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目前，采用平面應(yīng)變有限元來分析砂井地基已獲得越來越廣泛的認(rèn)可。通過平面應(yīng)變問題和軸對(duì)稱問題之間的等效轉(zhuǎn)換，將砂井地基轉(zhuǎn)換為砂墻地基來處理，可以降低原本的砂井地基三維有限元分析的工作量。因此，由砂井到砂墻的等效方法和砂井的平面應(yīng)變有限元分析是砂井地基計(jì)算分析的兩個(gè)關(guān)鍵。
然而，對(duì)于一些大型復(fù)雜的工程，若同時(shí)考慮砂井地基的涂抹作用和井阻作用，常規(guī)的有限單元法的計(jì)算規(guī)模仍顯龐大，計(jì)算自由度數(shù)可能達(dá)到幾萬甚至是幾十萬個(gè)。因此，在不降低計(jì)算精度的前提下，對(duì)現(xiàn)有單元進(jìn)行改造，以有效地減少模型的單元數(shù)和節(jié)點(diǎn)數(shù)，使平面應(yīng)變有限元計(jì)算更加有效、快捷是非常必要的。
本研究正是基于這樣的思考提出砂墻組合單元的。分析表明，由于常規(guī)有限元法要求一個(gè)單元中只包含一種材料，因此大多數(shù)由其所建立的模型的單元數(shù)和結(jié)點(diǎn)數(shù)過多的原因是局部區(qū)域由于材料性狀的差異，而被分別劃分為不同的單元。對(duì)于一些復(fù)雜結(jié)構(gòu)，為簡(jiǎn)化分析、節(jié)約分析時(shí)間，有時(shí)也采用一定的等效方法將材料均勻化來解決這個(gè)問題。在砂墻地基中，砂墻和涂抹區(qū)的材料性質(zhì)不同、作用也截然不同。如果采用常規(guī)有限元法，需分別剖分單元，將會(huì)造成計(jì)算規(guī)模過于龐大、計(jì)算費(fèi)用高，且由于計(jì)算量大，計(jì)算精度也不一定能保證。
如果采用材料均勻化的方法，將涂抹區(qū)均勻化到砂井區(qū)和相鄰?fù)翆樱瑒t會(huì)導(dǎo)致較大的模型誤差。因此，需要一個(gè)新的思路來解決這個(gè)問題。本研究的砂墻組合單元對(duì)常規(guī)等參元進(jìn)行改進(jìn)，把目前比較成熟的組合單元法引入到砂墻地基的分析中來，在單元體內(nèi)部考慮砂墻的涂抹作用和井阻作用。在保證有限元分析精度的前提下，有效地控制了單元數(shù)和結(jié)點(diǎn)數(shù)，這樣能夠較大減少分析的工作量，從而克服了常規(guī)有限元法在計(jì)算砂墻地基時(shí)單元數(shù)和結(jié)點(diǎn)數(shù)過多的缺點(diǎn)，也避免了材料均勻化解決方法所帶來的模型誤差的缺陷。
Hird在不考慮地基的側(cè)向變形的前提下，提出單個(gè)砂墻考慮井阻作用的解答。該解答的平均固結(jié)度較為理想，但水平向孔壓變化與真實(shí)情況相差較大，且不能考慮土體性狀隨深度的變化。Hird進(jìn)一步考慮了土體的非線性、土體性狀隨深度的變化以及加載歷史。該解答的水平向孔壓變化較為理想，但仍不能考慮地基的側(cè)向變形。Chai提出單個(gè)砂墻考慮井阻作用下的解答，該解答的水平向孔變化較為理想。B.Indraratna重點(diǎn)考察了砂墻的涂抹作用，并提出了多個(gè)砂墻在涂抹、井阻作用下的解答。多個(gè)砂墻的分析使解答更加有效地模擬沉降、孔壓和側(cè)向位移。趙維炳在考察砂墻涂抹、井阻作用的基礎(chǔ)上，重點(diǎn)考察了砂墻的側(cè)向變形和豎向滲流。
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