采动变形作用下建筑物基础与地基相互力学作用

论文摘要

开采沉陷引起地表移动变形，由于建筑物与地表移动变形不一致导致建筑物损害。为研究受采动影响的建筑物基础与地基的相互力学作用，本论文在参考大量国内外研究资料的基础上，分析了地下开采引起的地表变形对建筑物的影响，综合运用开采损害学、土力学、材料力学等多学科知识推导出地表曲率变形和水平变形作用下建筑物基础附加应力计算公式。采用ANSYS数值计算方法，建立了地基与基础相互作用有限元模型，并就基础附加应力进行了计算分析。采动区地表曲率变形作用下地基对建筑物基础的影响规律，根据理论公式和有限元模拟结果分析，具有一致性，主要影响因素有地表曲率变形、横墙与纵墙重叠部分作用于纵墙基础的载荷、条形基础长度等。在地表曲率变形作用下，地表曲率、基础长度对采动区建筑物基础附加拉应力的影响，在地表正、负曲率变形情况下表现相同，即随着上述因素取值的增加而增加，取值的减小而减小。而横墙与纵墙重叠部分作用于纵墙基础的载荷对采动区建筑物基础附加拉应力的影响，在地表正曲率变形和负曲率变形情况下表现则不同，即建筑物受到地表正曲率变形作用时，横墙与纵墙重叠部分作用于纵墙基础的载荷增加了基础附加拉应力，而建筑物受到地表负曲率变形作用时，横墙与纵墙重叠部分作用于纵墙基础的载荷减小了基础附加拉应力。在地表水平变形作用下，建筑物基础承受基底摩擦力和基础侧压力等水平力作用。在基底摩擦力作用下，条形基础附加应力与地基系数、地基土与基础之间的摩擦系数、条形基础长度密切相关。其中条形基础长度对基础附加应力影响最大，条形基础长度越长，条形基础附加应力受长度累积效应的影响越明显，基础附加应力相应增加；地基系数越大，建筑物基础越不利于切入地基，基础附加应力相应增大；地基与基础间摩擦系数越大，基底摩擦力越大，条形基础附加应力相应增大。在地表压缩变形情况下，基础侧向受到土壤的巨大水平推力，其大小与基础埋深的平方以及土的性质有关，基础埋置越深，条形基础侧压力就越大。

论文目录

• 致谢
• 摘要
• Abstract
• 目录
• 1 绪论
• 1.1 选题依据
• 1.1.1 问题的提出
• 1.1.2 研究意义
• 1.2 建筑物下采煤研究现状
• 1.2.1 减缓地表变形
• 1.2.2 建筑物加固与修复
• 1.2.3 建造抗变形建筑物
• 1.3 采动变形作用下建筑物基础与地基相互作用研究现状
• 1.4 本文研究的主要内容、方案和技术路线
• 1.4.1 主要研究内容
• 1.4.2 研究方案
• 1.4.3 技术路线
• 2 采动区地表移动变形特性及其对建筑物的损害
• 2.1 地表移动变形特性
• 2.1.1 地表移动的形式
• 2.1.2 地表移动盆地的形成及特征
• 2.1.3 描述地表移动和变形的物理参数
• 2.1.4 地表移动盆地边界的确定
• 2.1.5 采动过程中的地表移动与变形
• 2.1.6 建筑物地基动态变形曲线预计
• 2.2 采动区地表移动变形对建筑物的影响
• 2.2.1 采动区建筑物移动变形机理
• 2.2.2 采动区建筑物与地基动态变化过程
• 2.2.3 采动区地表移动变形对建筑物的影响
• 2.2.4 建筑物位于移动盆地不同位置时的影响
• 2.3 本章小结
• 3 采动变形作用下建筑物基础与地基的相互力学作用
• 3.1 地表曲率变形作用下建筑物基础与地基相互力学作用
• 3.1.1 基本假设
• 3.1.2 地表曲率变形作用下建筑物基础附加弯矩
• 3.1.3 地表曲率变形作用下建筑物基础附加应力
• 3.2 地表水平变形作用下建筑物基础与地基相互力学作用
• 3.2.1 基本假设
• 3.2.2 基底摩擦力对建筑物基础的力学作用
• 3.2.3 基础侧压力对建筑物基础的力学作用
• 3.3 本章小结
• 4 地表曲率变形作用下建筑物基础与地基相互作用数值模拟
• 4.1 有限元理论分析方法
• 4.1.1 数值模拟方法概述
• 4.1.2 有限元法基础
• 4.1.3 静力计算的基本原理
• 4.1.4 ANSYS 简介
• 4.2 有限元数值模型的建立
• 4.2.1 基础有限元模型
• 4.2.2 材料的本构关系和破坏准则
• 4.2.3 载荷及模型尺寸的选取
• 4.2.4 实体模型的建立
• 4.2.5 有限元模型的生成
• 4.2.6 接触分析
• 4.3 模拟结果分析
• 4.3.1 横墙与纵墙重叠部分作用于纵墙基础的载荷对采动区建筑物基础附加拉应力的影响
• 4.3.2 地表曲率对采动区建筑物基础附加拉应力的影响
• 4.3.3 基础长度对采动区建筑物基础附加拉应力的影响
• 4.4 本章小结
• 5 结论与展望
• 5.1 主要结论
• 5.2 展望
• 参考文献
• 作者简历
• 学位论文数据集