锚杆挡土墙结构的三维有限元分析_应志民
基于有限元分析的挡土墙结构优化研究
基于有限元分析的挡土墙结构优化研究挡土墙是土木工程中常见的一种边坡支护结构，其作用是抵抗土体自重和侧压力，保护边坡的稳定。
在挡土墙的设计中，优化结构是提高结构性能和经济性的关键。
基于有限元分析的挡土墙结构优化研究旨在通过有限元分析方法，评估挡土墙结构的性能，进而寻求最优的结构方案。
本文将针对挡土墙结构的优化进行详细研究，包括结构参数的选取、有限元模型的建立、分析方法的选择和结果的评估等方面。
首先，结构参数的选取是挡土墙优化设计的基础。
挡土墙结构包括墙体几何参数和材料参数等。
在选取墙体几何参数方面，需要考虑墙体的高度、底宽、顶宽、坡度等因素。
而在选取材料参数方面，需要考虑墙体的抗折强度、抗滑强度、抗倾覆能力等指标。
通过在一定范围内变化这些参数，可以得到不同结构方案的有限元模型。
其次，有限元模型的建立是进行优化研究的关键。
有限元模型应该准确地描述挡土墙的力学行为，并能够反映实际工程中的各种受力和变形情况。
一般来说，有限元模型应包括挡土墙结构、土体、支护设施等各个组成部分。
在建立模型时，还需根据实际情况考虑边界条件，如土体的边界约束和荷载的施加方式等。
第三，选择合适的分析方法进行挡土墙结构的有限元分析是优化研究的关键环节。
有限元分析方法主要包括静力分析和动力分析。
对于挡土墙这种静力结构，一般可以采用静力分析方法，例如采用平衡法、变分原理或有限元法求解结构的受力和变形情况。
在分析过程中，还需考虑土体的非线性特性、构筑物与土体的接触条件等。
最后，通过有限元分析的结果来评估不同结构方案的性能，进而确定最优方案。
评估指标主要包括挡土墙结构的受力性能、变形性能和经济性能等。
通过比较不同结构方案的评估指标，可以得到最优的挡土墙结构设计。
综上所述，基于有限元分析的挡土墙结构优化研究是一个复杂而重要的课题。
在研究中，需要选取合适的结构参数、建立准确的有限元模型、选择适当的分析方法，并通过评估指标确定最优设计方案。
通过这些研究内容的探索和分析，可以得到性能更好、经济性更高的挡土墙结构设计，提高工程的稳定性和安全性。
基于有限元分析的挡土墙稳定性评估与优化设计
基于有限元分析的挡土墙稳定性评估与优化设计挡土墙是土木工程中常用的一种结构，用于抵抗土体的侧压力，保持土体的稳定。
挡土墙的稳定性评估与优化设计是一项重要的工作，可以确保挡土墙在正常使用条件下不发生倒塌事故，并能满足建设需求。
在进行挡土墙稳定性评估与优化设计时，有限元分析是一种常用的方法。
有限元分析是一种数值计算方法，通过将复杂连续介质问题离散化为有限个单元，建立离散的数学模型，并利用计算机进行求解。
通过有限元分析，可以对挡土墙的受力和变形进行准确的模拟和计算，为稳定性评估提供可靠的依据。
在进行稳定性评估时，首先需要确定挡土墙所受力的边界条件。
这包括土体的侧压力、挡土墙的重力、附加荷载等。
通过有限元分析，可以将这些力的作用效果准确地模拟出来，并计算出挡土墙在不同工况下的受力情况。
根据计算结果，可以判断挡土墙的稳定性，并进行相应的优化设计。
在评估挡土墙的稳定性时，主要考虑以下几个方面：1. 滑动稳定性评估：滑动是挡土墙最常见的破坏形式之一。
通过有限元分析，可以计算挡土墙和土体之间的剪应力分布，并评估挡土墙的滑动稳定性。
如果滑动安全系数小于1，即表示滑动破坏的可能性较大，需要进行相应的优化设计。
2. 翻转稳定性评估：翻转是挡土墙另一种常见的破坏形式。
通过有限元分析，可以计算挡土墙的倾覆转矩，并评估挡土墙的翻转稳定性。
如果倾覆转矩大于挡土墙的抗倾覆转矩，即表示翻转破坏的可能性较大，需要进行相应的优化设计。
3. 应力和变形分析：挡土墙的稳定性评估还需要考虑挡土墙和土体的应力和变形情况。
通过有限元分析，可以计算挡土墙和土体的应力和变形分布，并评估挡土墙的变形与破坏情况。
如果挡土墙变形较大或应力超过允许值，需要进行相应的优化设计。
基于有限元分析的挡土墙稳定性评估与优化设计是一项复杂而重要的工作。
在进行评估时，需要准确模拟挡土墙及其周围土体的力学行为，并结合结构的受力性能和变形特点进行综合分析。
通过合理的优化设计，可以提高挡土墙的稳定性，确保工程的安全运行。
锚杆挡土墙在边坡防护中力学机理的研究的开题报告
锚杆挡土墙在边坡防护中力学机理的研究的开题报告一、选题背景在城市化的进程中，边坡工程是建筑工程建设中的一个重要环节。
然而，该领域面临的风险是巨大的，仅仅依靠传统的工程材料和设计方法难以达到有效的防护效果。
近年来，锚杆挡土墙在边坡防护领域得到了广泛应用，其具有强度高、抗震能力强、施工周期短等优点，这使其成为了一种非常有效的工程防护方式。
锚杆挡土墙在边坡防护中的机理主要是锚杆与土体之间的相互作用。
锚杆通过锚固土体，形成钢筋网络，从而牢固地抵抗土体的滑移和崩塌，实现整个边坡的稳定性。
然而，锚杆挡土墙在边坡防护中的力学机理还有待深入研究。
因此，本文将从锚杆挡土墙中锚杆与土体的相互作用原理入手，对锚杆在挡土墙中的机理进行深入研究，探讨锚杆挡土墙在边坡防护中的力学机理，为提高边坡防护的效果提供一定的理论支持。
二、研究目的本文的研究目的主要有以下几点：1. 研究锚杆挡土墙中锚杆与土体之间的相互作用原理。
2. 探究锚杆挡土墙的力学机理。
3. 评估锚杆挡土墙在边坡防护中的应用效果。
三、研究方法本文的研究方法包括文献资料法、试验法、数值模拟法等。
1. 文献资料法：通过查阅文献资料，了解锚杆挡土墙在边坡防护中的应用情况，掌握锚杆与土体之间的相互作用原理。
2. 试验法：设计锚杆挡土墙试验，对锚杆挡土墙的力学机理进行实验验证。
3. 数值模拟法：运用有限元软件对锚杆挡土墙进行力学分析，进一步了解锚杆挡土墙在边坡防护中的应用效果。
四、预期结果通过本文的研究，预计可得到以下几点成果：1. 深入研究锚杆挡土墙中锚杆与土体之间的相互作用原理，探究锚杆挡土墙的力学机理。
2. 通过实验验证，进一步了解锚杆挡土墙在边坡防护中的应用效果。
3. 提出对锚杆挡土墙的改进措施，以提高其在边坡防护工程中的整体应用效果。
五、论文结构本文将分为以下几个部分：第一章：选题背景及研究目的第二章：文献综述第三章：锚杆挡土墙力学机理研究第四章：锚杆挡土墙试验验证第五章：数值模拟分析第六章：结论与展望六、研究进展目前，已完成了文献综述部分的调研工作，明确了锚杆挡土墙在边坡防护领域的应用情况，掌握了锚杆与土体之间的相互作用原理。
扩大头锚杆-土体相互作用数值模拟与分析
扩大头锚杆-土体相互作用数值模拟与分析扩大头锚杆是一种常用于土体加固工程中的锚杆形式，其主要特点是头部采用了扩大设计，能够更好地固定在土体内，并提供更大的抵抗力。
本文将以数值模拟与分析为手段，探讨扩大头锚杆与土体的相互作用机理，为工程实践提供一定的参考价值。
一、模型建立本文所研究的扩大头锚杆模型采用了三维有限元方法进行建立，其中锚杆本身采用了线弹性单元，土体则采用了三维八节点三棱柱单元。
由于扩大头锚杆常用于基础土层加固工程中，因此本文将重点研究锚杆与土体之间的相互作用机理。
二、计算分析1.静力分析在进行静力分析时，假设扩大头锚杆的力学参数为：E=2.1e11N/m2,α=1.2e-5/℃,σy=6.3e8N/m2,σult=9.5e8N/m2，并分别考虑了不同深度和不同直径的锚杆。
计算结果表明，增加锚杆深度和直径都能够有效提高锚杆的承载能力，但增加直径的效果更为显著。
在进行动力分析时，首先对锚杆进行有限元动力分析，得到其特征频率和振型，进而利用单自由度系统理论建立锚杆与土体的耦合系统模型，得到系统的振动响应。
在考虑地震作用时，本文采用了强震动地表运动记录，分别对锚杆和土体进行了动力响应分析，结果表明在地震作用下，锚杆与土体之间的相互作用能够降低锚杆的自振频率和阻尼比，使其具有更好的抗震能力。
三、结论通过以上模型建立和计算分析可得，扩大头锚杆在土体加固工程中具有较好的抗拔能力和抗震能力。
同时，增加锚杆的深度和直径能够有效提高其承载能力，但在进行工程实践时需要根据具体情况进行选择。
此外，在进行动力分析时需要考虑到锚杆与土体之间的相互作用，以更加准确地评估工程的安全性和经济性。
锚杆护顶方案三维有限元数值模拟及分析
Ｔｈ ｅ — ｉ ｅ ｓｏ ａ ｉ ｉｅ ｅ ｅ ｎ ｕ ｒｃ ｌｓｍｕ ａ ｉ ｎ ｒ ｅ ｄ ｍ ｎ ｉ ｎ ｌｆ ｔ ｌ ｍｅ ｔｎ ｍｅ ｉａ ｉ ｌｔｏ ｎ ｏ ｈ ｒ ｇ ａ ｏ ｏ ｆｂ ｌｉ ｇ ｎ ｔ ｅ ｐ ｏ ｒ ｍ ｆｒ ｏ － ｏ ｔｎ
第６ ４卷
第 ４期
有 色 金 属 （ ｉ１ ． ９ ９ Ｊ ｉ ｎ １ ７ — １ ２ ２ １ ． ４ ０ ３ ｏ ：０ ３ ６ ／ ．ｓ ． ６ １４ ７ ． ０ ２ ０ ． １ ｓ
锚 杆 护 顶 方 案 三 维 有限 元 数 值 模 拟 及 分 析
ｅｅ ｎ ｕ ｒｃ ｌ ｉ ｌ ｔ ｎ ｓ ｆｗａ ｅ ｉ ａ ｏ ｔ ｄ ｔ ｉ ｌ ｔ ｈ ｅ ｉ ｄ ｆｂ ｌ ｓ ｐ ｏ ｔｐ ｏ ｒ ｍｓ ｉ ｒ ｅ ｏ ｆ ｄ ｎ ｌｍｅ ｔｎ ｍｅ ｉａ ｍｕ ａ ｉ ｏ ｔ ｒ ｓ ｄ ｐ ｅ ｏ ｓｍｕ ａ ｅ ｔ ｒ ｅｋ ｎ ｓ ｏ ｏ ｔ ｕ ｐ ｒ ｒ ｇ ａ ｎ ｏ ｄ ｒｔ ｉ ｉ ｇ ｓ ｏ ｎ
为研究 矿体 回采 过程 中顶 板 的稳定 性 ， 采用 数
值模 拟方 法 ， 量地 计 算 和 分 析 回采 过 程 中采 场顶 定
模 拟 中所采 用 的计算 参数 见表 １ 。
表 １ 岩体 物 理 力 学 参数 取值 表
Ｔａ ｌ Ｖａ ｕ ｓ ｏ ｅ ｈａ ｉ ａ ｒ ｂｅ１ ｌ ｅ ｆ ｍ ｃ ｎ ｃ ｌｐａ ａｍｅ ｅ ｓ ｏ ｏ ｋ ｍ ａ ｓ ｔｒ ｆｒ ｃ ｓ
马 相松
（ 明有色 冶金设 计研 究院股份 公 司 ， 明 ６０ ５ ） 昆 昆 ５ ０ １
(整理)仰斜式锚杆挡土墙三维有限元模拟分析
仰斜式锚杆挡土墙三维有限元模拟分析摘要随着国民经济的飞速发展，基础设施建设速度越来越快，目前对于经济适用、安全可靠的空间组合支护结构的需求日益迫切。
仰斜式锚杆挡土墙是一种新型的轻型挡土墙结构，具有锚杆挡土墙和仰斜式挡土墙的优点，能够广泛应用于各种复杂类型的地形及地基边坡加固工程，但对这种挡土墙结构受力变形特征的分析研究在国内外尚未查询到相关文献报导，在工程应用中设计人员对此种挡土墙结构的受力特征的了解还远不能满足设计要求。
因此，开展仰斜式锚杆挡土墙结构的分析研究具有重大的理论意义和工程应用指导价值。
本文结合太原市煤气化城郊森林公园水源工程左岸公路仰斜式锚杆挡土墙结构的设计方案，采用ANSYS软件生死单元模拟仰斜式锚杆挡土墙结构在施工、完建、浸水及水位降落过程中的挡土墙—锚杆—土体—地基联合变形协调发展过程，建立非线性空间有限元分析模型，分析土体粘聚力（c）和内摩擦角（φ）对挡土墙位移及内力、土压力和锚杆受力的影响，并对土体的粘聚力（c）和内摩擦角（φ）进行敏感性分析并得到如下结论和认识：1.建立仰斜式锚杆挡土墙非线性空间有限元分析模型并对其进行分析，模拟了仰斜式锚杆挡土墙的施工过程，得到了挡土墙结构在水库泄水完成时墙背土压力大小及分布状态、挡土墙墙体内力及位移、锚杆轴力大小及分布。
同时和库伦主动土压力理论计算结果进行对比，发现土压力是库伦主动土压力的1.94倍，即土压力增大系数为1.94。
2．仰斜式锚杆挡土墙结构空间有限元分析结果指导出仰斜式锚杆挡土墙在挡土墙完建、水库蓄水完成以及水库泄水完成三种工况下墙背土压力分布规律、挡土墙的水平位移特征、挡土墙内力分布特征以及锚杆的受力特征。
3.通过对仰斜式锚杆挡土墙1/4断面、对称断面和锚杆所在位置断面水平位移的比较，发现锚杆对挡土墙水平位移具有很明显的控制作用。
锚杆所在位置处挡土墙墙体位移明显小于墙体其它部分位移。
4.对影响仰斜式锚杆挡土墙结构内力、位移和锚杆受力的主要因素土体的粘聚力（c）和内摩擦角（φ）进行参数敏感性分析，得出土体内摩擦（φ）角对结构内力、位移和锚杆轴力的影响较大。
有限元在挡土墙选形中的应用
有限元在挡土墙选形中的应用摘要：结合高填方路基挡土墙施工实践，对常规挡土墙形状进行了改动，提出多个尺寸方案，利用有限元理论及计算分析软件ANSYS对这些新形挡土墙进行了计算，从中选择满足要求的最佳形式，体现了有限元在计算挡土墙方面的便捷性，为类似挡土结构计算提供参考。
关键词：有限元；计算软件；挡土墙Abstract: the combination of high fill subgrade retaining wall construction practice, the conventional retaining wall shape was changed, the more the size of the program, the use of finite element theory and analysis software ANSYS of these new type retaining wall are calculated, from which to choose best meet the formal requirements, reflects the convenience of finite element method in the calculation of retaining wall respect, offer reference for similar retaining structure calculation.Keywords: finite element calculation software; retaining wall;一、工程概况某道路工程全长4.3公里，路基宽度22米，双向四车道布设，两侧设置4米宽绿化带，道路等级为一级，设计时速80公里，路基为填方路基，高填方路段长3公里，全部采用重力式片石混凝土挡墙，项目工期为五个月。
由于受天气及征地拆迁工作的影响，工期缩短二十余天，在这种情况下，为确保高填方路段回填质量，经各方研究后决定采用“包砂法”进行施工，即首先完成两侧挡墙的施工，然后回填砂或砂砾，采用水压法使其密实。
锚杆挡土墙的结构设计PPT课件
锚杆挡土墙
01 课题来源 02 现状目标意义 03 研究方向 04 研究进展 05 任务安排 06 论文提纲 07 谢谢
锚杆挡土墙 论文提纲
01 课题来源
1、绪论 1.1研究意义 1.2研究意义 1.3研究的主要内容 2、锚杆挡土墙分类 3、结构计算及设计方法综述 4、实例 5、结论及对策
02 现状目标意义
锚杆挡土墙
挡土墙侧向压力的大小与岩土力学性 质、墙 高、支 护结构 形式及 位移方向和大小等因素有关。由于锚 杆挡土 墙构造 特殊， 侧向压 力的影响因素更为复杂。 目前在理论上还没有准确的计算方法 能如实 地反映 各种因 素对锚 杆挡土墙侧向核动力的影响。 现行的一些规范中采用土压力增大系 数来反 映锚杆 挡土墙 侧向压 力的增大。由于是否考虑土压力增大 和土压 力增大 系数都 带有一 定的经验性，因此，该领域还需要做 进一步 的研究 。
01 课题来源 02 现状目标意义 03 研究方向 04 研究进展 05 任务安排 06 论文提纲 07 谢谢
二：锚杆的设计
锚杆挡土墙
01 课题来源 02 现状目标意义 03 研究方向 04 研究进展 05 任务安排 06 论文提纲 07 谢谢
锚杆设计中有许多不确定的因素，以 往锚杆 设计中 常将锚 固长度 上的粘 结应力 视为均 匀分布 采用抗 拔力与 锚杆长 度成正 比的假 定与现 场实测 情况是 有出入 的。当 前普遍 采用的 集中接 力型锚 杆在爱 荷时， 不能将 荷载均 匀地分 布于锚 固长度 上，会 出现严 重的应 力集中 现象。 因此应 积极采 用在一 个钻孔 中安放 若干个 锚固长 度较短 的单元 锚杆的 复合锚 固，它 能使粘 结强度 较均匀 地分布 于整个 锚固长 度上， 更有效 地利用 地层的 抗剪强 度。
加载条件下锚杆挡土墙有限元极限分析
应志民 ： 载条件下锚杆挡土墙有限元极限分析 加
９ １
单 元进行划分 ， 从而使单元形状 比较规则 ， 尽量避免相
科 学 ，０ ５ ３ （ ）４ ２０ ，０ ５ ：３—４ ５ 、
［ ］ 王艳慧 ， ６ 曹红杰 ， 杨国祥．灰色预测模 型的选择及其 在大坝安
参 考 文献
［ ］ 邓 聚龙．灰色预测 与决 策［ ． 汉 ： 中理 １大学 出版社 ， １ Ｍ】 武 华
１９ ９ ６．
全 预报 中应用 的研究［ ］ 地矿测绘 ，０ １ （ ）６—７． Ｊ． ２０ ，２ ：
板厚 度 为 ２ ０ ｍ。岩体 、 土板 和肋 柱 均采 用 Ｓ Ｉ ０ｍ 挡 Ｏ 一
１４ １ ５单 元 ，锚 杆 采用 三 维 杆单 元 ＬＮ ８单 元模 拟。 ３ ＩＫ 岩体 弹性模量 Ｅ＝ ０ Ｍ ａ 重度为 ２ ｋ ／ 粘结 力 ｃ ３０ Ｐ ， ２Ｎ ｍ ，
＝
中取一列锚杆 的作用 范围作为分 析对象 ， 建立 的三维
值模拟方法 ， 建立锚 杆挡 土墒 加固边坡 的三维有 限元模型 ， 采用 极限分析有 限元法对加锚杆 挡土墙前后边坡 的极 限承载能力 、 塑性区 、 位移变化进行了 比较分析 ， 出了锚杆挡 土墙对边 坡位移 和塑性 区的控制作用 以及边坡 的 得
极 限荷 载 。
【 关键词 】 锚杆挡土墙 ； 数值模拟 ； 三维有 限元 ； 极限荷载 【 中图分类号】 Ｔ ４６４ Ｕ７． 【 文献标识码 】 Ｂ 【 文章编 号】 １ １ ６６ （０ １ｏ — ００ ０ ０ — ８４ ２ｌ ）２ ０９ — ３ ０
预应力锚杆挡土墙三维有限元分析
预应力锚杆挡土墙三维有限元分析摘要：预应力锚杆挡土墙在土木工程领域应用已经很广，但理论研究还较滞后。
通过有限元数值模拟方法，建立预应力锚杆挡土墙加固边坡的三维有限元模型，对预应力锚杆挡土墙和普通锚杆挡土墙加固边坡的水平位移进行了比较分析，对锚杆轴力随开挖的变化进行了探讨，得出了预应力锚杆挡土墙的水平位移控制作用和锚杆轴力变化规律。
关键词：预应力锚杆挡土墙；三维有限元；位移；轴力1 引言预应力锚杆挡墙是用于基坑开挖和边坡稳定的一种新型的支护技术，是贾金青博士于20世纪90年代初提出并应用于实际的[1]，该方法由于其工程造价低，施工方便，变形小和施工安全等显著优点，在我国已得到广泛应用。
但到目前为止尚未有一个较为完善的计算模型能模拟其支护机理和力学性能，且其理论明显滞后后工程实践。
且目前对预应力锚杆挡墙的研究多集中在土体中[2,3]，基于此，本文采用数值计算方法对预应力锚杆挡墙在破碎岩体中的应用进行分析研究，以期能对理解预应力锚杆挡墙的工作机理有所裨益。
2 三维有限元模型的建立2.1 计算参数取值为了使分析具有一般意义，建立理想化模型。
锚杆挡土墙高9m，墙顶为一6m宽的道路，荷载为25kpa，竖直开挖，预应力锚杆孔径为130mm，锚杆钢筋采用φ36二级钢筋，预应力锚杆长9m，其中自由段5m，内锚固段4m，初始预应力值为100kn，预应力锚杆间距为2.5m×2.5m，倾角15°。
锚杆挡墙肋柱为300mm×400mm，挡土板厚度为200mm。
岩体、挡土板和肋柱均采用solid45单元,锚杆采用三维杆单元link8单元模拟。
岩体弹性模量e=300mpa，重度为22kn/m3,粘结力c=30kpa,内摩擦角为25°，泊松比为0.35。
锚杆弹性模量e=2e5mpa，重度为78kn/m3,泊松比为0.2，根据有关参数，计算锚杆极限承载力为216kn。
混凝土弹性模量e=28000mpa，重度为25kn/m3, 泊松比为0.25。
锚杆对应力波传播影响的有限元分析
锚杆对应力波传播影响的有限元分析
荣耀;许锡宾;赵明阶;黄红元
【期刊名称】《地下空间与工程学报》
【年(卷),期】2006(2)1
【摘要】为了获得隧道围岩中应力波的传播特性及支护结构锚杆对应力波传播的影响,通过对爆破荷载模式的分析,得到了的爆破荷载计算的改进模式,并计算了朝东岩隧道开挖中的Ⅳ围岩类型下的爆破荷载,并以爆破荷载为荷载输入,对隧道围岩无支护及有支护情况下的应力波传播特性进行了有限元数值模拟,分析结果表明:在近距离的波传播中,计算结果具有很好的规律性;锚杆对应力波的传播衰减作用明显,其关系可用指数函数来拟合;爆破荷载作用下围岩周边各点的速度是各不相同的,且相差比较大,建议在设计支护系统时,可采用不对称的支护系统。
【总页数】5页(P115-119)
【关键词】锚杆;爆破荷载;应力波;数值模拟
【作者】荣耀;许锡宾;赵明阶;黄红元
【作者单位】同济大学地下系;重庆交通学院
【正文语种】中文
【中图分类】U45;TB115
【相关文献】
1.基于小波包分析的锚杆系统声频应力波传播特性研究 [J], 邢卉;孙晓云;王明明
2.轴向静应力对弹性杆中应力波大小和传播的影响 [J], 昌晓旭;金解放;程昀;何聪;
袁伟
3.激发应力波在锚杆锚固体中传播规律的实验研究 [J], 刘海峰
4.应力波在预应力锚杆内传播特性分析与工程应用 [J], 李青锋;谢雄刚;朱川曲
5.Hopkinson杆实验中弯曲杆对应力波传播的影响 [J], 肖大武;李英雷;孙钊;胡时胜
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关于锚杆本构及其数值模拟分析总结与思考
纯拉：
纯拉
何礼理
纯剪 拉剪
PILE
耦合
(1)塑性之前（OA 段），杆体拉力随着 拉应变的增加而线性增长； (2)屈服后，杆体 轴力保持不变（AB 段）；(3)当杆体的应变大于拉断破坏 应 变时，锚杆拉断,杆体拉力变为(BC 段)。
6
纯剪：
（1）在杆体受到的剪力达到抗剪极限 能力之前，其剪力随着剪 切位移的增 加而线性增加（OA 段）； （2）当杆体达到剪切 极限受力状态 时，杆体产生剪断破坏。
拉剪耦合：
纯剪： 拉剪耦合：
栾恒杰
拉剪
曹艳伟
PILE
6
耦合
蒋宇静
二、 关于 FLAC3D 中材料及结构单元二次开发的思考
（1） 深部巷道二次开发锚杆、锚索、锚网索支护稳定性控制模型 上述文献[1-9]对 FLAC3D 锚杆单元抗拉、抗剪、拉剪耦合方面二次开发及破断理论进行了详 细阐述，并在模拟实际工程取得良好效果。支护与围岩形成的相互协调的承载共同体是巷道围 岩控制的核心，但是目前文章[1-18]仅仅是对锚杆、锚索支护结构单元自身进行研究，一是缺乏 对恒阻吸能、恒阻大变形锚杆单元结构进行二次开发；二是缺乏二次开发锚杆单元与原结构单 元在静态围岩应力场对比、动态应力场演变规律量化分析、函数拟合，静态围岩位移场对比、 动态位移场演变规律量化分析、函数拟合；三是缺乏二次开发锚网索单元耦合与原结构单元在 静态围岩应力场对比、动态应力场演变规律量化分析、函数拟合，静态围岩位移场对比、动态 位移场演变规律量化分析、函数拟合，从而形成动、静应力作用下深部巷道二次开发结构单元 锚杆、锚索、锚网索支护稳定性控制模型。 围岩应力场稳定是巷道稳定的基础，国内外研究学者对围岩应力场演变进行了深入研究， 其研究现状如下： Antonio, B.[19]对深部隧道围岩应力场进行深入研究，通过围岩应力和位移变化揭示应力场 演变规律；Mohammad, R.Z.[20]研究了深部隧道围岩内弹塑性分区，对塑性损伤区给出了应力和 位移的解析解；Srisharan, S.[21]将深部煤矿巷道围岩简化为等效连续体，并使用离散元法对围岩
锚杆挡土墙结构的三维有限元分析
值模拟方法 ， 建立锚杆挡土墙结 构的三维有 限元模 型， 模拟 了锚 杆挡土墙 的“ 逆作法” 工过程 。计 算结果表 明 ： 施
（ 开挖面最大水平位 移在离坡脚 １３处 ； 锚杆轴力体 现为两端小 ， ／ ② 中间大的 “ 抛物线 ” ； 随着开挖的进行 ， 状 ③ 边
坡 的 潜 在 破 裂 面 向 里 发展 ， 在 破 裂 范 围增 加 。 潜
着锚杆挡土墙施工过 程的变化规 律 ， 并与不进 行锚杆 挡土墙支护的情况进行 比较分析。
１ 三维 有 限元 模 型 的建 立
咧 锚杆的作用 范围作为分析对 象 ， 建立 的三维 有限
元 模 型 主 要 考 虑 具 有 有 限 尺 寸 的 一 列 锚 杆 对 半 无 限
薄层岩体的整体三维作用 ， 锚杆采用 杆单元进行模拟。
为 ２ 。泊 松 比为 ０ ３ 。锚 杆 弹 性模 量 Ｅ＝ ｅＭ ａ重 ５， ．５ ２６ Ｐ ， 度 为 ７ ｋ ／ 泊 松 比 为 ０２ 混 凝 土 弹 性 模 量 Ｅ： ８Ｎ ｍ ， ．。
程进行了模 拟。其具体步骤如下 ：
第一 步 ： 杀死 ＬＮ ８单元 ， ＩＫ 即锚杆不起 作用 ， 计算 自重应力 场。第 二步 ： 开挖 至 一 ．ｍ， 死相应 的土 ２０ 杀 体单元。第 三步 ： 开挖 至 一 ． ｍ， 时施 作挡墙 至 一 ４５ 同 ２ ０ 激活第一排锚杆。第 四步 ： ． ｍ， 开挖 至 一 ． ｍ， ７ ０ 同时 施作挡墙 至 一 ． ｍ， ４ ５ 激活第 二 排锚 杆。第 五 步 ： 挖 开
取六面体八节点等参 单元进行 划分 ， 从而使 单元形状
比较规则 ， 尽量避免 相邻 网格 大小发 生突变 。模 型共
采 用 了单 元 １０ ８个 ， 点 １７ ２个 。 ６０ 节 ８９
新建及拓宽公路路堤挡土墙受力及变形有限元分析
新建及拓宽公路路堤挡土墙受力及变形有限元分析公路路堤挡土墙是公路工程中常见的结构形式，其主要作用是支撑路堤的土体并承受来自路堤土重和交通荷载的作用。
为了保证公路路堤挡土墙的稳定性和安全性，需要对其受力和变形进行有限元分析。
首先，我们需要建立有限元模型。
根据挡土墙的几何形状和材料特性，可以选择合适的有限元单元来建立模型。
挡土墙一般为矩形或梯形，可以使用梁单元或板单元进行建模；土体可以使用弹性或弹塑性材料模型进行建模。
接下来，我们需要确定边界条件。
一般情况下，土体的底部可以视为固定边界，墙体可以视为固定边界或受限位移边界，顶部可以视为自由边界或受限位移边界。
边界条件的选择需要根据具体情况进行合理设定。
然后，我们需要给模型施加外荷载。
外荷载主要包括路堤土重和交通荷载两部分。
路堤土重可以根据土体的密度和体积计算得到；交通荷载可以根据设计标准和交通流量计算得到。
在有限元分析中，我们可以通过施加位移或力来模拟挡土墙的受力和变形。
一般情况下，挡土墙的受力主要包括水平力、竖向力和弯矩三个方向。
水平力来自于侧推土压力和交通荷载；竖向力来自于土重和交通荷载。
通过有限元分析，可以计算出挡土墙在各个方向上的受力情况。
同时，挡土墙在受力过程中会发生变形。
主要变形包括水平位移和竖向位移。
水平位移主要由挡土墙的刚度和支撑条件决定；竖向位移主要由挡土墙的压缩变形和土体的沉降决定。
通过有限元分析，可以计算出挡土墙在各个方向上的变形情况。
最后，我们需要对分析结果进行评估和优化。
根据有限元分析结果，可以评估挡土墙的稳定性和安全性，并进行必要的结构优化。
例如，根据挡土墙的受力情况，可以调整墙体的厚度或增加加筋措施；根据挡土墙的变形情况，可以采取加固措施或调整土压力的施加方式。
综上所述，新建及拓宽公路路堤挡土墙受力及变形有限元分析是保证公路工程稳定性和安全性的重要工作。
通过适当的有限元模型建立、合理的边界条件设定和准确的荷载施加，可以得到挡土墙在受力和变形过程中的详细情况，为工程设计和施工提供依据。
基于有限元分析的锚杆锁力性能研究
基于有限元分析的锚杆锁力性能研究锚杆锁力性能是岩土工程中一个非常重要、关键的问题。
在数十年的生产和科研实践中，人们通过不断的实验研究和理论分析，对锚杆锁力性能有了深刻的认识。
而近年来，随着计算机技术的不断发展和有限元分析方法的广泛应用，基于有限元分析的锚杆锁力性能研究也得到了越来越广泛的关注。
有限元分析作为一种高效、精确的计算方法，已经被广泛应用于各个领域。
在锚杆锁力性能研究中，有限元分析可以对锚杆锁力进行精确计算，预测锚杆的力学性能，并给出实用的设计和施工建议。
下面，我们将从以下几个方面探讨基于有限元分析的锚杆锁力性能研究。
一、锚杆锁力机理的概述锚杆锁力指锚杆在锚固体内的抗拉能力，也称为锚接力。
在实际工程中，锚杆的锚接力是锁定斜坡、隧道、厂房等地下建筑物的重要参数，是保证工程安全的关键因素。
锚杆锁力机理主要包括力学和渗流两个方面。
在力学方面，锚杆锁力的大小取决于锚杆本身的承载能力和锚杆固结与土体之间的协同作用。
在渗流方面，锚杆固结体与周围土体的渗透系数、渗透能力以及渗流场等因素都会影响锚杆的抗拉性能。
二、有限元分析在锚杆锁力性能研究中的应用有限元分析方法的应用为锚杆锁力性能研究提供了一条高效、精确的途径，可以通过数值模拟，预测锚杆锁力大小和锚杆力学性能，并辅助对锚杆结构的设计和施工提出合理的建议。
在有限元分析中，一般通过三维有限元模型对锚杆系统进行建模，考虑锚杆的几何形状、材料性质以及岩土体的力学特性，利用有限元方法求解出锚杆固结体内部的应力、应变、渗流场等信息，然后据此分析锚杆锁力特性和固结体稳定性。
三、有限元分析中常见的问题和解决方法在锚杆锁力的有限元分析中，常见的问题包括有限元模型精度问题、边界条件设定和分析结果的验证等。
为了解决这些问题，以下提供一些常见方法：1. 优化有限元分析模型：通过对有限元模型几何尺寸、材料参数设置等方面的优化，提高分析结果的精度和准确性。
2. 设定合理边界条件：在锚杆锁力分析中，边界条件选择会影响到锚杆锁力的精度。
三维RITSS大变形有限元方法及其在基础刺入破坏和锚板承载力问题中的应用
三维RITSS大变形有限元方法及其在基础刺入破坏和锚板承载力问题中的应用岩土工程有限元计算一般采用增量塑性本构模型来考虑材料非线性,对几何非线性即大变形问题考虑较少。
而对于基础连续贯入或拔出、静力触探、边坡滑移和固结沉降等问题,土体失稳过程都是局部化变形形成和发展的结果,其累积塑性应变已超过小应变的界限,土体变形或结构位移对计算结果影响较大。
对于这些问题,工程中还往往要求了解土体或结构连续变形直至破坏的灾变全过程,这就需要采用考虑几何非线性的大变形数值方法进行分析。
近年来,一些学者分别采用TL、UL和ALE大变形有限元方法,分析了各种土工大变形问题。
其中,属于ALE范畴的RITSS方法是一种简便实用的大变形有限元方法,它在小变形有限元模型的基础上通过网格重剖分和应力插值技术实现大变形分析,目前已被广泛应用于模拟基础连续变形过程并取得了很好的成果。
但现有大变形数值分析相关文献多为平面应变或轴对称的二维问题,三维土工大变形分析成果报道很少。
这是因为三维大变形分析有限元实现比较复杂,比如考虑几何大变形的有限元列式推导繁琐,三维计算网格自动剖分与控制、边界变形追踪困难,以及计算规模过大导致效率低下等。
而一些实际工程问题用二维模拟难以得到精确解答,比如方形和矩形基础贯入问题、倾斜圆形和方形锚板的承载力问题以及三维锚板的上拔调节旋转问题等,都需要采用三维大变形数值方法进行分析。
因此,本文在二维RITSS大变形有限元方法的基础上,提出了一种稳定可靠的三维应力插值方法,实现了三维网格的全自动剖分,从而开发了一种能在普通微机上执行的适用于土工分析的三维大变形有限元方法3D-RITSS,并采用该方法深入分析了双层地基方形基础刺入破坏和三维锚板旋转调节这两种三维土工大变形问题,以期为工程设计提供一定依据。
另外,对于锚板承载力问题,多数文献都是针对均质土中的水平或竖直的锚板,研究锚板倾角和正常固结土非均质性对承载力影响的相关工作还不多,因此本文通过大量二维和三维小变形有限元计算分析了各种因素对倾斜锚板抗拔承载力的影响。
锚杆挡土墙联合支护边坡的有限元分析
格 构梁
格构梁嵌于边坡表面 ， 将 边 坡 的土 压 力
Ｐ ｌ ａ ｘ ｉ ｓ 程序是荷 兰 Ｄ ｅ ｌ ｆ ｔ Ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｉ ｃ ａ ｌ Ｕ ｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ研 制
开发 的 大型 岩土 工 程 软 件 ¨ 』 。Ｐ ｌ ａ ｘ ｉ ｓ 程 序 应 用 型 非 常 强， 能够模 拟 复杂 的工 程地 质条 件 ， 对岩 土 工程 的变 形
紧邻 建 筑 物 等 情 况 下 ， 可 考 虑 采 取 坡 脚 重 力 式 挡 土
墙 ＋上部 锚杆 格构 梁联 合 支护 的形 式 。 目前 常用 的稳
定性计 算 软件 仅对 单一 支护 形式 进行 计 算 和稳 定 性分 析， 对 于 这种 联合 支护 形 式 的整 体 稳 定性 计 算 尚无 统
点（ 受弯 、 受剪 、 受压 、 受拉等） 选 择 合 理 的模 型 ， 现 分
别 对本 文所 选取 模 型描述 如 下 ： 重 力式挡 土墙 锚杆 采用 弹性 的板单 元模 拟 ， 其具 有相 当的抗 弯刚度 、 轴 向刚度 ， 可以承受压力 、 弯矩和剪力 。 锚杆 主 要 承受 轴 向拉 力 ， 选 用 弹 塑 性 的 土
型的选择 、参数取值 、计 算方法等进行 阐述 ，并对 某一具体 工程 实例进 行模 拟计 算 。结 果表 明 Ｐ ｌ ａ ｘ ｉ ｓ 有 限 元软件 可以对锚杆 挡土墙联 合 支护形式进行模拟 分析 计算 ，为边坡联合 支护 中支护 结构的设计提供依 据。 关键词 ：Ｐ ｌ ａ ｘ ｉ ｓ ；有限元分析 ；锚杆挡土墙 ；联合 支护 ：边坡
（ ） 。在 土 力 学 中 ， 初始斜率 用 Ｅ 。 表示 ， ５ ０ ％ 强 度 处
的割 线模 量 由 Ｅ 。 表示 ， 对 于 土 体 加 载 问 题 一 般 使 用 Ｅ 一般 勘 察报 告 中只 提 供 压 缩 模 量 Ｅ ， 根据经验 ，
一类工程问题的有限元数值分析
造应力场的研究报道还不是很多 本文通过有限元数值模拟方 法 ． 采 用 ＡＮ Ｓ ＹＳ 计算程序 ．建立水平构造应 力状态下锚杆挡土墙加 固边坡 的有限元模型 ． 对锚杆 挡土墙 “ 逆 作法 ” 施 工过程进行模 拟 ． 分析水 平 构造应力场对锚杆挡土墙支护边坡的影响 。
◇ 科技创新◇
科技 目向导
２ ０ １ ４ 年ｌ ４ 期
一Leabharlann 类工程问题的有限元数值分析
朱泉涌 应 志 民
（ 丽水学院理学院
浙江
丽水
３ ２ ３ ０ ０ ０ ）
【 摘 要】 通过有 限元数值模拟方法 ， 建立锚杆挡土墙结构的三维有限元模型 ， 模 拟 了水平构造应 力下锚杆挡土墙的“ 逆作法” 施 工过程。 计 算结果表明 ： ①边坡开挖 面的水平位移为“ 中上部 大， 下部 小” 的特点 ， ②锚杆轴力体现为两端小 ， 中间大的“ 抛物线” 状， ③开挖面最大水平位 移
随水平初始应力的增 大， 基本呈线性增加的趋势。
【 关键词 】 锚杆挡 土墙 ； 数值模拟 ； 构造应 力
Ｏ ． 引言
初始应力场基本上是 由重力应力场和构造应力场构成的 地应力 场的分布对各类建筑物的设计和施工都产生影响 ． 对锚杆挡 土墙 也是 如此 ． 但 目前对 于锚杆挡 土墙 的研究大 多在重力应力 场的研究 ． 对 构
第二步 第三步 第四步 第五步
第六步 第 七步
开挖岩 土体 至一 ２ ． ０ 开挖岩土体至一 ４ ． ５ ｍ． 施工第一排锚杆并做挡土墙至一 ２ ． ０ ｍ 开挖岩土体至一 ７ ． Ｏ ｍ． 施工第二排锚杆并做挡土墙至＿ ４ ． ５ ｍ 开挖岩土体 至一 ９ ． Ｏ ｍ． 施工第三排锚杆并做挡土墙至一 ７ ． ０ ｍ
基于有限元分析的挡土墙结构优化设计
基于有限元分析的挡土墙结构优化设计挡土墙是一种常用于土壤工程中的结构，它主要用于抵抗土壤水平推力和土壤的侧移。
在设计挡土墙结构时，需要考虑多个因素，包括土壤的物理力学性质、挡土墙的材料特性以及结构的稳定性等。
有限元分析是一种常用的工程分析方法，它可以模拟和分析各种结构在应力、变形和稳定性等方面的性能。
基于有限元分析的挡土墙结构优化设计可以通过对结构进行力学分析和参数调整，以最大限度地提高结构的性能和稳定性。
在进行基于有限元分析的挡土墙结构优化设计时，首先需要根据具体工程情况和设计要求，确定挡土墙的几何形状和材料特性等基本参数。
然后，通过有限元分析软件建立挡土墙的数值模型，并对模型进行合理的网格剖分。
接下来，进行力学分析。
有限元分析软件可以对挡土墙在不同荷载工况下的应力和变形进行计算和分析。
在进行分析时，需要考虑挡土墙受到的土壤水平推力、上部载荷、地震力和温度变化等因素的影响。
通过分析挡土墙的应力分布和变形情况，可以评估结构的安全性和稳定性。
基于有限元分析结果，对挡土墙结构进行优化设计。
优化设计的目标是在满足结构安全性和稳定性要求的前提下，尽可能降低结构的材料成本和施工难度。
可以通过调整挡土墙的截面形状、墙体厚度、背填土的厚度和材料等参数，来优化挡土墙的性能。
例如，可以通过增加挡土墙的截面尺寸和墙体厚度来提高结构的抗倾覆能力和抗滑稳定性。
同时，根据有限元分析结果，可以对墙身和基础的材质进行调整，以满足设计要求并减少材料成本。
另外，挡土墙结构的抗震性能也是设计的重点之一。
可以根据地震设计要求，通过有限元分析模拟挡土墙在地震荷载作用下的应力和变形情况，以评估结构的抗震性能。
根据分析结果，可以对挡土墙的结构形式和材料特性进行优化，提高其抗震性能。
此外，温度变化也会对挡土墙结构的稳定性产生影响。
通过有限元分析，可以分析挡土墙在不同温度下的热力响应，以评估结构的热稳定性。
根据分析结果，可以调整挡土墙的材料特性和结构形式，以提高其热稳定性。
探讨格构式锚杆挡墙设计的有关问题
47智能施工NO.19 2020智能城市 INTELLIGENT CITY探讨格构式锚杆挡墙设计的有关问题袁 威（株洲市规划设计院，湖南 株洲 4120000）摘 要：针对目前越来越常用的格构式锚杆挡墙，在介绍其设计主要问题的基础上，提出行之有效的解决方法，旨在为实际的格构式锚杆挡墙设计提供参考借鉴，保证该类支挡结构设计的合理性与可行性。
关键词：格构式锚杆挡墙；预应力损失；设计1 格构式锚杆挡墙设计主要问题锚杆格构是在格构结构基础上利用锚杆或锚索对边坡进行进一步的加固，格构能起到的作用为将坡体内部剩余下滑力传递至设置在结点上的锚杆或锚索，再通过锚杆或锚索进入到保持稳定的地层中，使整个坡体在受锚杆或锚索约束作用下保持在稳定的实际状态。
由于布置灵活，而且安全稳定，有良好的美观性，所以得到了比锚拉桩更为广泛的应用，可以在保证支护效果的基础上，提高经济性与环保性[1]。
采用预应力的挡墙（图1）和没有采用预应力的锚杆或锚索挡墙（图2）相同，单支点都属于静定结构；而多支点则都属于超静定结构。
图1 采用预应力的挡墙图2 没有采用预应力的挡墙两者的不同点主要为：对于没有采用预应力的挡墙，受到主动土压力后，边坡将产生较大的水平方向变形，如果在滑动范围内存在建筑物或构筑物，则边坡产生的变形将对坡顶处的建筑物或构筑物造成很大影响。
对此，有必要采用施加了一定预应力的挡墙，实现对边坡自身变形的有效控制，确保坡顶处的建筑物与构筑物实际产生的变形都保持在允许范围内，以免对正常和安全使用造成不利影响。
预应力锚固属于主动式支护方法，在采用预应力的支护体系中，锚杆或锚索能在预应力的作用下对土体变形及结构可能产生的破坏予以约束。
由此可以看出，锚杆或锚索的预应力直接决定了其制约作用，也影响到了整个支护体系能否保持稳定。
然而，对锚杆与锚索进行张拉与锁定后，预应力难免产生一定限度的损失。
若损失的预应力太大，将无法达到要求的状态。
并且预应力不断损失，土体压力降低，锚杆或锚索具有的支护作用不断消失，使土体产生变形或开裂，最终对坡顶处的建筑物或构筑物造成不同程度的损害，引起安全问题和事故[2]。
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低温建筑技术2010年第12期(总第150期)锚杆挡土墙结构的三维有限元分析应志民(丽水市人民防空办公室,浙江丽水323000)=摘要> 锚杆挡土墙在土木工程领域应用已经很广,但锚杆挡土墙的理论研究还较滞后。
通过有限元数值模拟方法,建立锚杆挡土墙结构的三维有限元模型,模拟了锚杆挡土墙的/逆作法0施工过程。
计算结果表明:¹开挖面最大水平位移在离坡脚1/3处;º锚杆轴力体现为两端小,中间大的/抛物线0状;»随着开挖的进行,边坡的潜在破裂面向里发展,潜在破裂范围增加。
=关键词> 锚杆挡土墙;数值模拟;三维有限元;位移;轴力=中图分类号> TU311141=文献标识码>B=文章编号> 1001-6864(2010)12-0066-03锚杆挡土墙具有结构轻、施工快捷、便于施工、占地小、节省材料和劳动力、造价低、安全系数高等优点,是一种新型支挡结构,适用于墙高较高,缺乏石料的地区或挖基困难的地段,也可用于具有锚固条件的路堑墙,对地基承载力要求不高,墙高高时,可分级建造。
锚杆技术应用于土木工程已有100多年的历史。
本文通过有限元数值模拟方法,建立锚杆挡土墙加固边坡的三维有限元模型,对锚杆挡土墙/逆作法0施工过程进行模拟,分析岩体变形,锚杆轴力分布等随着锚杆挡土墙施工过程的变化规律,并与不进行锚杆挡土墙支护的情况进行比较分析。
1三维有限元模型的建立1.1计算参数取值为了使分析具有一般意义,建立理想化模型。
假设锚杆挡土墙高9m,为一路肩墙,墙顶为一6m宽的道路,竖直开挖,锚杆孔径为130mm,锚杆钢筋采用536HRB335钢筋,间距为215m@215m,锚杆倾角15b,锚杆挡墙肋柱为300mm@400mm,挡土板厚度为200mm。
岩体、挡土板和肋柱均采用SOL I D45单元,锚杆采用三维杆单元L I NK8单元模拟。
参考文献报道,岩土体采用D r ucker-Prager模型,其弹性模量E= 300M Pa,重度为22k N/m3,粘结力c=30kPa,内摩擦角为25b,泊松比为0135。
锚杆弹性模量E=2e6M Pa,重度为78kN/m3,泊松比为012。
混凝土弹性模量E= 28000M Pa,重度为25kN/m3,泊松比为0125。
1.2计算范围、边界条件的确定计算范围对计算结果的影响是比较明显的,参考以往计算经验和文献报道[3、4],取计算范围为:坡脚到左端边界的距离为开挖深度的115倍,坡脚到右边边界的距离为4开挖深度的415倍,上下边界总高为2倍开挖深度。
边界条件为:底面边界加Y方向的约束;两个侧面采用滚动支座,竖直方向没有约束,可自由滑动,产生竖向位移;前后土体不能相互挤压,模型的前后边界加Z方向的约束。
1.3三维有限元模型的建立以往对锚杆挡土墙的有限元分析多采用平面应变模型[5、6],为了使分析更符合实际条件,本文建立了三维有限元模型。
但是,如果既考虑锚杆挡墙的整体三维作用,又考虑锚杆的局部三维作用,计算量非常大,计算时间长,存在一定的困难,为简化计算,本文取一列锚杆的作用范围作为分析对象,建立的三维有限元模型主要考虑具有有限尺寸的一列锚杆对半无限薄层岩体的整体三维作用,锚杆采用杆单元进行模拟。
根据上述参数及边界条件,然后进行网格划分,建立有限元模型,模型的单元划分基本上都用了手动控制,选取六面体八节点等参单元进行划分,从而使单元形状比较规则,尽量避免相邻网格大小发生突变。
模型共采用了单元16008个,节点18792个。
1.4锚杆挡土墙/逆作法0施工过程的模拟锚杆挡土墙的施工是一个边开挖边支护的过程,在有限元计算中,对锚杆挡墙边开挖边支护的施工过程进行了模拟。
其具体步骤如下:第一步:杀死LI NK8单元,即锚杆不起作用,计算自重应力场。
第二步:开挖至-210m,杀死相应的土体单元。
第三步:开挖至-415m,同时施作挡墙至-210m,激活第一排锚杆。
第四步:开挖至-710m,同时施作挡墙至-415m,激活第二排锚杆。
第五步:开挖至-910m,同时施作挡墙至-710m,激活第三排锚杆。
第六步:施作挡墙至-910m。
第七步:加坡顶道路荷载25kN/m2。
2计算结果分析2.1加锚杆挡土墙前后开挖面水平位移的比较加锚杆挡墙前后开挖面水平位移比较见图1。
由图1可以看出,只开挖不支护时,开挖面的最大水平位移出现在离坡脚约1/3高的地方,即一般所说66应志民:锚杆挡土墙结构的三维有限元分析的/鼓肚子0现象,在这个地方岩石比较容易崩落这和文献[5]的结论是一致的。
加锚杆挡墙支护后,边坡中下部岩体的位移调整较大,开挖面的水平位移有所减少,其减小的幅度不大,最大位移比只开挖不支护的情况减小约412%,说明全长粘结式锚杆对限制破碎岩质边坡的最大水平位移效果并不明显,这主要是因为此时边坡只存在坡脚的应力集中,整体稳定性较好,而且锚杆轴力并不大,并没有很好地发挥锚杆被动加载的作用,但是加了锚杆挡墙后,可以较好地防止坡脚塑性区的岩体崩落。
2.2 加锚杆挡土墙前后开挖面岩体水平应力的比较加锚杆挡土墙前后岩体水平应力的比较如图2所示。
图中拉应力为正,压应力为负。
我们可以看出,加锚杆挡墙支护后,在开挖面附近同一点处,其水平拉应力值有所降低,压应力值有所增加,说明由于锚杆和挡墙的共同支撑作用,使边坡岩体的受力状态得到改善。
2.3 开挖面水平位移随施工过程的变化规律加锚杆挡土墙支护后,开挖面各点位移随施工过程的变化如图3所示。
第六荷载步只进行挡墙面板和肋柱的施工,按照弹塑性理论,岩体已经变形完成,该步位移和第五荷载步基本一样,因此图中没列出。
从图中可以看出,随着开挖的进行,边坡开挖面的水平位移呈逐渐增大的趋势。
第二荷载步时,由于只开挖了2m 的岩体,开挖面的水平位移较小,最大只有0124mm;第三荷载步最大水平位移为1111mm;第四荷载步最大水平位移达到2141mm;第五荷载步时,开挖已经完成,岩体的最大水平位移达到4100mm;第七荷载步,由于加了车辆荷载,水平位移进一步增大,达到4112mm 。
而且,每个荷载步,边坡开挖面水平位移的最大点基本在离开挖地面1/3高的地方,也就是呈/鼓肚子0现象。
2.4 锚杆轴力随施工过程的变化规律在锚杆挡墙施工中,如果岩体开挖后在进行锚杆挡墙施工,由于岩体变形已基本完成,后期变形较小,因此导致锚杆承受的力较小,不能很好地发挥锚杆的被动加载作用。
从理论上讲,为了更好地发挥锚杆的作用,应边开挖边支护,即采用/逆作法0施工。
本文所研究的边坡是采用全长粘结型锚杆进行支护的,全67低温建筑技术2010年第12期(总第150期)长粘结型锚杆和岩体协调变形,锚杆轴力随着施工的进行,肯定要不断的重分布。
下面列出锚杆的轴力随施工过程的变化,如图4所示,以寻求其变化的规律。
从图4可以看出,第三排锚杆的轴力最大,第一排锚杆的轴力最小,而且,随着开挖和加载的进行,每排锚杆的轴力都在增大,轴力沿锚杆全长分布不均匀,表现为两端小,中间大的/抛物线0分布,但锚杆前部的轴力一般小于尾部的轴力。
锚杆轴力最大点的位置也就是锚体剪力的中性点,通过锚杆最大轴力点作一曲线,就能得到边坡可能的滑裂面,锚杆最大轴力的位置随开挖的进行,有向远离开挖面的趋势,表明边坡潜在破裂面在向里发展,这和实际结果是符合的。
3结语(1)不管只开挖不支护边坡还是锚杆挡土墙支护边坡,开挖面水平位移都体现为/鼓肚子0现象,最大水平位移约在离坡脚1/3的地方。
(2)加锚杆挡墙支护后,改善了边坡岩体的受力状态,能减小边坡的水平位移,但并不明显,主要是此时边坡受力不大的原因。
(3)锚杆轴力随着开挖的进行,逐渐增大;锚杆轴力沿全长分布不均匀,体现为两端小,中间大的/抛物线0状。
随着开挖的进行,边坡的潜在破裂面向里发展,潜在破裂范围增加。
参考文献[1]葛立东,朱鸿冰.锚杆式挡土墙的应用[J].北京水利,1999,(1):20-22.[2]崔国庆.板肋式锚杆挡土墙在高切坡工程中的应用[J].焦作大学学报,2004,(3):111-112.[3]张鲁渝,郑颖人,赵尚毅.用有限元强度折减法进行边坡稳定分析[J].中国科学工程,2002,4(10):57-61,78.[4]宋二祥,邱跀.基坑复合土钉的有限元分析[J].岩土力学,2001,22(3):241-244.[5]刘文平,赵燕明,郑颖人.岩质边坡开挖应力与变形的有限元模拟[J].后勤工程学院学报,2004,(2):45-48.[6]王铁龙,方玉树.全长粘结型锚杆加固岩石边坡应力与变形特性数值分析[J].地下空间,2003,23(2):162-165,172.[收稿日期]2010-08-30[作者简介]应志民(1982-),男,浙江丽水人,硕士,工程师,从事地下和人防工程专业。
消能减震结构的抗震性能分析杨贺(中铁十八局集团有限公司,天津300222)=摘要> 通过对粘弹性阻尼器以及消能支撑计算模型的分析,采用AN S Y S软件建立了纯钢框架、以及分贝设置中心支撑和消能支撑的钢框架模型,使用瞬态分析方法分别对它们进行了自振特性分析以及罕遇地震下的时程分析。
计算结果表明:和纯框架相比,中心支撑框架可以有效地降低结构的顶层位移,却增加了结构的整体刚度,导致加速度的大幅度增加;而消能支撑则是通过增加结构的阻尼比来有效地控制结构的地震反应,其顶层位移以及加速度都有不同程度的减小。
=关键词> 钢框架;消能支撑;时程分析=中图分类号> TU352111=文献标识码>B=文章编号> 1001-6864(2010)12-0068-030引言消能减震是工程减震控制技术中的一种被动控制技术,它已成为一种崭新的结构体系[1]。
消能支撑框架结构就是通过对框架结构作特殊构造或附设控制装置,借助这些装置在结构振动中的变形或运动,耗散地震输入结构的大部分能量,确保主体结构在大震中不受破坏,试验分析表明它具有较好的抗震效果[2]。
1粘弹性阻尼器的性能分析粘弹性阻尼器是由粘弹性材料与约束钢板组成。
其性能通常用储能刚度k cd、损耗因子G和每一滞回圈的耗能能力Ed来表示[3]。
本文使用K el v i n模型来模拟粘弹性阻尼器,它是由弹性元件和粘壶元件相互并联而成,如图1所示,其本构关系为:Fd=cdX#+kdX(1)其中,Fd为阻尼器提供的阻尼力;cd和kd分别为阻尼器的阻尼系数和刚度;X#和X分别为阻尼器的相对速度和相对位移。
2消能支撑的计算模型68。