談Plaxis 在大面積軟土沉降分析中的應用

張 薊

(上海港灣軟地基處理工程(集團)有限公司，上海 200093)

0 引言

沉降量和差異沉降量控制是在大面積軟土地基上建造建筑物問題中的關鍵。因此，合理控制沉降量非常重要。所以在大面積軟土地基處理中，沉降計算方法及其準確程度相當關鍵，不僅可以保證建筑物的安全，也可以節約投資造價。筆者在此引入了Plaxis有限元分析軟件，對大面積軟土模型構建及沉降模擬分析，并對常用的沉降計算法進行分析與探討。

1 沉降計算方法分析

1.1 Plaxis沉降計算原理

Plaxis是一個專門用于各種巖土工程問題中變形和穩定性分析的二維有限元計算程序。實際問題可以通過平面應變或者軸對稱模型模擬。程序使用簡捷的圖形界面，方便用戶根據代表性斷面，快速生成幾何模型和有限元網格。

用Plaxis進行沉降模擬及計算，是Plaxis通過幾何模型的建立，將應力應變關系聯系起來，通過有限元分析計算，得出水平及豎向位移值，并視豎向位移最大值為模擬計算沉降值。Plaxis中有7種材料模型，此處筆者選用的Mohr-Coulomb模型，需要說明的是，Plaxis包括軟土模型，不過該模型最適宜于初始壓縮時的情形，可以理解為該初始壓縮即軟土的瞬時沉降，由于瞬時沉降在大面積軟土沉降中可以忽略不計(具體分析見1.2)，則該模型不適合大面積軟土沉降模擬。

1.2 大面積軟土沉降計算方法

深厚軟粘土含水量較高，并含有機質，壓縮性很高，根據其沉降特性，可按時間階段法進行計算更為符合實際情況。時間階段法認為，在荷載作用下，地基沉降隨時間的變化，經歷三種不同的階段，即地基的線沉降S是由瞬時沉降Si、主固結沉降Sc和次固結沉降Ss三個部分組成。

瞬時沉降是在很短的時間內完成，是土骨架的彈性變形。對于飽和軟粘土，瞬時沉降可以忽略不計。主固結沉降是指在荷載作用下，隨著土孔隙水分的逐漸擠出，土體逐漸壓密而產生的沉降，飽和軟粘土含水量較大，故主固結沉降為其主要沉降來源。并且對于高壓縮性粘性土，次固結沉降是一個不能忽略的問題。

由上述分析可知，深厚軟土的沉降主要來源于主固結沉降與次固結沉降，即S=Sc+Ss。

假設某大面積場地軟土層厚6.0 m，附加荷載為30 kPa，軟土層土性指標見表1，軟土層的土性指標按軟土的標準定義及工程經驗取值。

表1 軟土層模擬參數表

軟土層沉降計算表見表2。

表2 軟土層沉降計算表

主固結時間取300 d，次固結時間取20年，即7 300 d，則次固結沉降為:則該場地軟土層在30 kPa附加荷載條件下總沉降S=Sc+

Ss=0.33+0.03=0.36 m。

1.3 Plaxis沉降計算

在Plaxis程序構建幾何模型，并在材料模型中輸入同樣的土性參數，模型選擇Mohr-Coulomb。對幾何模型進行程序初始化，生成15-Node的有限元網格，通過Plastic類型計算，最后輸出有限元分析模擬文件，其結果見圖1。

由Plaxis程序模擬出的豎向位移曲線圖可知，該幾何模型豎向最大位移為0.313 m，與沉降計算值0.36 m相差0.05 m。

2 計算結果分析

由第1節計算結果可知，Plaxis程序模擬的沉降值與計算值基本吻合，通過對軟土幾何模型的構建和模擬，可以幫助我們更清楚的認識其沉降情況真正分布，及更高的自信進行沉降判斷。其中，相差值0.05 m，主要來源于兩個方面:1)Plaxis程序模擬的沉降值為主固結沉降，不包括次固結沉降;2)影響Plaxis程序的沉降模擬參數中，除壓縮模量Es外，內摩擦角φ與粘聚力c也有相當大的影響，這就使得模擬過程更為復雜，模擬結果更為精確，亦更接近實際情況。

3 結語

通過采用Plaxis程序對軟土層在一定荷載作用下的沉降模擬分析可以看出，Plaxis模擬沉降值結果與計算值基本吻合，是可以進行沉降模擬的，由于軟土的特殊性質，以及實際工程中工況的不同、軟土本身的特殊土性，Plaxis在沉降模擬方面，尤其是最終的沉降值選取、參數的選定等方面，還需大量工程數據進行對比總結。

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