中南地区极端冰雪条件下电塔地基承载力研究

论文摘要

2008年初,我国大部分地区遭受了百年一遇的冰雪灾害,这次冰雪灾害对于常年不受冰雪灾害影响的中南地区电网设施造成了很大程度的破坏,输变电塔地基也发生了各种形式的破坏。论文以地基承载力相关理论为基础,以冻土的温度、含水量、冻融循环次数三个变量为研究主线,输变电塔的地基承载力为研究核心,在阐述了冻土物理性质的基础上,分析了中南地区典型土体（粉质粘土）抗剪强度与温度、含水量、冻融循环次数三个变量之间的关系,即在0°～-12°温度范围内,含水量相同的土体,温度越低,其内聚力C和内摩擦角φ愈大,土体的抗剪强度也逐渐增大;含水量为17%～35%范围内,同一温度下,土体含水量越高,其内聚力C和内摩擦角φ愈小,土体的抗剪强度也逐渐减小;在冻融循环次数（8次）以内,温度和含水量都不变的情况下,土体随冻融循环次数的增加,其内聚力C减小。论文分析了温度、含水量、冻融循环次数三个因素对地基承载力的影响,得出含水量为对地基土承载力影响最为敏感;温度是对地基土承载力影响较为敏感的因素。论文分别提出了温度、含水量、冻融循环次数与地基承载力之间的关系,提出了冻融土地基承载力的确定方法。采用极限平衡理论的太沙基极限承载力公式,建立了不同温度下含水量与地基土承载力之间的线性关系。分析了冻结-解冻温度下,《建筑地基基础设计规范》中的地基承载力系数的确定方法,依据修正后的《建筑地基基础设计规范》中的地基承载力公式,总结出不同冻结温度下的地基土承载力与0℃时的地基土承载力之间的比例关系表,不同解冻温度下的地基土承载力与-12℃时的地基土承载力之间的比例关系表,以此可求出任意温度下的地基土承载力。论文采用ANSYS7.0,对冰雪环境下输电塔基在不同工况下剪力、位移、总应变进行了数值模拟分析,模拟塔基在冰雪环境下内力的变化,并得出相应的结论:覆冰荷载对塔基的变形具有一定的影响,地表温度对塔基的影响较大;随着地表温度的降低,塔基最大位移量、XY平面最大剪应力和塔基在热-结构耦合条件下最大应变均呈逐渐增加趋势,并逐渐趋于某一稳定值;在塔基荷载和风荷载联合作用下,塔基与基础接触点出现明显的应力集中;本论文的研究成果对中南地区在极端冰雪灾害时期,准确确定输电塔基的地基承载力具有一定的实际意义。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 选题的目的和意义
• 1.2 国内外的研究现状及存在的主要问题
• 1.2.1 国内外研究现状
• 1.2.2 国外研究现状
• 1.2.3 存在的主要问题
• 1.3 研究的目标与内容
• 第2章 地基承载力相关理论
• 2.1 地基的破坏形式与承载力
• 2.1.1 地基的破坏形式
• 2.1.2 地基变形的三个阶段和荷载特征值
• 2.3 地基承载力的确定方法
• 2.3.1 建筑地基基础设计规范确定地基承载力
• 2.3.2 原位试验确定地基承载力
• 2.3.3 基于弹塑性理论的地基承载力分析方法
• 2.3.4 基于极限平衡理论的地基承载力分析方法
• 第3章 冻土和冻融土的物理性质及冻融土的结构
• 3.1 冻土的基本组成
• 3.2 冻土基本物理指标
• 3.3 冻融循环土的物理性质
• 3.4 冻融循环土的微观结构
• 第4章 极端冰雪环境下中南地区冻土抗剪强度
• 4.1 冻土的形成过程及抗剪强度
• 4.2 典型土体模拟极端冰雪条件下的直剪试验及常规试验
• 4.2.1 试样原状土的常规试验
• 4.2.2 温度和含水量对土体抗剪强度的影响
• 4.2.3 冻融循环次数对土体抗剪强度的影响
• 第5章 极端冰雪条件下中南地区典型土体地基承载力
• 5.1 冻融土地基承载力影响因素
• 5.1.1 地基承载力与冻融土物理指标
• 5.1.2 地基承载力与冻融土c、φ值
• 5.2 冻融土地基承载力影响因素敏感性分析
• 5.2.1 地基承载力与含水量
• 5.2.2 地基承载力与温度
• 5.2.3 地基承载力与冻融作用
• 5.3 冻融土地基承载力分析方法与变化规律
• 5.3.1 冻融土地基承载力分析方法
• 5.3.2 冻融土地基承载力变化规律
• 第6章 极端冰雪条件下输电塔地基数值模拟
• 6.1 数值模拟试验的过程分析
• 6.1.1 对模拟的实体分析
• 6.1.2 模拟计算
• 6.1.3 成果分析
• 6.2 有限元分析的基本理论
• 6.2.1 本构关系
• 6.2.2 非线性问题求解
• 6.3 ANSYS 热－结构耦合基本理论
• 6.4 塔基数值计算模型的建立
• 6.4.1 模型几何条件
• 6.4.2 模型参数
• 6.4.3 模拟工况
• 6.4.4 本构模型和边界条件
• 6.5 不同温度和覆冰厚度组合条件下塔基基础变形破坏规律
• 6.5.1 工况1 分析
• 6.5.2 工况2 分析
• 6.5.3 工况 3 分析
• 6.5.4 工况 4 分析
• 6.5.5 工况 5 分析
• 6.5.6 计算结果分析
• 第7章 结论与建议
• 参考文献