.3~1 m/s，防湍流）。確保顆粒在沉降室內(nèi)有足夠時(shí)間沉降：
(2) 氣流分布進(jìn)口設(shè)計(jì)：采用漸擴(kuò)管（擴(kuò)張角≤15°）或?qū)Я靼澹苊庵苯記_擊沉降區(qū)。均流裝置：增設(shè)多孔板或格柵，使斷面速度偏差≤20%。
（3）氣流速度（u）：上限：防止已沉降顆粒再飛揚(yáng)（通常 umax≤1m/s），下限：避免設(shè)備體積過大（經(jīng)濟(jì)性權(quán)衡）。
（4）溫度影響：高溫氣體需修正黏度μ（如200℃空氣黏度比常溫高23%），降低 vs
圖1 三維模型
計(jì)算參數(shù)如下：標(biāo)況下煙氣風(fēng)量為240000m3/h，溫度800℃，工況風(fēng)量為943296m3/h，煙氣進(jìn)口管道風(fēng)速為16.3m/s；各冷風(fēng)主管風(fēng)量為15000m3/h，冷風(fēng)主管風(fēng)速為16.93m/s；粉塵濃度為8g/Nm3，其中70%微硅粉粒徑為0.3μm，粉塵容重為200kg/m3。流體密度為0.4043kg/m3；冷卻水用量為3t/h，采用DPM模型計(jì)算冷卻水液滴分布狀態(tài)，冷卻水噴嘴模型進(jìn)行簡化，選solid-cone，擴(kuò)散角55°，噴槍示意如圖2所示。
CFD模擬：檢查氣流均勻性（速度云圖）和顆粒軌跡（DPM模型）。
經(jīng)驗(yàn)公式對(duì)比：如L/H 比值通常取3~5（粗顆粒）或5~10（細(xì)顆粒）
圖2 噴嘴噴水方向示意圖
展開 單邊袋除塵器模擬分析，給出粉塵在進(jìn)口煙道內(nèi)的重力沉降分析結(jié)論 ￥15
針對(duì)該袋除塵器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，為了保證袋除塵器各袋室分風(fēng)及袋室內(nèi)流場的均勻性，CFD數(shù)值模擬按照設(shè)備實(shí)際尺寸 1:1 的比例建立，主要完成數(shù)值模型建立、網(wǎng)格劃分、邊界條件確定、數(shù)值計(jì)算、結(jié)果分析等內(nèi)容，并添加合適的導(dǎo)流板使其滿足要求。
按照袋除塵器圖紙大小以1：1建立三維模型，模型如下：
圖1 袋除塵器模型
圖中a1~a5為各個(gè)提升閥口的流量監(jiān)測面。
計(jì)算參數(shù)如下，總煙氣量為65131 m3/h，煙氣溫度為190℃；
煙氣進(jìn)口邊界條件為速度進(jìn)口（velocity-inlet）；
煙氣出口outlet邊界條件為壓力出口（pressure-outlet），壓力值為0 Pa；
濾袋設(shè)置為多孔介質(zhì)（porous zone）；
本次模擬湍流模型采用標(biāo)準(zhǔn)k-e模型，湍流流場的計(jì)算采用有限體積法離散控制方程，算法采用Simple算法，對(duì)流項(xiàng)采用一階迎風(fēng)格式，近壁面采用壁面函數(shù)法處理。假定流體是不可壓縮的，作定常流動(dòng)。
經(jīng)CFD模擬，本項(xiàng)目袋除塵器運(yùn)行時(shí)的流線圖如下：
圖2 速度流線圖
各個(gè)袋室的煙氣流量如下：
圖3 各監(jiān)測面流量
從速度流線圖可以看出，煙氣進(jìn)入除塵器后，經(jīng)過進(jìn)口導(dǎo)流板的導(dǎo)流作用，煙氣相對(duì)均勻的向下流動(dòng)，靠近進(jìn)口袋室處斜煙道內(nèi)風(fēng)速在8m/s~11m/s之間（箭頭處）；煙氣進(jìn)入各袋室灰斗后經(jīng)過灰斗導(dǎo)流板進(jìn)行擴(kuò)散，煙氣較為均勻地向上流動(dòng)進(jìn)入袋室，各個(gè)袋室煙氣量與平均流量的最大偏差約為1.54%。根據(jù)重力沉降速度的斯托克斯表達(dá)式：
展開 地下采礦引起的地表沉降分析
1 引言
地下采礦引起的地表沉降和破壞是采礦工程設(shè)計(jì)和運(yùn)行時(shí)必須考慮的一個(gè)問題, 而引起地表沉降的原因則是由于各種因素之間復(fù)雜的相互作用。Laubscher (2000年)開發(fā)了一種經(jīng)驗(yàn)方法來預(yù)測崩落作業(yè)造成的地表沉降。該方法基于MRMR分類系統(tǒng), 它將預(yù)測的崩塌角與MRMR、開采深度和開采寬度聯(lián)系起來。
本公眾號(hào)過去的文章中，僅有三篇討論了地表沉降：
采礦引起地表沉降的影響因素
崩落采礦誘發(fā)地表沉降預(yù)測的經(jīng)驗(yàn)方法(Caving Angle)
地表沉降工程: 理論與實(shí)踐(By Syd S. Peng)
2 問題的提出
隨著礦山開采深度的不斷增加，采場采動(dòng)壓力和地表塌陷問題日益突出，有些礦山的地表塌陷問題非常嚴(yán)重，幾十米深的地表陷坑隨時(shí)可能對(duì)地下開采和周圍的生態(tài)環(huán)境造成災(zāi)難性破壞，從而增加了建設(shè)綠色礦山的阻力。另外，一些礦山已經(jīng)由原來的露天開采逐漸轉(zhuǎn)為地下開采，這些礦山面臨著采動(dòng)壓力和地表塌陷的雙重危險(xiǎn)。當(dāng)露天開采轉(zhuǎn)為地下開采時(shí)，露天開采的范圍部分或全部置于地下開采范圍的頂上，這將對(duì)地下開采形成潛在的危險(xiǎn)。許多大型露天開采礦山在達(dá)到一定開采深度后,逐漸由露天開采轉(zhuǎn)向地下開采, 比如Chuquicamata礦和Palabora礦, 在這種情形下,地下開采活動(dòng)會(huì)直接影響原露天采礦的邊坡穩(wěn)定性, 一個(gè)典型的例子是Palabora礦, 在由露天開采專為地下崩落采礦法后, 于2005年在西面的邊坡發(fā)生了大規(guī)模的破壞, 如下圖所示. Chuquicamata礦于2020年開始轉(zhuǎn)入地下開采, 今后也可能面臨著同樣的狀況.
展開 [案例分析]STARCCM+入門系列之——混合物沉降
最終結(jié)果如下：
水體積分?jǐn)?shù)分布
水沉降到箱底部，由于比水輕，乙烷移動(dòng)到箱頂部。
流體域中點(diǎn)處的水和乙烷的體積分?jǐn)?shù)各自穩(wěn)定到預(yù)期的值
0.0
和
1.0。這一結(jié)果清晰地表明，求解穩(wěn)定且已收斂。
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