堆煤場地擋墻數值模擬分析

林煥玲 胡華杰

(青島建國工程檢測有限公司，山東 青島 266000)

0 引言

儲煤場作為煤炭的主要儲存場地，經常出現堆載甚至超載現象。儲煤場地樁基礎在煤炭長期堆載作用下可能發生較大側向變形，使得樁身產生較大附加彎矩，從而對擋墻樁基承載能力及穩定性產生不利影響，尤其在軟土場地中此種堆載效應對樁基影響更為顯著[1-3]。這樣，針對軟土場地中長期堆煤荷載作用下的樁基受力及變形特性進行研究，對于相關巖土工程設計及實踐具有重要的指導作用與參考價值[4-7]。

1 數值計算模型建立

幾何尺寸如下：煤場直徑120 m，高度17 m，圓煤場結構自重及煤場堆煤量約20萬t。根據煤場具體情況，場地幾何模型如圖1所示。擋墻及其樁基模型如圖2所示。計算只考慮材料自重和堆煤荷載。

有限元計算模型土體四周分別約束徑向和環向位移，底部為全約束，即三個方向的位移均約束；樁底部與土體為硬接觸，樁身與土體為摩擦接觸。本計算分析模型采用8節點和6節點實體單元。采用ABAQUS有限元軟件進行計算分析以及后處理。

2 計算結果及分析

2.1 土體的受力及變形

在結果處理中，結果顯示采用局部坐標系，即坐標原點在筒倉中心的柱坐標系：Z方向為豎直向下(方向3)，R為徑向方向(方向1)，T方向為環向方向(方向2)，以下均如此，不再累述。所有圖中變形的單位為m，應力的單位為Pa。

由圖3可以看出：在模型堆煤范圍內，土體均有沉降，最大沉降發生在堆煤最高處，最大沉降為541.5 mm；煤廠外區域沉降很小。

2.2 樁體的內力及變形

2.2.1樁體的變形

由圖4可以看出：樁的最大徑向位移發生在樁底位置，約為110 mm(徑向以指向遠離筒倉中心的方向為正向)，樁頂徑向位移較小。

2.2.2樁體的彎矩和軸力

本計算模型是18°模型，共有12根樁，模型為對稱模型，故樁體軸向應力分布基本無差異。在下面的結果整理中選取中間一排樁(沿同一徑向的兩根樁稱為一排，其中靠近堆煤區的樁稱為內側樁，另一根稱為外側樁)進行分析。通過圖5，圖6可知：外側樁軸力隨深度增加逐漸減小，最大軸力發生樁頂的位置，內側樁軸力先隨深度增加而增大，達到最大值后隨深度的增加而減小；外排樁最大軸力為2 621 kN，內排樁為2 426 kN。內側樁和外側樁彎矩最大值均發生在樁頂位置，內側樁樁身最大總彎矩為1 235 kN·m，外側樁樁身最大總彎矩為1 919 kN·m。

2.2.3樁身的變形

仍選取2.2.2中的一排樁統計其水平徑向位移，其水平徑向變形隨樁深的變化如圖7所示，由圖7可知，在樁頂位置，內外側樁徑向位移均較小，隨著樁深的增加，內外側樁的水平徑向位移均不斷增大。外側樁在樁底位移最大，約為93 mm；內側樁在深度為22 m處位移最大，約為110 mm。

3 結語

本文以某堆煤場地擋墻—樁基體系為具體工程背景，采用大型通用數值平臺ABAQUS，通過建立地基—群樁—擋墻體系三維彈塑性數值計算模型，對既定場地群樁基礎方案進行受力變形分析和安全性評價，計算結果與分析表明：外側樁軸力隨深度增加逐漸減小，最大軸力發生在樁頂的位置，內側樁軸力先隨深度增加而增大，達到最大值后隨深度的增加而減小。樁頂位置，內外側樁徑向位移均較小，隨著樁深的增加，內外側樁的水平徑向位移均不斷增大。