發(fā)布時間：2024-03-13 18:28

　　故宮城墻是由內(nèi)芯土和外包磚砌體組成,是具有代表性的中國古城墻。降雨入滲是影響城墻穩(wěn)定性,導致城墻外包砌體開裂和失穩(wěn)坍塌的直接原因。為研究降雨入滲對城墻穩(wěn)定性的影響,以故宮城墻為研究對象,采用ABAQUS軟件建立其非線性有限元分析模型;通過考慮墻體材料的滲透系數(shù)、吸濕曲線和初始孔隙率,模擬8種不同降雨歷時和降雨強度工況,對城墻外包砌體的位移、應(yīng)力和應(yīng)變沿路徑的變化曲線進行對比分析;利用位移量判斷滑動面的位置和趨勢,采用強度折減法得到城墻的最小安全系數(shù),從而分析城墻的力學性能和穩(wěn)定性,為故宮城墻的安全評估和保護修繕提供依據(jù)。分析結(jié)果表明:降雨作用下,故宮城墻外包砌體兩側(cè)外邊緣沿高度中部4～8 m處、兩側(cè)底部0～1 m處和頂部沿軸向左右偏離1.5～2.5 m處的塑性應(yīng)變和位移值較大,屬于危險區(qū)域,應(yīng)予以加固;降雨強度相同時,城墻水平位移隨降雨時間的增長而增大;降雨歷時相同時,城墻水平位移隨降雨強度的增大而增大;相同降雨量下,短時強降雨容易因為排水不暢而導致內(nèi)芯土吸水膨脹變形增大,從而造成城墻失穩(wěn)破壞,城墻的安全系數(shù)更低。

【文章頁數(shù)】：11 頁

【部分圖文】：

圖1故宮城墻截面特征示意

故宮城墻由外包磚砌體和內(nèi)芯夯土兩部分組成。外砌體由磚和灰漿砌筑而成，磚逐層向內(nèi)微收疊砌，內(nèi)外側(cè)厚度均為1.2～1.3m;灰漿主要成分為生石灰、原土、糯米汁和桐油，寬10～20mm，黏結(jié)牢固。內(nèi)芯土主要由粉質(zhì)黏土素填土分層夯填而成，每層夯土的平均厚度約為10cm，層間界面規(guī)整....

圖2基于ABAQUS的故宮城墻三維有限元模型

采用ABAQUS軟件建立故宮城墻的三維有限元模型，如圖2所示，分析過程中包括自然工況和降雨工況兩種。其中自然工況為未降雨時土體孔隙水壓力較小的工況，而降雨工況為降雨開始后土體孔隙水壓力較大的工況。在自然工況下采用求解速度較快的C3D8R三維八節(jié)點減縮積分單元進行模擬，而在降雨工況....

圖3滲透系數(shù)隨飽和度的變化曲線

土體材料的滲透系數(shù)隨飽和度的變化、飽和度與基質(zhì)吸力之間的關(guān)系曲線分別如圖3、4所示。外包砌體的滲透系數(shù)取1.0×10-10m/s、孔隙率取0.1。而孔隙水壓力為-1000Pa和0時所對應(yīng)的飽和度分別為0.1和1.0。1.4安全系數(shù)計算方法

圖4吸濕曲線

強度折減有限元法是應(yīng)用有限元分析土坡穩(wěn)定性的有效方法，不僅可以計算土坡穩(wěn)定的安全系數(shù)，而且可以根據(jù)土坡內(nèi)形成的剪切帶，確定土坡的潛在滑移面。通過折減土體的黏聚力和內(nèi)摩擦角，使土體達到破壞的臨界狀態(tài)，當出現(xiàn)連續(xù)的滑動面后，土體將失穩(wěn)，定義此時的折減系數(shù)為土體穩(wěn)定安全系數(shù)。折減后土體....

本文編號：3927394