基于Midas对长春市某基坑工程的坑角效应分析

利用Midas GTS有限元软件对长春市某基坑工程桩锚支护体系进行数值模拟,通过对坑角处的支护桩桩顶水平位移进行分析,发现阴角效应与阳角效应的影响范围与基坑的开挖深度存在倍数关系,且当阳角臂长发生改变时,该条臂上的支护桩桩顶变形呈现出两种不同的变化趋势。     

深基坑开挖过程及空间效应影响的数值模拟

结合工程实例,利用FLAC3D有限差分法分析软件对某双排桩深基坑的开挖和支护过程进行模拟,分析了开挖过程中土体位移场的变化规律。研究表明,支护结构和土体的空间受力性状、土与支护结构之间的相互作用以及施工开挖过程等均会对支护结构的受力状态和变形特性产生显著影响。此外,还讨论了双排桩之间土体刚度的变化对位移和沉降的影响,表明适当地增加两排桩之间土体的刚度能有效地减小基坑外侧土体的位移。     

地下综合管廊穿越地裂缝变形与受力特征研究

以西安市昆明路地下综合管廊穿越f3地裂缝为研究对象,基于有限元数值模拟分析了地裂缝错动作用下分段地下综合管廊的变形与受力特征。结果表明:地裂缝错动作用下地下管廊顶板竖向沉降变形整体上呈现反“S”形特征,其变形量随地裂缝错动量的增大而增大;管廊结构纵向变形大致可划分3个变形段即下盘翘曲变形段、不均匀沉降段和上盘整体沉降段;在管廊设计使用寿期100 a内地裂缝错动量为50 cm时,管廊接头部位顶板的水平位移在地裂缝带处达到峰值,为4.1 cm,而底板水平位移为3.2 cm,管廊接头部位易发生张开、错位破坏现象,应予以加固;在地裂缝带附近,上盘管廊底板的接触压力减低至0,存在底板脱空现象,应预留注浆孔便于必要时进行注浆加固处理,而下盘管廊底板的接触压力则有明显增大的趋势;当地裂缝错动量超过20 cm时管廊结构顶、底板的拉应变超过了混凝土的极限拉应变,管廊变形破坏模式主要为拉张破坏。研究结果可以为西安市及其他地裂缝发育区地下综合管廊穿越地裂缝带的结构设计提供科学依据。     

软土地基坑中坑支护体系温度效应的数值分析

环境温度变化导致基坑支护结构内支撑轴力和变形过大的问题不容忽视。本文以福州地铁6号线潘墩站坑中坑工程为例,选取该基坑代表性区段采用ABAQUS程序及邓肯-张模型对其开挖和支护全过程进行三维有限元模拟,并将分析结果与现场部分监测数据进行对比,验证了所建模型及其材料参数取值的可靠性。同时,利用所建模型着重分析当地可能的季节或昼夜温差变化幅度内支撑轴力及围护墙水平位移的变化规律。结果表明：基坑开挖完成后,温度变化时支撑轴力与温度呈线性相关关系,轴力变化主要体现在内外坑的首道支撑上,此时围护结构整体向坑内或坑外运动,且地连墙侧移受温度影响范围主要集中在基坑开挖深度以上。不同开挖阶段的温度变化引起的温度效应相差较大,潘墩站最不利工况发生在最后一道支撑架设完毕后,此时地连墙水平位移增量及轴力变化幅度最大,温度效应最明显。该研究成果对类似软土基坑工程具有重要的理论和实践意义。     

地下综合管廊边界条件对地震动力响应影响数值分析

为研究综合管廊动力边界条件对地震动力响应的影响,以厦门地区的代表性土层为例,建立动力有限元数值模型,土体本构采用小应变硬化模型,分别设定固定边界、黏性边界和自由场3种人工边界条件,进行Rayleigh波和地震底部剪切波作用下的场地响应研究;并根据变形特征及拟绝对加速度反应谱（PSA）评价3种边界的有效性,提出综合管廊地震动力分析的优化动力边界组合方法。研究表明：在地震波（底部水平加速度时程）及Rayleigh波的作用下,由于考虑了黏性边界对外行波的吸收,但未考虑地震动的输入问题及边界外半无限介质的弹性恢复性能,边界会对模型内部土体的水平位移产生限制作用,使得场地内水平位移响应偏小,而采用自由场边界则基本不存在这种限制作用,表现出强烈的振荡;采用激励侧固定边界、远离激励侧黏性边界、其余侧自由场边界的优化组合动力边界,在Rayleigh波和底部加速度时程共同作用下,二者引起的动力响应交叉干扰较少,可按线性叠加处理;同时,黏性边界对地震波引起的动力响应有一定范围的吸收,自由场边界对Rayleigh波引起的动力响应也有一定范围的变形限制影响。研究成果可供地下综合管廊结构地震响应精细化数值模拟及抗震设计参考。     

大断面矩形管廊顶进反力力学效应数值模拟研究

为研究大断面矩形管廊顶进反力对后背墙体系的影响,以北京市通州区畅和西路综合管廊项目为工程背景,采用ABAQUS软件建立顶管始发井后背墙体系的仿真模型,结合管廊顶进全过程中顶力监测数据对后背墙反向施加千斤顶顶推力,对不同顶进阶段中后背体系及周围土层的受力和变形情况进行了分析。数值模拟结果表明：在反力作用下,加载区后背土体水平位移随深度的增加,先增大后减小,前壁土体水平位移随深度的增加,逐渐减小;井周地表土体随距井周距离的增大,水平位移逐渐减小,且在加固区范围内,土体位移下降显著,而竖向位移无明显变化;加载区后背土压力增大,整体小于被动土压力,大于静止土压力,前壁土压力减小,整体小于静止土压力,大于主动土压力;加载中心处土体反力和位移随着顶力的增加呈线性变化趋势;始发井不同位置混凝土支撑受反力作用影响显著。     

深基坑支护对邻近建筑物基础稳定性的数值模拟分析

深基坑工程在城市建设中扮演着重要地位。在建筑物密集的城市中心开展深基坑工程,不仅确保基坑自身的安全与稳定,还要保证邻近建筑物基础的稳定。本文以某深基坑支护为例,结合有限元软件-Midas GTS NX,采用修正-莫尔-库仑本构模型,运用两种支护形式建立三维有限元模型,分析深基坑开挖与支护过程中自身支护结构、基坑周围土体以及邻近建筑物基础变形规律。分析结果表明：（1）基坑开挖过程中两种支护形式对邻近建筑物基础结构影响差异性较小,但两种支护结构内力存在明显差异性;（2）基坑开挖过程中最大的沉降位置并未发生在坑边,而是发生在距坑边2 m左右的位置处;（3）基坑开挖过程中地表沉降与距基坑边的距离近似呈线性分布。     

基于有限元法对深基坑围护桩水平位移的分析

利用有限单元法,通过有限元程序来进行模拟计算。将所研究问题假定为平面应变问题;岩土体为理想弹塑性模型,采用平面四节点等参单元,遵循适于岩土的Drucker—Prager屈服准则;桩与岩土体之间通过设置接触单元来模拟基坑围护桩桩与岩土体的相互作用,重点分析建筑物与基坑的不同距离、基坑围护桩的刚度变化和围护桩底端土体物理力学参数变化时基坑开挖对围护桩变形的影响。     

深基坑施工对邻近既有地铁车站附属的影响分析

邻近地铁车站附属进行深基坑施工将会对车站附属结构及地铁运营安全产生影响。以石家庄天河城市下沉广场深基坑施工为背景,通过划分不同的施工阶段,采用MIDAS软件模拟分析该项目施工对邻近车站附属水平及竖向位移的影响,并与监测结果进行对比分析。同时将计算位移叠加至附属结构上验算其配筋及裂缝。结果表明,随着下沉广场施工,车站附属将产生水平及竖向位移,开挖至基坑底部时附属结构的位移最大,附属结构主要以竖向位移为主。通过对既有附属结构进行位移叠加验算后,附属结构配筋、裂缝均满足规范要求。通过模拟计算结果与实际监测结果对比分析,得出各施工工况下附属结构的计算结果与实测结果变形规律大体一致,证明数值模拟计算结果合理可行。     

邻近建筑物的滨海土岩组合基坑支护结构变形分析

随着城市地下空间的开发利用,出现越来越多邻近地下综合管廊基坑开挖的工程案例,对管廊结构安全及防水性能产生重要影响。以厦门某邻近既有双舱综合管廊的基坑开挖项目为研究背景,采用PLAXIS 3D建立三维有限元分析模型,基于HS-small小应变土体本构模型,模拟基坑开挖过程对综合管廊的影响。研究结果表明,开挖后,邻近综合管廊沿轴线方向的变形受力模式可分为平移转动区、相对扭转区和位移约束区3个特征区域。基坑中部附近管廊发生朝向基坑的平移和绕轴转动,基坑边界附近管廊发生相对扭转,远离基坑区域管廊的位移受土体约束而相对静止。位于平移转动区和相对扭转区内的管廊截面发生朝向基坑的剪切变形,管廊顶板相对底板发生朝向基坑的水平相对移动;邻近基坑一侧市政舱顶板和远离基坑一侧侧墙下半部分发生较大挠曲变形。管廊与基坑间距对3个变形特征区域的分布没有显著影响,但管廊离基坑越近会使得管廊结构的变形程度越大。     

软土深基坑变形特征的数值模拟分析研究

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模型。运用该模型并结合工程实际,分析了深基坑开挖过程中边坡土体的应力场和塑性区的分布规律以及沉降、位移和坑底隆起3种基坑变形的机理,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地层强度参数等。     

金川二矿区16行垂直矿柱的力学效应分析

大范围采用下向胶结充填无矿柱连续开采方法以及高产量等特点,使得金川二矿区充填体的整体稳定性一直是人们长期所关注的问题。结合金川二矿区1#矿体开采的工程实例,对16行垂直矿柱的数值模拟分析认为,随着双中段开采的进行,垂直矿柱中的应力集中程度和应力增高区的范围会不断加大,最终将导致垂直矿柱中的岩体变的更为破碎,但矿柱的留设可以有效减小上方残留水平矿体和充填体的垂直位移;对16行垂直矿柱的力学作用分析表明,垂直矿柱的留设可以有效地减小上方位移,矿柱的支撑力与矿柱的强度有关,而矿柱的强度又与其受到的侧限压力有关,侧限压力越大,其强度越高,因此,在充填过程中,提高充填体的接顶率和充填质量有利于提高16行矿柱的支撑能力。     

考虑深基坑开挖效应的超长灌注桩桩身压缩综合系数的理论分析

对于深基坑坑底以下的工程桩,受开挖效应影响,桩侧摩阻力分布与常规条件下差异较大。基于超长钻孔灌注桩的足尺试验和数值分析结果,研究了常规和基坑开挖条件下试桩不同侧摩阻力分布导致的沉降特性差异。研究结果表明,超长钻孔灌注桩在工作荷载下一般端阻比较小,桩侧摩阻力的分布形式直接决定了桩身压缩综合系数。无深基坑开挖影响时,规范推荐的桩身压缩综合系数计算超长桩桩身压缩量是可行的。但在深基坑开挖条件下,钻孔灌注桩桩身压缩综合系数取值可比现行规范基于不考虑基坑开挖效应的推荐值大20%,不考虑深基坑开挖影响可能导致桩顶沉降被低估。此外,在深开挖条件下,超长钻孔灌注桩的桩身压缩综合系数随桩身长径比l/d的增大而减小;而常规条件下,桩身压缩综合系数随桩身长径比l/d变化的规律不明显。     

巴东城区规划发展的地质环境综合效应分析

采用系统分析方法,探讨了巴东城区规划发展的地质环境综合效应和保证规划发展的综合措施。其效应是:规划发展的斜坡地质环境容量限制效应、规划建设中的斜坡变形破坏效应、三峡水库运行条件下的黄土坡滑坡前部深层蠕变效应、规划发展的地质灾害风险增高效应。因此,开展系统的地质环境论证,为规划发展提供科学依据显得尤其重要。对于巴东城区斜坡地质环境和重大滑坡既要关注它非正常坡体所存在的问题,也要发掘它可利用的价值,须严格遵循限制性利用和保护的原则,通过加强地质灾害防治体系建设和风险管制,以保证城区规划发展在允许风险水平条件下的地质安全。     

地震作用时间对断层附近建筑物的灾害效应数值模拟分析

2008年5月12日发生的汶川8.0级特大地震使位于破裂带上盘的汶川县水磨镇硅业公司主楼发生严重破坏。为了研究地震作用时间对断层附近建筑物的灾害效应,本文是在现场调查分析的基础上,建立了二维有限元数值模拟模型,采用MIDAS/GTS软件对模型进行了动力数值模拟,得出了一些具有理论研究意义的规律性成果。     

多块体接触有限元法及其对不连续面围岩的模拟

给出了一种求解多块体接触的有限元解法,即将接触面条件精确引入并以节点接触力为基本未知量,把高度接触非线性问题凝缩在可能接触面上进行。首先从两块体三维接触力学模型着手,从整体有限元方程导出增量形式的协调方程,在此基础上详细讨论了多块体接触协调方程的建立方法。随后以广义Mohr-Coulomb准则为摩擦力条件,给出了增量形式的定解和判定条件。程序实施时,针对三维接触问题滑动方向无穷的问题,同时对接触状态及滑动摩擦力分量进行判定,使得迭代收敛快速准确;对于多块体常见的非光滑接触,即角点问题,将角点分类,并根据角点实际的接触状态分情况给出了更为合理的处理方法。通过算例验证后的程序应用于不连续面地下洞室开挖模拟,取得了满意的结果。     

露天矿边坡稳定性的层次分析-模糊综合评价耦合分析

露天煤矿台阶所构成的边坡对矿山资源生产及运输发挥着重要的作用,也承载着煤炭外运的任务,其稳定性对矿山连续生产具有重要意义。文章在边坡地质调查和监测信息分析的基础上,充分考虑边坡几何形态、地质信息、气象水文信息、现场监测信息等指标,以层次分析法确定边坡稳定性分析的指标权重,基于隶属度最大原则确定边坡稳定性状态,建立了多源信息融合的边坡层次分析-模糊综合评价模型。将该模型应用于扎哈淖尔露天煤矿北帮边坡稳定性分析中,最后基于数值模拟对模型进行了验证。研究表明,北帮边坡基本稳定,基于数值模拟得出扎哈淖尔露天煤矿北帮边坡滑移面安全系数为1.121,模型结果与数值模拟结果所得到的边坡稳定性状态吻合度较好,验证了模型的有效性。该模型可以充分考虑多重信息对边坡稳定性分析的贡献,从而更全面准确分析边坡稳定性。     

抽水含水层对非抽水含水层水位影响的效应分析

利用自动水位计记录的抽水试验过程中不同层位含水组之间的动态水位,分析了在抽水试验最初阶段时抽水含水组与非抽水含水组之间的水力联系。研究结果表明:(1)抽水含水层对非抽水含水层存在水位影响效应,在抽水初期,水位影响效应较大;当抽水含水层水位达到稳定或缓慢下降时,水位影响效应随之消失。(2)单位降深水位影响效应显示,上部含水层距离抽水含水层越远,水位影响效应越大;下部含水层距离抽水含水层越远,水位影响效应越小。(3)利用三维地下水流数值模拟方法和应力应变对含水层水位动态影响的原理对水位影响效应机理进行分析,发现水位影响效应与含水层的固体骨架压缩系数(α)、水体积压缩系数(β)、孔隙度(n)和边界控制系数(Cm)等参数有关。     

桩-土界面倾角和含水率对抗滑桩的阻滑效应分析

为研究不同界面倾角及含水率对桩–土界面的阻滑效果,首先基于变倾角组合体三轴不固结不排水试验,比较了不同界面倾角和含水率条件下变倾角组合体破坏模式和抗剪强度的差异性,然后结合室内试验抗剪强度参数,通过数值模拟方法比较不同界面倾角和含水率对桩–土界面的阻滑效果,并基于塑性变形理论确定临界含水率wmax,最后依托工程案例对抗滑桩截面进行优化。结果表明：界面倾角和含水率是导致变倾角组合体破坏模式和抗剪强度差异的主要原因,当含水率较低时,适当增大倾角能提高组合体试样的抗剪强度;当土体含水率较小时,随着桩侧倾角的增大,桩–土界面阻滑效果呈现先增加后降低趋势,当桩侧土体含水率较高时,桩–土界面倾角越大,桩–土界面阻滑越小;当考虑桩间土拱效应时,适当增加抗滑桩桩背受压区三角形截面,作用在桩侧摩擦拱上的等效集中荷载最大可降低33%左右。相关研究成果对抗滑桩的设计具有借鉴意义。     

一个CSAMT非平面波效应的实例及数值分析

本文以实例结合数值模拟说明CSAMT中非平面波效应对资料解释的重要影响。实际数据测量于河南卢氏县,在同一条测线测量,发射源长度1.3 km,收发距离分别为4.5 km和7 km。通过对数据进行必要的校正后进行了光滑模型反演,为了对比反演结果,整个处理过程的参数都保持一致。反演的电阻率断面显示,两种收发距离反演的电阻率断面其异常形态基本一致;但在电阻率的数值上,4.5 km的收发距离反演的电阻率较7 km的大。分析发现上述现象主要是源的非平面波效应造成的,并通过三维正演数值模拟得到了验证。由于在有限收发距离时,计算卡尼亚视电阻率靠近源受非平面波效应影响偏大,远离源后,该视电阻率趋于平面波视电阻率。因此,为了采用目前的可控源音频大地电磁测深解释理论,要求收发距离尽可能大。否则,必须采用带源效应的真正可控源电磁反演技术完成数据分析。