工程地质数值法-FLAC3d模拟

《工程地质数值法》课程论文

论文题目：水窖开挖工程模拟

专业方向：建筑与土木工程

姓名：

学号：

2015年9月1日

1. 工程概况

在地面上开挖一个尺寸为2m ×4m ×5m 的存水地窖，其横截面图如图1。要求分析开挖后土体受力情况。

图1 睡觉开挖横截面图

2. 分析目的

利用有限单元法分析得出梁以下各个单元不同受力状况，计算出梁下应力分布状况。

3. 计算参数

将地下6m ×8m ×8m 的土体作为计算范围，水窖尺寸为2m ×4m ×5m ，G=100MPa ，3m kg 2000-∙=ρ，35.0=ν。

4. 有限元模型

计算模型（见图）

建立一个6m×8m×8m，的立方体模型，将整个水窖包含其中，然后取其中一半进行开挖模拟，分析开挖后应力应变及位移变化情况。施工过程中在底部位置监测开挖时的各种变化。具体命令流入下：

new

gen zone brick p0=(0,0,0) p1=(6,0,0) p2=(0,4,0) p3=(0,0,8) size 6,4,8

plo blo group

model mohr

ini dens 1000

fix x range x -0.1 0.1

fix x range x 5.9 6.1

fix y range y -0.1 0.1

fix y range y 3.9 4.1

fix z range z -0.1 0.1

prop bulk 1e8 shear 0.3e8 fric 35

prop coh 1e10 tens 1e10

set grav 0 0 -9.81

solve

save 初始应力.sav

model null ran z 3 8 x 2 4 y 0 2

prop bulk 3e8 shear 1e8

hist id=1 gp zdis 2 0 3

hist id=2 gp xdis 2 0 3

solve

save 开挖后.sav

call output.txt

其中output命令流为：

n

restore 初始应力.sav

plo blo group ou on

set plot jpg

set plot jpg size (1024,768) quality 2

plot hard 'Base' file 模型.jpg

plo con szz ou on

set plot jpg

set plot jpg size (1024,768) quality 2

plot hard 'Base' file 竖向应力云图.jpg

plo con sxx ou on

set plot jpg

set plot jpg size (1024,768) quality 2

plot hard 'Base' file 横向应力云图.jpg

n

restore 开挖后.sav

plo con zdis ou on

set plot jpg

set plot jpg size (1024,768) quality 2

plot hard 'Base' file 垂直位移（沉降隆起）.jpg plo con xdis ou on

set plot jpg

set plot jpg size (1024,768) quality 2

plot hard 'Base' file 水平位移1.jpg

plot hist 1

set plot jpg

set plot jpg size (1024,768) quality 2

plot hard 'Base' file 检测1.jpg

plot hist 2

set plot jpg

set plot jpg size (1024,768) quality 2

plot hard 'Base' file 检测2.jpg

5. 计算结果及分析

通过FLAC3D分析以后得到的开挖以后水平位移图、垂直位移图、横向应力图、及竖向应力和监测点的各类图像如下图所示：

水平位移图垂直位移图

竖向应力云图横向应力云图

监测点竖向位移图监测点水平位移图

由各类图形可以分析得知，在开挖过后开挖处竖向中心位置出现了最大的水平应力，而且有竖向中间点向上下两边应力为缩小趋势，所以在开挖后竖向中间位置最有可能出现破坏隆起。

然而竖向上整体应力分布还是遵循重力产生应力的规律，由上到下逐渐应力增加。

在监测点处出现了有X轴正方向和Z轴负方向运动的趋势。这说明了在紧随开挖壁的底部土体有向坑内隆出和线下沉降的趋势。

6. 结论

1、开挖后开挖两壁有向坑内隆出的趋势，而且最大的隆出可能位置会出现在开挖壁中部；

2、整体竖向应力分布由上到下逐渐增大，这跟重力产生应力分布情况相符合；

3、在开挖后底部紧邻开挖壁的地方土体有沉降和向坑内隆起的趋势。