考虑温度耦合效应的竖井地基固结有限元分析

摘要

针对塑料排水板(PVD)安装热源能提升PVD性能、加速竖井地基固结这一工程现象,基于热-水-应力(T-H-M)三场全耦合的有限元方法来模拟利用热源进行地基处理新技术(PVTD).首先,以微分形式与等效弱形式分别给出T-H-M耦合控制方程,并推导出其有限元方程组.然后在多场耦合有限元软件中建立饱和土的T-H-M全耦合模型,并通过与已有解析解比较,验证了模型正确性.最后,对一个经典有涂抹区的竖井地基算例,分不耦合温度(UT)、耦合温度但不考虑其对饱和土物性影响(CT)、耦合温度考虑温度对饱和土渗透性影响(CTP)3种情况进行固结计算分析.研究结果表明,相对于无热源竖井地基,CT情况下由于热源产生的附加孔隙水压力,固结速度略有下降;CTP情况下,由于热源有效改善涂抹区的渗透性能,竖井地基固结速率明显加快.上述研究结论从理论上较好地阐明了PVTD的作用机制.