FLAC3D在深基坑开挖与支护数值模拟中的应用

运用FLAC3D软件对武汉长江过江隧道江南明挖段深基坑进行了开挖与支护模拟。计算中采用摩尔-库仑弹塑性模型,基坑围护结构与土体之间的接触面运用接触单元。通过计算得出不同开挖阶段的地表沉降、基底隆起和墙后土体水平位移,为工程设计与施工提供参考。     

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。     

土钉与复合土钉支护结构数值模拟对比分析

近几年来,复合土钉支护结构广泛应用于深基坑支护中。本文对一工程实例用SnEpFem土钉墙有限元数值分析软件,对土钉和预应力锚杆+土钉、微型桩+土钉、微型桩+预应力锚杆+土钉3种复合土钉支护结构的工作机制进行数值模拟,对比分析4种支护结构的坡面水平位移、坡顶沉降和沉降范围、坑底隆起、张拉区和塑性区范围等特点,发现:(1)与单纯土钉支护相比,复合土钉支护可以有效控制边坡变形,缩小边坡张拉区和塑性区范围,对提高边坡的稳定有利。(2)设置微型桩对坡面水平位移的控制比施加预应力的效果更好。(3)设置微型桩可以有效控制坡顶沉降,而施加预应力对坡顶沉降的影响很小。(4)4种支护结构对坑底隆起的影响趋势是一致的,量值变化很小。经过对比分析,在这一工程地质和水文地质条件下,最可靠的复合土钉支护结构是微型桩+预应力锚杆+土钉支护结构,该支护结构的变形、沉降以及张拉区和塑性区范围都是最小的,是最优的设计结构。     

复合土钉墙支护设计参数敏感性分析及边坡变形规律研究

由土钉和预应力锚索组成的复合土钉墙支护结构可以有效加固周围土体,控制基坑变形,被广泛应用于基坑支护设计中。以济南西客站站前广场基坑工程复合土钉墙支护设计为例,通过FLAC3D有限差分软件数值计算和现场监测分析,采用弹塑性实体单元和线性锚杆单元,考虑锚杆与土体相互作用,通过对土钉和预应力锚索组成的复合土钉支护结构进行开挖支护施工全过程的三维动态模拟分析。分析基坑坡面水平位移、坑底隆起、地表沉降、土钉轴力、预应力锚索轴力等变化规律,研究复合土钉墙的受力机制,探讨土钉和预应力锚索的共同作用机制。分析土体各种力学参数和锚杆间距、锚索预应力等设计参数对基坑变形影响的敏感性,并与监测数据进行对比分析。研究表明,锚杆与土体相互作用力学模型能较好模拟复合土钉墙支护施工过程,计算精度较高;土体黏聚力、摩擦角、土钉间距、锚索预应力等对基坑边坡变形的影响较大,计算结果可为复合土钉墙设计参数选取提供参考     

基坑开挖与土钉支护的数值模拟

运用FLAC程序对深基坑土钉墙支护设计进行了数值模拟,分析了边壁土体的变形大小和土钉应力分布,并与现场实测结果对比,得出基坑顶的水平位移值与实测值相差不大,并对差值进行了分析。在应力方面,改善了土体内应力集中的现象,从而制约了土体的变形。剪应力在支护结构和坡角处有集中现象,在坡角处较为严重。     

复合土钉墙支护技术在水利工程基坑支护中的应用

通过某水利工程污水处理厂基坑支护工程的设计与施工，介绍了复合土钉墙支护技术在水利工程基坑支护的应用实践。     

复合土钉支护的有限元数值模拟及稳定性分析

在平面应变条件下,对采用水泥搅拌桩复合土钉支护的基坑进行了有限元数值模拟,在此基础上采用有限元稳定分析方法评价基坑的稳定性。通过对复合土钉工作机理的分析,并与普通土钉支护的基坑进行比较,分析二者的差异。通过分析不同支护参数的影响,研究基坑的变形以及稳定性变化规律,为设计和施工提供一定的参考依据。     

长沙现代大厦复合土钉墙基坑支护方案设计

分析了长沙现代大厦基坑的岩土工程条件及周边环境条件，在此基础上对几种基坑支护方案进行了分析论证，并对所采用的复合土钉墙支护方案进行了设计计算。     

北京某复合土钉墙支护基坑事故分析

北京某复合土钉墙支护由于设计不周和施工不当，导致基坑支护事故，引起邻近建筑物倾斜成为危房，造成较大的经济损失与社会影响。通过分析事故产生的原因，总结经验教训，为后续工程的安全提供警示。     

FLAC3D在海底隧道涌水量预测中的应用

通过分析FLAC3D软件的基本特征、解析特点和本构模型,在分析研究区地质条件的基础上,采用半无限空间的水文地质计算模型,确立了研究区的模拟方案。结合某海底隧道具体水文地质和工程地质情况,以其中的9个典型剖面模拟计算为例阐述了其在海底隧道涌水量预测中的应用。将计算结果与经验解析法的结果进行了比较分析,阐述了FLAC3D数值模拟法的适用条件和工况。总结出了一些有益于隧道施工组织设计和排水设计的结论,对指导工程实践具有一定参考价值。     

考虑变形模量劣化的应变软化模型在FLAC3D中的开发与验证

FLAC3D软件中的应变软化本构模型是通过抗剪强度参数劣化来实现的,没有考虑变形模量劣化造成的影响。针对这一问题,采用了变形模量劣化的损伤本构模型,详细推导了劣化损伤本构模型的差分格式,研究该模型在FLAC3D中二次开发的流程,在VC++环境下实现了劣化损伤本构模型在FLAC3D中的二次开发;通过与深埋圆形洞室应变软化数值解算例对比,进一步验证了该模型弹塑性和损伤的力学性质,分析了变形模量劣化对围岩变形特性的影响。由于该模型能够反映围岩的劣化损伤特性和大变形特点,因此在工程应用中有一定的实用价值。     

砂土液化大变形模型在FLAC3D中的开发与应用

通过FLAC3D二次开发平台,在VC++环境下实现了基于砂土液化大变形机制的变动映射中心边界面弹塑性模型的二次开发。基于饱和砂土液化大变形本构理论,该模型符合三维应力空间边界面映射规则,并引入临界状态变量,可实现对不同密度和围压状态下砂土液化大变形分析。针对FLAC3D程序混合离散技术与数据调用模式和模型的体积相容性条件,测试分析了将模型采用不同植入方案的计算稳定性,开发了在FLAC3D混合离散技术下不同子区共享映射中心,进入与离开液化状态保持同步的开发方案,并给出模型开发的关键技术与实施方法。利用开发的模型,对饱和砂土开展了不排水/排水/循环三轴试验与不排水循环扭剪试验模拟,及三维地基的动力反应分析。计算结果表明,模型及所开发程序具有很好的模拟与分析砂土液化后大变形的能力。     

基于SURPAC模型的采空区与露采边坡相互影响的FLAC3D分析

采用SURPAC建立了瓮福磷矿穿岩洞矿段采场的三维地质模型,利用接口程序将模型导入FLAC3D对采空区与露采边坡之间的相互影响进行了计算,并在边坡坡顶、坡脚与采空区四周布置了监测点以监测各点应力与位移的变化。计算结果表明:采空区的存在极大地改变了采空区周边与边坡的应力分布;使得采空区周边水平位移出现明显增加,并且改变了采空区位置周边的竖向位移场,对各个采空区之间的区域的影响最为显著,使得回弹量减小;边坡与采空区监测点的应力与位移随着边坡露采的进行出现规律性的变化;采空区的存在极大地改变了岩体塑性区的分布,对于有采空区边坡,塑性区分布范围随着开挖的进行有减小的趋势,但坡面上出现明显的拉伸破坏区,不利于边坡稳定;采空区使得露采边坡的安全系数降低。     

基于三维数值模拟的露天煤矿复合边坡稳定性分析

借助VC及fish语言编程,将AutoCAD、Surfer、ANSYS等软件耦合应用,完成了复杂地质条件下的FLAC3D建模。在地质调查及统计分析试验数据的基础上,应用Hoek-Brown经验破坏准则确定了边坡岩体的综合强度指标。然后,采用FLAC3D,对比分析了不考虑地下水及三维流固耦合两种情况下的位移场、应力场和塑性区分布规律,并采用强度折减法求得了三维边坡安全稳定系数。结果表明,由外排土场和采掘帮坡构成的复合边坡呈现复杂的潜在破坏模式,以及在地下水影响下存在潜在失稳。与传统的边坡稳定性分析方法相比,三维数值分析优势明显。      

基于数字图像像素单元建立准三维FLAC3D模型

在实际应用中,即使是建立较为简单的不规则准三维模型,FLAC3D也存在一定难度,因此,提出了一种快速建立FLAC3D准三维模型的方法,即基于数字图像像素单元的位置属性建立FLAC3D准三维模型,并根据像素单元的颜色属性对所建立模型进行分组,以便实现对模型单元赋予不同属性材料或者建立不同功能模块（如开挖、回填）。借助上述思想,采用Visual Basic语言编写了IMAGE-FLAC3D接口程序,实现了FLAC3D软件建模的直观、快速和自动化。通过建立土石混合体有限差分模型和库岸滑坡有限差分模型,检验了该方法及程序的有效性和可行性。在此基础上,借助强度折减法对所建立库岸滑坡模型进行稳定性分析,分析结果与极限平衡法所得结果相近,说明了所建模型的可计算性。该方法可作为数字图像服务于岩土工程的典型范例。     

邓肯-张本构模型在FLAC3D中的开发与实现

根据FLAC3D软件提供的二次开发平台,利用VC++环境在FLAC3D软件中实现了邓肯-张本构模型的开发,设计了一系列三轴试验的模拟算例对模型开发的正确性进行了验证。给出了在FLAC3D中开发本构模型的基本步骤和编程要点,为其他用户进行本构模型的修改提供了借鉴和参考。由于FLAC3D开发环境的特点,用户编写的本构模型和软件自带的本构模型的执行效率处在同一水平。     

隧道锚围岩拉拔模型试验研究及数值模拟

采用现场模型试验同FLAC3D数值试验相结合进行对比研究。介绍了坝陵河大桥西锚碇1:20、1:30现场模型试验,研究发现锚碇横截面位移呈马鞍型,向两端逐渐收敛,轴线方向呈梯形分布,围岩残余变形率呈V形分布,相同应力水平下,大尺寸模型的监测位移较大。数值试验发现,应力分布具有明显的分段特征,沿锚体呈不对称分布,可能的破坏方式是锚体带动周边一定范围岩体发生塞体状的整体拉剪复合破坏。设计和施工过程中应对显著变形区及破损区内的岩体进行重点加固。