發(fā)布時(shí)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(guó)古城墻。降雨入滲是影響城墻穩(wěn)定性,導(dǎo)致城墻外包砌體開(kāi)裂和失穩(wěn)坍塌的直接原因。為研究降雨入滲對(duì)城墻穩(wěn)定性的影響,以故宮城墻為研究對(duì)象,采用ABAQUS軟件建立其非線(xiàn)性有限元分析模型;通過(guò)考慮墻體材料的滲透系數(shù)、吸濕曲線(xiàn)和初始孔隙率,模擬8種不同降雨歷時(shí)和降雨強(qiáng)度工況,對(duì)城墻外包砌體的位移、應(yīng)力和應(yīng)變沿路徑的變化曲線(xiàn)進(jìn)行對(duì)比分析;利用位移量判斷滑動(dòng)面的位置和趨勢(shì),采用強(qiáng)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(xué)性能和穩(wěn)定性,為故宮城墻的安全評(píng)估和保護(hù)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(xiǎn)區(qū)域,應(yīng)予以加固;降雨強(qiáng)度相同時(shí),城墻水平位移隨降雨時(shí)間的增長(zhǎng)而增大;降雨歷時(shí)相同時(shí),城墻水平位移隨降雨強(qiáng)度的增大而增大;相同降雨量下,短時(shí)強(qiáng)降雨容易因?yàn)榕潘粫扯鴮?dǎo)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。

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【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(guò)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(shí)土體孔隙水壓力較小的工況，而降雨工況為降雨開(kāi)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(diǎn)減縮積分單元進(jìn)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(xiàn)

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(xiàn)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(shí)所對(duì)應(yīng)的飽和度分別為0.1和1.0。1.4安全系數(shù)計(jì)算方法

圖4吸濕曲線(xiàn)

強(qiáng)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(jì)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(guò)折減土體的黏聚力和內(nèi)摩擦角，使土體達(dá)到破壞的臨界狀態(tài)，當(dāng)出現(xiàn)連續(xù)的滑動(dòng)面后，土體將失穩(wěn)，定義此時(shí)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(hào)：3927394