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《兰州理工大学》 2011年
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甘肃中东部黄土窑洞的静力特性研究

胡晓坤  
【摘要】:在甘肃陇东地区现有大量的窑洞依然为当地人所居住,而窑洞这种生土建筑不但节约能源,而且节约建筑材料和土地,是一种绿色生态建筑,对于仍属于经济欠发达地区的甘肃陇东地区而言,黄土窑洞的利用,可以让农村居民腾出财力加大教育和生产的投入,从而使甘肃陇东地区的整体发展得到更好的平衡与保证,因此窑洞目前仍然具有其存在和研究的价值。 在窑洞工程中事故屡发,对此类工程探讨其影响因素及规律性很有必要。国内外专家对窑洞的研究取得了许多研究成果。对窑洞的强度和刚度问题有学者将其简化为平面应变问题用有限单元法进行分析计算,得到一些结果。笔者为求得该问题更真实解答,采用了三维模型进行计算处理。笔者按甘肃中东部地区黄土参数及窑洞尺寸的范围值做了1000多种情况计算,将其中对强度和刚度的影响规律以几十种情形算例给出,作为该工程的参考。 本文针对甘肃中东部地区的黄土特性,按弹塑性理论,使用MIDAS/GTS有限元软件,建立三维窑洞模型,通过对多种土性参数和窑洞尺寸的计算,讨论了黄土土性参数γ、c、φ值、窑洞的宽度B和立壁高度H1、窑洞拱顶的曲线形式、窑洞衬砌和窑洞埋置深度对洞周土体强度和刚度的影响,得出结论: 1.在所有计算模型当中,窑洞开挖之后其洞周土体的最大和最小位移代数值分别发生在窑脸所在平面底面中点处和拱顶处。 2.在所有计算模型当中,最先发生塑性变形的位置在窑洞立壁和圆拱的交界点附近,并且塑性区的范围随着计算参数的改变而有面积大小的变化,但最大等效塑性应变发生的位置基本没有发生变化。 3.土性参数对洞周土体位移大小的影响都呈线性变化,在三个土性参数中,土体重度γ对洞周土体的位移大小影响最大,而土体粘聚力c对洞周土体位移大小的影响较土体内摩擦角φ稍大;窑洞尺寸对洞周土体位移大小的影响也都呈线性变化,其中随着窑洞立壁高度的增加位移绝对值变化幅度很小,几乎可以忽略不计。 4.在三个土性参数中,土体重度γ对最大等效塑性应变的大小影响最大,而土体粘聚力c对洞周土体塑性区扩大的影响较土体内摩擦角φ稍大;对洞周土体塑性区的扩大来说,宽度较之立壁高稍微敏感一些。 5.在圆曲线、双心圆和抛物线三种窑洞常用的拱顶曲线中,抛物线其位移和等效塑性应变最小,依次为圆曲线、双心圆。 6.窑洞衬砌之后,其竖直方向位移与最大等效塑性应变值都会减小,且塑性区的范围也显著减小。因此,窑洞的衬砌是提高其刚度和安全性的必要手段。 7.对甘肃中东部地区的黄土窑洞而言,其最小安全距离为5.6m。
【学位授予单位】:兰州理工大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2011
【分类号】:TU241.5

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