砂墙单墙模型的有限元分析

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有限元分析模型1采用8结点常规单元。由于砂墙和涂抹区的材料性质不同、作用也截然不同,为了模拟砂井地基的井阻作用和涂抹作用,需要分别划分出相应的砂墙区和涂抹区。因此,模型1的单墙网格中,砂墙区划分为1列单元,影响区和涂抹区分别划分为2列单元,共划分为5列单元。模型2采用砂墙组合单元。由于砂墙的涂抹作用和井阻作用可以在组合单元内部考虑,因此砂墙区及其相应的涂抹区采一列砂墙组合单元表示即可。同时影响区采用2列常规单元表示,整个单墙模型共划分为3列单元。
2个模型相应的计算结果如图所示。从图上可见,模型2计算的砂墙区和下卧层的固结度均比模型1计算的稍偏大,但结果基本一致。采用新的砂墙组合单元进行计算,与原有的常规单元计算相比,计算的精确性没有降低。另一方面,在砂墙处理区,模型2所采用的单元数和节点数相对于模型1分别减少了40%和35%,求解时间减少为模型的一半左右。可见,采用砂墙组合单元所建立的模型在保证计算精度的前提下,其计算量大大减少了,节约了计算时间,使平面应变有限元计算更加有效、快捷。这一点在进行大规模的工程计算时,将更具优越性。
在进行砂井地基的平面应变有限元分析中,采用分区积分法构造的砂墙组合单元在单元体内部考虑砂井的井阻作用和涂抹作用。这种新思路使得划分单元时不必考虑砂墙区和涂抹区材料性质的不同,从而减少了可观的单元数和节点数,降低了计算的工作量;克服了常规有限元法在计算砂井地基时若同时考察砂井的井阻作用和涂抹作用时计算规模庞大的缺点;也避免了已有的材料均匀化解决方法所带来的模型误差的缺陷。