堆煤场地挡墙数值模拟分析

林焕玲 胡华杰

(青岛建国工程检测有限公司，山东 青岛 266000)

0 引言

储煤场作为煤炭的主要储存场地，经常出现堆载甚至超载现象。储煤场地桩基础在煤炭长期堆载作用下可能发生较大侧向变形，使得桩身产生较大附加弯矩，从而对挡墙桩基承载能力及稳定性产生不利影响，尤其在软土场地中此种堆载效应对桩基影响更为显著[1-3]。这样，针对软土场地中长期堆煤荷载作用下的桩基受力及变形特性进行研究，对于相关岩土工程设计及实践具有重要的指导作用与参考价值[4-7]。

1 数值计算模型建立

几何尺寸如下：煤场直径120 m，高度17 m，圆煤场结构自重及煤场堆煤量约20万t。根据煤场具体情况，场地几何模型如图1所示。挡墙及其桩基模型如图2所示。计算只考虑材料自重和堆煤荷载。

有限元计算模型土体四周分别约束径向和环向位移，底部为全约束，即三个方向的位移均约束；桩底部与土体为硬接触，桩身与土体为摩擦接触。本计算分析模型采用8节点和6节点实体单元。采用ABAQUS有限元软件进行计算分析以及后处理。

2 计算结果及分析

2.1 土体的受力及变形

在结果处理中，结果显示采用局部坐标系，即坐标原点在筒仓中心的柱坐标系：Z方向为竖直向下(方向3)，R为径向方向(方向1)，T方向为环向方向(方向2)，以下均如此，不再累述。所有图中变形的单位为m，应力的单位为Pa。

由图3可以看出：在模型堆煤范围内，土体均有沉降，最大沉降发生在堆煤最高处，最大沉降为541.5 mm；煤厂外区域沉降很小。

2.2 桩体的内力及变形

2.2.1桩体的变形

由图4可以看出：桩的最大径向位移发生在桩底位置，约为110 mm(径向以指向远离筒仓中心的方向为正向)，桩顶径向位移较小。

2.2.2桩体的弯矩和轴力

本计算模型是18°模型，共有12根桩，模型为对称模型，故桩体轴向应力分布基本无差异。在下面的结果整理中选取中间一排桩(沿同一径向的两根桩称为一排，其中靠近堆煤区的桩称为内侧桩，另一根称为外侧桩)进行分析。通过图5，图6可知：外侧桩轴力随深度增加逐渐减小，最大轴力发生桩顶的位置，内侧桩轴力先随深度增加而增大，达到最大值后随深度的增加而减小；外排桩最大轴力为2 621 kN，内排桩为2 426 kN。内侧桩和外侧桩弯矩最大值均发生在桩顶位置，内侧桩桩身最大总弯矩为1 235 kN·m，外侧桩桩身最大总弯矩为1 919 kN·m。

2.2.3桩身的变形

仍选取2.2.2中的一排桩统计其水平径向位移，其水平径向变形随桩深的变化如图7所示，由图7可知，在桩顶位置，内外侧桩径向位移均较小，随着桩深的增加，内外侧桩的水平径向位移均不断增大。外侧桩在桩底位移最大，约为93 mm；内侧桩在深度为22 m处位移最大，约为110 mm。

3 结语

本文以某堆煤场地挡墙—桩基体系为具体工程背景，采用大型通用数值平台ABAQUS，通过建立地基—群桩—挡墙体系三维弹塑性数值计算模型，对既定场地群桩基础方案进行受力变形分析和安全性评价，计算结果与分析表明：外侧桩轴力随深度增加逐渐减小，最大轴力发生在桩顶的位置，内侧桩轴力先随深度增加而增大，达到最大值后随深度的增加而减小。桩顶位置，内外侧桩径向位移均较小，随着桩深的增加，内外侧桩的水平径向位移均不断增大。