土钉与土体相互作用的仿真试验分析

运用快速拉格朗日元(FLAC3D)数值法,考虑土钉的加固作用及土钉与土体的相互作用,模拟土钉支护施工过程.选择能够反映开挖特点的土的本构关系、开挖支护模拟过程及双弹簧土钉单元,建立数值分析模型.分析了基底、基坑壁土体的变形响应及土钉在开挖、使用阶段的力学响应.结果表明:①开挖引起基坑壁变形,并导致拉伸与剪切破坏;对于拉伸破坏,应使土钉长度超过滑移面;对于剪切破坏,可增大土钉在剪出口位置的密度;②开挖完毕后,各层土钉轴力沿长度方向的分布不均匀,土钉轴力最大值位置可表征潜在滑动面的位置.FLAC3D能够对基坑分步开挖及支护进行模拟,建立的数值模型能够反映土钉支护基坑的真实情况,为基坑土钉支护技术的设计与施工提供指导.     

含裂隙岩质深基坑桩锚支护结构变形特征研究

由于开挖量大、施工周期长、施工环境复杂等特点,深基坑工程容易发生施工安全事故。以重庆市某含裂隙岩质深基坑工程为背景,采用有限差分软件FLAC3D建立三维数值模型,模拟了在多层预应力锚索桩板挡墙支护下基坑全开挖过程。基于数值结果分析了基坑开挖过程中土体以及支护结构变形特征。数值计算结果及实测数据表明:(1)受裂隙及邻近建筑的影响,基坑支护结构体系变形以及坑外地表沉降分布具有明显的空间效应;(2)基坑角点处冠梁弯矩随开挖深度的变化规律与基坑中部明显不同;(3)基坑北、南侧中部支护桩的桩身变形呈复合式,东、西侧中部呈悬臂式;(4)采用HS土体本构模型获得的结果与工程实测结果更加符合。地表沉降的数值结果与实测数据较为接近,证实了数值模型的可靠性。研究结果可为类似工程提供参考。     

基于Zienkiewicz-Pande屈服准则的弹塑性本构模型在FLAC3D中的二次开发及应用

Zienkiewicz-Pande屈服准则是Mohr-Coulomb准则的改进,在p-q子午面和π平面上都是光滑曲线,不存在尖点,不仅在数值迭代计算过程中易于处理,而且在一定程度上考虑了屈服曲线与静水压力的关系以及中主应力σ2对屈服的影响。该准则已应用于多个水电站地下洞室开挖支护计算中,但并未被大型数值计算软件所采用。根据弹塑性力学原理,详细推导了基于Zienkiewicz-Pande屈服准则的弹塑性本构模型在FLAC3D中的增量迭代计算格式;在FLAC3D提供的二次开发程序接口基础上,利用VC++程序语言实现了计算过程,并编译成动态链接库文件进行加载和调用。将自编的本构模型对一理想圆形隧洞进行模拟,计算结果与Mohr-Coulomb准则一致,验证了计算格式的正确性。将此本构模型应用于一大型地下洞室群的开挖围岩稳定分析中,得到的塑性区、位移场、应力场分布与Mohr-Coulomb准则计算结果分布规律相符,进一步验证了模型的适用性和可靠性。     

复合土钉墙支护FLAC3D数值模拟与实测结果对比

针对深基坑复合土钉墙支护的特点,运用FLAC3D软件进行深基坑开挖与土钉支护过程的数值模拟,计算中采用摩尔-库仑弹塑性模型,接触面运用接触单元来模拟土体与土钉之间的相互作用。通过计算得到了基坑不同开挖及土钉支护过程中土钉轴力沿钉长分布、墙后土体深层水平位移、周围地表沉降、坑底隆起及潜在滑动面等变化情况,并与实测结果比较发现二者吻合较好,计算结果对工程施工和设计具有一定的指导意义。同时说明所采用的FLAC3D计算模型和分析方法是可靠的,能够满足工程的精度要求,能够较好地运用于实际工程中的分析与预测。     

基于Midas GTS NX土的三种本构模型工程应用实例

有限元软件数值模拟是现在从业人员分析敏感环境下基坑工程的重要手段,选择合适的本构模型是其关键。为了解工程中常用的三种土的本构模型适宜性,运用三维有限元软件Midas GTS NX模拟了某大型深基坑开挖过程,将采用不同本构模型的数值模拟结果与基坑监测结果进行对比,进而分析本构模型的适用性。可为本区类似工程进行有限元数值模拟分析时提供参考和借鉴。     

FLAC3D模拟全长注浆锚杆的作用效果

介绍了FLAC3D的基本原理及其求解过程。通过对某边坡进行数值模拟,对比分析了此边坡在锚杆支护前后水平位移等值线图、竖直位移等值线图及安全系数的变化,说明了FLAC3D模拟边坡开挖以及支护的简便性和锚杆对边坡稳定性的作用效果。     

基坑开挖引起围岩变形破坏过程的数值模拟分析

应用自行开发的岩石破坏过程分析软件F-RFPA2D对澳门某基坑开挖引起围岩及地表变形破坏进行了数值模拟分析,认清了围岩破坏模式及发展全过程,得到了和实际情况基本一致的结果,说明了F-RFPA2D程序做为一种新的数值模拟方法,可以用来研究基坑、边坡开挖引起的围岩破坏过程.     

模拟深基坑开挖和支护全过程的有限元数值分析

选用Drucker-Prager弹塑性本构关系,建立了模拟深基坑开挖和支护全过程的平面有限元数值分析模型.运用该模型并结合工程实际,对深基坑开挖过程巾边坡土体的应力场和塑性区的分布以及变形进行了分析,找出了影响深基坑变形的主要因素:支护结构的刚度、支护结构入土深度、基坑开挖深度和宽度以及土层强度参数等.     

顺向岩质高边坡分级开挖的变形破坏特征研究

以岩质高边坡的野外调查成果为基础,分析了边坡的岩体结构特征和控制边坡稳定性的主要地质要素,依据自然边坡的变形破坏现状定性分析,预测边坡开挖过程中可能出现的宏观变形破坏模式和特征.利用基于有限差分原理的FLAC3D建立坝肩边坡的地质模型,对工程边坡开挖支护过程进行数值法定量研究,得出了工程边坡开挖过程中的应力、位移变化规律和边坡岩体破坏特征.研究成果为苗家坝水电站左坝肩的分级开挖施工提供了依据.     

利用 FLAC 3D 对基坑支护数值模拟分析

FLAC 3D 是岩土工程中广泛应用的软件。本文以某地区基坑为背景,进行土钉墙支护设计,并利用 FLAC 3D 软件对土钉墙支护前后进行数值模拟。在基坑开挖完成后,边墙位移一般为 20 ～ 40 cm,最大位移为 45 cm。采用土钉墙支护后,边墙的位移为 2 ～ 4 cm,最大位移为 6 cm。对比表明,土钉墙支护能够有效的阻止基坑的变形,维持基坑的稳定。同时,根据土钉的轴力分布特征,分析基坑在不采取支护措施的情况下将发生滑移破坏。     

既有基坑延深开挖稳定性评价与支护方案确定

以北京市某特殊基坑工程为背景,采用FLAC3D软件,选用Mohr-Coulomb准则,对基坑在现有支护方案条件下进行延深开挖,计算分析桩锚支护体系的变形、受力情况。结果表明,基坑在现有支护方案条件下进行延深开挖将导致护坡桩抗弯性能不足、支护结构水平位移过大、锚固体系失效等问题,要保证基坑延深开挖后的安全稳定,必须对护坡桩增设支点,增加支护力。根据设计变更要求及施工现场实际条件,对多种加固支护方案进行比选,最终选用对护坡桩增设锚索的方案进行延深基坑的预加固。采用数值方法模拟分析上述加固方案后的基坑延深开挖力学行为,预测基坑及支护结构的变形情况,并与现场监测数据进行对比分析。结果表明,基坑延深开挖预加固支护方案合理有效,表明该方法对于类似工程的设计优化及现场施工具有重要的参考意义。     

深基坑桩锚支护结构和土体之间协同作用

目前深基坑桩锚支护结构的研究已引起学者的高度关注,支护结构与土体之间协同工作的研究仍然是一个亟待深入研究的课题。以桩锚支护结构与土体相互作用体系为研究对象,考虑桩后土抗力与锚杆拉力共同作用,建立静力平衡方程,在前人总结的桩锚变形协调条件的基础上,对其进行改进,并与变形协调条件的其他3种算法对比。结果表明,改进的方法更能反映桩锚支护结构受力变形的实际情况,由此算得的锚杆设计拉力较其他方法算得的锚杆设计拉力偏大,这是因为克服了前述方法中忽略锚杆倾角、增大了锚杆的伸长量以及未考虑桩锚实际受力状态的缺点。结合工程实例,应用FLAC3D模拟的桩身内力与改进方法算得的桩身内力基本吻合,说明改进方法的优越性。     

岩土介质三维快速拉格朗日数值分析方法研究

研究了FLAC3D（fast lagrangian analysis of continua in 3 dimensions）的特点,并与有限单元法作了比较。FLAC3D方法以结点运动方程为支配方程,追踪了介质从受荷到达到平衡状态的过程,而有限元法是根据介质力学平衡方程直接求解,这是二者主要区别。FLAC3D没有采用介质真实的阻尼特性和结点质量,给出的不是介质所经历的真实过程,不能正确反映过程的影响,因此给出的介质应力和变形计算结果的物理意义是不甚明确的。求解过程中的介质振动,是一种噪音,可引起弹塑性介质计算结果误差,而弹性介质的计算结果几乎不受影响。研究指出了FLAC3D方法的优缺点。还通过算例作了四个方面的研究：(1) Drucker-Prager屈服准则与Mohr-Coulomb屈服准则比较;(2) 膨胀角取值对计算结果的影响;(3) 大变形与小变形对计算结果的影响;(4) 精度设置对计算结果的影响。研究表明,Drucker-Prager准则与Mohr-Coulomb准则结果差异颇大;膨胀角取值对结果的影响是敏感和显著的;一般情况下,取小变形模式是合适的,计算精度取10-5是足够的。     

基于统计损伤本构模型的改进桩-土接触面模型研究

建立准确合理的接触面本构模型是研究桩基承载力、沉降及变形等问题的前提。考虑桩-土界面初始剪切刚度的深度效应,提出基于统计损伤本构模型的无厚度接触面本构模型,根据剪切试验的数据对改进的接触面本构模型参数进行拟合,得到了不同法向应力下的模拟曲线。利用FLAC3D软件内嵌的FISH语言,对桩-土界面进行改进本构模型的二次开发,提出的无厚度接触面模型合理地模拟出桩-土界面刚度的非线性,成功实现了桩-土剪切试验过程的数值模拟。计算结果表明：提出的无厚度接触面本构模型能够合理地模拟桩-土界面的力学行为,可以描述接触面刚度的非线性变化,也适于程序化计算,拓展了接触面统计损伤本构模型的应用领域,为深入探讨桩基承载变形性状奠定了基础。     

地铁隧道盾构施工引起的古城墙变形规律及其控制技术

以西安地铁2号线区间隧道下穿南门古城墙工程为依托,通过建立FLAC3D数值模型对可能的3种施工方案进行了对比分析,建议将管片支护及壁后注浆、城门基础范围内土体化学注浆加固和城墙南面基础附近施工钻孔灌注桩的联合变形控制方案作为最优的可行性方案,并对该方案引起的古城墙变形规律进行了预测研究,根据预测结果制定了监测方案。工程实践表明,建议的古城墙变形控制施工技术是合理的,隧道施工时引起的城墙和地表变形值处于安全值范围内。得到的地铁隧道盾构施工引起的古城墙变形规律及其控制技术对西安地铁1号线下穿东西古城墙的安全施工具有借鉴价值。     

Numerical Analysis of Deformation Control of Deep Foundation Pit in Ulanqab City

The deformation of a deep foundation pit in Ulanqab city was analyzed by in situ monitoring and numerical simulation data. First, a limit equilibrium method was used to evaluate the stability of foundation pit under non-supporting and ribbed plate anchored retaining wall support. The results show that the ribbed plate anchored retaining wall support could control the soil deformation effectively in deep foundation pit. Additionally, a three-dimensional finite difference model of excavation zone and reinforcement structure was established using FLAC3D software to simulate the excavation of deep foundation pit. The simulation results were verified by monitoring field data. The simulation results show that all the bolts are in the tension state, and the maximum axial force is located at the end of the bolt, with a value of 46.4 kN. Foundation pit excavation is a continuous stress release process, making the rock and soil of side wall of foundation pit slide towards the free surface. The largest deformation is 4.0 mm, near the side wall of foundation pit, consistent with the deformation monitoring results.

     

湛江黏土的蠕变模型与变参数塑性元件

湛江黏土的蠕变变形在低偏应力下较小,其蠕变等时曲线没有明显的屈服特征而近似为直线,表现为线性蠕变性状;当偏应力达到某一临界值后,在短时间内发展到加速蠕变阶段并发生破坏。从湛江黏土蠕变各阶段的变形机制出发,通过引入服从Mohr-Coulomb塑性流动规律的变参数塑性元件,将该塑性元件与广义Kelvin模型串联,提出描述蠕变全过程的黏弹塑性模型。同时将该模型在FLAC3D中进行二次开发,与FLAC3D中自带的Cvisc模型进行对比验证,结果表明,基于变参数塑性元件的黏弹塑性模型能较好地描述湛江黏土各个蠕变阶段的变形性状。     

FLAC3D在滑坡稳定性分析评价中的应用

本文以高治村滑坡为例,论述了FLAC3D在滑坡稳定性分析评价中的应用。作者首先介绍了FLAC3D的基本原理和主要流程,然后采用摩尔-库伦模型,对高治村滑坡在天然状态和暴雨状态下的变形和位移情况进行了数值模拟,模拟结果直观地显示了该坡体在上述两种状态下的塑性变形及水平方向位移的分布特征,清楚地显示了坡体内潜在的滑动面。文章根据数值模拟结果,对该滑坡的稳定性进行了分析和评价,对该滑坡的变形和破坏形式进行了研究和探讨。通过对该坡体的塑性变形与位移情况分析认为,该滑坡在天然状态下基本稳定;在连续高强度降雨状态下欠稳定,局部失稳滑塌的可能性很大,这与现场调查分析的结果一致。这个结果表明,利用FLAC3D进行滑坡稳定性分析和评价简单、可行,且更加直观、方便,具有传统极限平衡法所无法比拟的优势。     

Modeling and monitoring in a soft argillaceous shale tunnel

Taking advantage of measurements from an in situ monitoring program and an elastoplastic model using the finite-difference method, this paper simulates and evaluates the deformation and stability of a tunnel in soft argillaceous shale. The elastoplastic model is implemented in FLAC3D program to simulate the deformation and the stress of the soft argillaceous shale during construction. In situ tests performed in the soft argillaceous shale tunnel show that the results from numerical simulations are in good quantitative agreement with the measured in situ data. Results of the simulations also suggest that deformation rate is high during the initial phase of tunnel excavation, compared with the later phase, but the time to reach a steady state remains long. Entire primary support has been undergoing plastic deformation before construction of the secondary lining, which takes the form of so-called “shear yield” from the middle to the bottom of the arch. Some auxiliary measures, especially the anchor, should be applied to enhance stabilization because of the large compressive stress located at the arch springing of the tunnel. The methodology applied in this article can be used to investigate the effect of construction on the performance of tunnels in soft argillaceous shale.