问题描述:
在工程项目的分析中,经常会涉及采用实体单元模拟的结构对象,如实体桩,或者对原地层的局部加固,如地层注浆、深层搅拌桩、旋喷桩等地基处理措施,此时实体结构或者局部加固区的材料属性相对与原地层(初始地应力状态)都要发生变化,那么就需要依照施工顺序对这些对象的材料属性进行修改。如何在程序中快捷、准确地实现对象材料属性的修改,成为解决该类问题的关键步骤。
解答:
地层初始应力计算时,各土层及模型内部体积对象的材料属性均为原始地层材料,即不包含工程施工引起的地层材料改变及埋入土层的结构对象。而在后续的施工过程模拟中,又需要在初始地应力计算的基础上改变局部土层对象(如加固)或体积对象(如实体桩)的材料属性。可见,局部对象材料的变化往往与施工过程直接相关,因此,上述材料属性修改便要在PLAXIS的分步施工模式中来实现。
以实体桩模拟为例,桩体所对应的体积对象在桩未施工之前其材料属性与原始地层相同,如图1(a)所示,从选择对象浏览器中可以看到该体积对象的详细数据,见图1(b)所示。从桩被建造的施工步开始,上述体积对象的材料属性则要修改为桩的材料属性,比如混凝土桩,此时在模型中选中桩对应的体积对象,在选择对象浏览器中直接修改其材料属性即可,如图2(a)所示,修改材料属性之后的实体桩显示与周围土层不同的颜色(代表不同的材料),见图2(b)所示。
(a)实体桩对应的体积对象 (b)体积对象的初始材料属性
图1 实体桩对应的体积对象
(a)实体对象材料属性修改 (b)修改材料属性之后的实体桩
图2 施工步中实体桩的“激活”
再以地层加固模拟为例,在进行基坑坑底土层加固之前的施工步中,该部分土层与坑外地层的材料一致,如图3所示。按照实际的施工顺序,从加固坑底土层的施工步开始,选中坑底以下需要加固的局部地层,将其材料替换为加固后的材料属性,见图4所示。此时,可以看到坑底加固区的材料更改为与坑外地层不同的“加固”材料属性,如图5所示。
图3 坑底地层加固之前的分析模型
图4 替换坑底加固区土层材料属性
图5 坑底加固之后的分析模型
从上述例子可以看出,土层材料属性修改只需在分步施工模式的相应施工步中选择需要改变材料属性的局部土层、实体对象或结构单元,通过选择对象浏览器便可以直接修改其材料属性。
需要注意的是,修改对象的材料属性之后,往往会引起新的不平衡力,在相应的施工步求解之后,就会得到对应的变形和应力,这与实际施工中的情况一致,比如现场浇筑混凝土桩之后,由于混凝土与原地层的自重差异会引起地层位移;同样的,地层加固时一般通过注浆、深层搅拌水泥土等方式,也会引起原地层的沉降变形。