岩土工程有限元分析上机实践-刘小丽
软土地区某深基坑工程变形控制措施的有限元分析
软土地区某深基坑工程变形控制措施的有限元分析刘立东【摘要】软土地区深基坑开挖过程中对周边环境保护的要求越来越高,目前在实际工程设计施工中已有很多基坑加强加固措施用于控制深基坑的变形,但变形控制效果差异较大,且不同工程之间由于支护条件和环境情况差异较大,没有严格的可比性.结合某基坑工程的基坑支护设计、施工、监测情况,对比该基坑不同位置设置被动区土体裙边加固、加厚支护挡墙对基坑工程变形控制的效果,通过采用有限元数值模拟方法对这些基坑工程加强加固措施进行研究分析,得出这些措施能有效控制基坑工程变形量,得出了一些有利于指导深基坑工程设计及施工的建议和结论.【期刊名称】《上海应用技术学院学报（自然科学版）》【年(卷),期】2015(015)004【总页数】5页(P352-356)【关键词】基坑工程;变形控制;有限元分析【作者】刘立东【作者单位】同济大学地下建筑与工程系,上海 200092【正文语种】中文【中图分类】TU46+3软土地区地下工程开挖施工期间周边环境变形较大，加之基坑工程埋深越来越深，使得对基坑自身及周边环境的变形控制要求越来越高.对于环境保护要求较高的工程，在基坑工程设计中会根据工程经验判断需要采取哪种或哪几种加强措施，以满足实际环境保护需求.但是，各类加固措施的变形控制效果差异较大，且不同工程之间由于支护条件和环境情况很难一致，使得各类加固措施的优劣没有严格可比性，造成基坑加固措施的选取缺乏参考.随着基坑工程的发展，采用单一的传统力学方法对深基坑工程对周边环境的影响进行分析具有一定的局限性，而基于有限元理论的数值模拟技术已成为地下工程信息化施工研究的一种有效方法，它能较全面地反映各种因素对支护体系及周围土体应力和变形的影响［1］，并估算周围建筑物、地下管线的变形.本文以上海某基坑工程为例，采用Plaxis程序借助有限元方法对该工程各种支护方式进行分析比较.结合该工程的基坑支护方案和监测情况，通过对比本基坑不同位置的设计施工方案及变形监测结果的差异性，分析了加厚支护挡墙、设置被动区土体加固对基坑工程变形控制的效果.本基坑工程位于上海市黄浦区，基坑开挖深度13.5 m，基坑支护采用地下连续墙+三道钢筋混凝土支撑的形式.1.1 地质条件该场地范围内地质情况分布比较均匀，工程地质参数如表1所示.上海地区第③、④层土天然含水量高、渗透性差、孔隙比大、压缩性高、抗剪强度低、灵敏度高［2］.本基坑坑底及大部分坑壁范围都位于第③、④两层淤泥质土层中，对基坑变形、坑外沉降等影响显著.1.2 基坑周边环境该工程周边环境如图1所示.其中北侧紧邻城市道路，东西两侧和南侧均有多层浅基础建筑物，东侧A点外侧为2层幼儿园建筑，距离该工程支护结构为12.7 m，沿坑边方向长度为26 m；西侧B点外侧为6层住宅，距离该工程支护结构约为12.3 m，每幢沿坑边方向长度为11.4 m；南侧C点外侧地下有正在运营的地铁区间隧道，隧道外边线与该工程地下室外墙最近距离约为7.1 m.工程周边环境比较复杂，且各边对变形控制要求各有不同.1.3 深基坑支护设计方案基坑支护概况如图2及表2所示，剖面图如图3所示.采用地下连续墙作为支护结构挡墙，墙底埋深为28～32 m，插入比为1.3～1.4，其中基坑西侧和南侧采用1 m厚地墙、东侧和北侧采用0.8 m厚地墙.基坑内侧设置了850＠600三轴水泥土搅拌桩对被动区土体加固，加固宽度为7.6 m，南侧坑内最小加固宽度为11.6 m.1.4 支护挡墙水平位移监测结果本工程开挖至坑底时，支护挡墙的变形呈抛物线形，墙体腹部向坑内突出［3］，支护体及周边环境的变形小于基坑中部区域的变形［4-5］.为明确分析各种措施和基坑变形的关系，本文仅列出基坑边中段区域的监测结果.支护挡墙各部位水平位移最大值如图4所示.东侧A点最大水平变形值为41 mm，西侧B点挡墙最大水平变形值为38 mm，南侧C点最大水平变形值为29 mm，位移曲线均呈抛物线形.1.5 坑外地表变形监测结果本基坑外地表沉降监测结果如图5所示.地表沉降形态总体接近凹槽形，但在1倍基坑深度以外，靠近周边建筑物的位置，变形差异较大.Plaxis程序计算工况如下：（1）形成开挖前初始平衡状态，建立开挖前模型；（2）降水开挖表层土至第1道支撑底，施工第一道水平支撑；（3）降水开挖至第2道支撑底，施工第2道水平支撑；（4）降水开挖至第3道支撑底，施工第3道水平支撑；（5）降水开挖至坑底.2.1 仿真模型下基坑工程A点支护结构及环境变形数值模拟分析目前，基坑周围地面的沉降计算更多的是根据积累的一些工程经验数据进行分析［6］.关于坑边地表沉降，根据上海地区实际工程经验，内支撑板式支护基坑坑外地表沉降为凹槽形，最大沉降值发生在0.7H（H为基坑深度）附近，影响范围在4H以内［3］，沉降主要影响区在2H范围内.本文以基坑A点的支护条件建立计算模型并结合实际监测结果进行参数调整.图6为A点基坑及周边环境有限元数值分析模型计算的变形结果，其中基坑支护挡墙计算变形最大值为35 mm，地表沉降最大值为26 mm，建筑物最大变形为32 mm.通过有限元数值模拟计算可见：（1）计算结果中反映的基坑支护结构变形曲线形态基本一致，计算变形最大值与实测结果相比略小，但接近于2011年12月25日监测结果，此时开挖已到达坑底，垫层已浇筑完成，支护结构实测最大变形为33 mm，故在不考虑开挖到坑底以后时间效应［5］影响的情况下，本模型计算结果与实测数据吻合较好.（2）计算结果中反映的基坑外地表变形趋势和实测结果及常规地表变形曲线有一定差异，当基坑周边存在建构筑物时，基坑外地表变形受建筑物结构刚度及设备超载影响，地表变形性状会有一定差异.2.2 简化模型下基坑工程A点支护结构及环境变形数值模拟分析为更直接地针对基坑工程的变形进行分析，本文参照A点建立一个简化有限元模型，模型中取消周边建筑物，排除建筑物结构刚度及超载的影响，再进行有限元数值分析.计算的变形结果如图7所示.计算结果分析如下：（1）计算结果中反映的基坑支护结构变形形态和有邻房的计算结果比较接近，最大变形值略小，为32 mm，这是取消邻房影响的结果.由计算比较看，二层邻房对基坑支护结构的变形影响不大，故对支护结构变形影响有限.（2）计算结果中反映的基坑外地表变形接近抛物线形，最大变形为30 mm，位于距基坑10 m处，这与上海地区的实际工程经验统计结果［7-8］一致.2.3 增加支护挡墙结构刚度后简化模型下基坑工程数值模拟分析在标准有限元模型的基础上，试将计算模型中地墙改为1 m厚进行计算分析，各项计算变形值如表3所示.相比0.8 m地墙，1 m的地墙厚度增加25%，抗弯刚度EI值增加95%，增幅较大，围护挡墙抗变形能力显著增大，地墙侧向变形、坑外地表变形都明显减小，地墙侧向变形减少19%，地表最大沉降减小13%.同时因地墙刚度增大，导致地墙墙身弯矩略有增大，各层支撑轴力略有变化，实际计算配筋发现，混凝土量增加20%，箍筋增加10%，地墙计算纵筋量没有增加，甚至略为减少.对于环境保护要求较高的地段，考虑对环境影响的显著作用，地墙刚度的提升是非常值得采用的基坑加强措施.为了进一步分析增加支护挡墙结构刚度对控制支护结构及周边环境变形的影响，本文对1.2 m地墙也做了有限元数值模拟计算，计算结果见表3.当采用1.2 m的地墙时，地墙水平变形和坑外沉降值均有进一步降低，降低比例略小，与1 m地墙相比，地墙侧向变形及地表最大沉降减小12%，基坑强化效果依然显著.在基坑工程方案比选中，应考虑适当增加挡墙刚度并进行综合分析，当基坑环境保护要求较高时，考虑对环境保护的显著作用，地墙刚度的提升是值得采用的加强措施之一.2.4 加固被动区土体后简化模型下基坑工程数值模拟分析在标准有限元模型的基础上，在计算模型中增加水泥土加固体进行计算分析，水泥土加固体采用宽为8 m、深为5 m的裙边加固形式，坑底以上考虑低掺量加固体.计算变形结果如图8所示.与未进行被动区加固的计算模型相比，地墙侧向变形减少9%，地表最大沉降减小7%.为进一步分析被动区加固对控制支护结构及周边环境变形的影响，分别对不同宽度的加固范围作了有限元数值模拟计算，计算结果如表4所示.工程中常用的被动区土体加固宽度一般在5～8 m之间，本文模拟了由5～15 m 宽不同加固体情况下，基坑支护结构和坑外地表的变形量.由一系列有限元数值分析发现：随着坑内被动区加固体宽度的变化，基坑支护挡墙变形和坑外沉降都会减小，减小趋势接近线性，这说明被动区土体加固对控制基坑自身及周边土体变形是直接有效的.2.5 监测结果分析本工程实测地墙水平变形和坑外地表沉降最大值对比情况如表5所示.A、B点的实际监测变形数据比较充分证明了加厚地墙的显著作用.A点墙厚为0.8 m，B点墙厚为1 m，其他条件无明显差别，A点最大水平变形值为41 mm，坑外沉降最大值为25 mm；B点挡墙最大水平变形值为38 mm，坑外沉降最大值为20 mm.B点地墙比A点厚20%，挡墙最大水平变形减小10%，坑外地表变形较A点减小20%.可见增加基坑支护结构自身刚度对控制基坑及周边土体的变形都能起到明显的作用.本工程B、C点的监测变形数据验证了被动区土体加固的作用.B、C点地墙厚度同样为1 m，但C点坑内被动区采用加宽的三轴搅拌桩裙边加固，加固宽度最小处为11.6 m，比B点处宽4 m，实测C点挡墙最大水平变形比B点减小24%，坑外地表变形较B点减小15%.对基坑被动区土体进行加固是通过提高坑内土体抗变形能力，控制基坑变形的有效措施.实际工程中可以根据需要调整加固土体的范围，以达到相应的变形控制目标.实践表明：坑内加固一般可以减小基坑自身和周边环境变形10%～30%.通过对多种支护挡墙厚度和坑内加固形式对基坑变形的影响进行有限元数值分析，并与实测变形结果对比，得出不同挡墙厚度和被动区土体加固形式与控制基坑支护结构及周边环境变形效果之间的数值关系.（1）当支护挡墙厚度增大20%～25%时，可使基坑及周边环境变形减小10%～20%.（2）设置坑内被动区土体加固相比未设置的情况，基坑及周边环境变形可减小10%左右，且随着加固体宽度增加，控制变形效果也增强.以上分析结果可为类似基坑工程提供参考.【相关文献】［1］俞建霖，赵荣欣.软土地基基坑开挖地表沉降量的数值研究［J］.浙江大学学报（自然科学版），1998，32（1）：95-101.［2］易坤津.上海地区与宁波地区软土工程特性分析［J］.浙江建筑，2012，29（5）：30-32. ［3］刘国彬，王卫东.基坑工程手册［M］.2版.北京：中国建筑工业出版社，2009.［4］李佳川.软土地区地下连续墙深基坑开挖的三维分析及实验研究［D］.上海：同济大学，1992.［5］贾坚.软土时空效应原理在基坑工程中的应用［J］.地下空间与工程学报，2005，1（4）：490-493.［6］张宇捷，李俊才，陈志宁，等.软土基坑中被动区加固对周围环境的影响［J］.施工技术，2009，38（11）：91-93.［7］徐中华.上海地区支护结构与主体地下结构相结合的深基坑变形性状研究［D］.上海：上海交通大学，2007.［8］王卫东，徐中华，王建华.上海地区深基坑周边地表变形性状实测统计分析［J］.岩土工程学报，2011，33（11）：1659-1666.。
探究岩土工程极限分析有限元法及其应用
阔 的前 景 。本 文 重 点 对 岩 土 工 程 极 限 分 析 有 限 元 法 及 其 应 用
进 行 了探 析 ． 旨在 推 广 新 技 术 。
两大类： ① 只要 求插值 多项式本身在插值 点取 已知值 ， 称 为拉 格 朗 日（ Ｌ ａ ｇ ｒ ａ ｎ ｇ ｅ ） 多项 式插 值 ； ② 不仅 要 求插 值 多项 式 本 身 ，
２ 有限元 分析岩 土工程边坡稳 定性 的方法
２ ． １ 基于强度折减法的有限元分析方法
强 度 折 减有 限 元分 析 方 法 ， 最早 由 国 外的 Ｇ ｒ ｉ ｆ ｉ ｆ ｔ ｈ ｓ 提 出， 我
国的 郑 颖人 院 士将 其称 为 “ 强度 折 减 法” 。这 种 方 法在 国外 ８ ０
方 法相 结 合 ， 在 给 定 的评 判 指 标 下 ． 通 过 调 整 折 减 系数 对 边 坡
求得 边 坡 的 最 小稳 定 系数 。 基 于 强度 折 减 法 基本 求解思想是把计算域划 分为有限 个互不重 叠的单元 ， 在 稳 定性 进 行 分 析 ． 的有 限元 法 分 析 边 坡 稳 定 性 的 基 本 原 理 ，是 将边坡土体的 实 每个单元 内． 选择一些合适的节点作为求解函数的插值点 ， 将 微 分 方 程 中的 变 量 改 写 成 由 各 变 量 或 其 导数 的 节 点值 与 所 选 用 的插 值 函 数 组 成 的 线 性表 达 式 ．借 助 于 变 分 原 理 或 加权 余
年代就采用 ． 但 是 由于 力 学 概 念 上 的 不 十 分 明确 ， 而且要受到
次提 出 结构 力 学 计 算 有 限 元 概 念 的 克拉 夫 （ Ｃ ｌ ｏ ｕ ｇ ｈ ） ￣ －
形 象
地将其描绘 为： “ 有 限 元 ＝ Ｒ ａ ｙ ｜ ｅ ｉ ｇ ｈ Ｐ ｔ ｉ ｔ ｚ法＋ 分 片 函数 ” ， 即 有 限 元 法是 Ｒ ａ ｙ ｌ ｅ ｉ ｇ ｈ Ｒ ｉ ｔ ｚ 法 的 一 种局 部 化 情 况 。不 同 于求 解 （ 往
阿青水电站坝体静力三维有限元应力应变分析研究
阿青水电站坝体静力三维有限元应力应变分析研究摘要:阿青水电站位于西藏阿里地区，阿里地区位于西藏西部，战略地位重要，然而气候条件恶劣，社会经济发展滞后，交通运输不便，能源匮乏，基础设施落后，电力极度短缺。
阿青水电站建设对于阿里地区政治经济发展和社会稳定的具有巨大的促进作用。
阿青水电站工程规模为大（2）型，工程等别为二等，其中壅水建筑物（土石坝坝高超过100m提高一级）为1级建筑物。
大坝体型设计事关本工程成败的关键，采用河海大学岩土工程研究所研制的TDAD三维有限元静力计算程序，模拟各种工况，通过计算分析和结合国内相关工程经验，最终确定合适的大坝体型。
关键词:壅水建筑物;TDAD;三维有限元静力计算程序大坝体型1工程概况阿青水电站位于西藏自治区阿里地区札达县象泉河上，是象泉河中游水电规划5级开发的第2级电站，集水面积11420km2，主要任务是发电，枢纽建筑物由拦河大坝、泄洪消能建筑物、引水发电建筑物等组成。
正常蓄水位3814.00m，相应库容3.01亿m3，电站采用坝式开发，水库具有多年调节能力。
根据《水电枢纽工程等级划分及设计安全标准（DL 5180-2003）》的规定，阿青水电站工程规模为大（2）型，工程等别为二等，壅水建筑物（土石坝坝高超过100m提高一级）为1级建筑物，泄洪、引水及发电等永久性主要建筑物为2级建筑物，永久性次要建筑物为3级建筑物，临时性水工建筑物为4级建筑物。
沥青混凝土心墙砂砾石坝坝顶宽度10m，坝顶长度为450.80m，坝顶高程3818.00m，建基面高程3711.00m，最大坝高107m。
上游坝坡为1:2.25，下游坝坡为1:2.0，上、下游坝坡分别在3788.00m高程处设置宽5m的马道，上游坝坡水位变幅区采用1.0m厚干砌块石护坡，其余部位及下游坝坡采用0.4m厚的干砌石护坡。
2坝体静力三维有限元应力应变分析由于沥青混凝土心墙砂砾石坝建在高山峡谷里，应力应变的三维效应显著，故进行了三维静、动力应力应变计算，以了解大坝和坝基在静力和地震情况下的应力应变状态，为设计方案的选择提供计算依据。
岩石力学与工程地质的交叉融合与创新——记清华大学水利系副教授刘哓丽
从 “ 地Ｅ 水库”到 “ 地下水库”
坐在记者面前 的刘晓丽前一天刚 出
的煤 炭资源 ；一方面是 关系国计民生
的 水 资 源 。 二 者 如 何 协 调 开 采 成 为 一 大
差 回来 ． “ 跑 现 场 ” 对 于 他 来 说 是 家 常 难 题 。
： 巨 大 、 更 复 杂 的 源 不断渗流到开 采空间 ．轻则影 响开采 丽及其 团队用数据 一步一步反复推导 ．
Ｉ ， 岩 石 力 学 的 新 过 程 ．重 则 发 生 重 大 突 水 事 故 ．威 胁 煤 尝 试 无 数 次 实 验 ．最 终 将 想 法 变 成 现 亟待发展 。
０ ０ 多 年 ，人 类 早 已 揭 其 团 队 去 实 践 这 项 技 术 和 工 程 。 在 这 项 实 现 水质 净 化 ．并供 给 生产 和生 活应 天 已 经 过 去 了 １
“ 再 做 研 究 赫 工 程 设 计 、建 设 和运 行 过 程 中 ．刘 晓 丽 用 。 目前这项技术也 正在示范工程 实践 了 外 太 空 的神 秘 面 纱 ． 及 其 团 队 研 究 分 析 了 采 动 影 响 下 渗 流 场 过 程 中 。 在 此 基 础 上 修 改 ” ．但 要 想 进 入 地 下
・
矿 工 人 安 全 。传 统做 法 是 用 水 泵 把 地 下 实。建大坝把 水截 留在地下后 ，再 建数 个 水 库 ．将 他 们 一 一 连 通 ，通 过 水 库 间
究 岩石在外界 因 水从工作面排到 地表 ．自然蒸发 而散 。
品度 、 化 学 、 生 鄂 尔多斯所在 的西北地区水蒸发量是 降 的调水 ．保证 了煤炭开采的安全 。并且 ｝ 勺 应 力 、应 变 水量 的６ 倍 以 上 ．上 述 做 法 无 疑 是 对 宝 ” 流 水 不 腐 ．水 会 随 着 自 身在 水 库 问
基坑开挖的三维弹塑性有限元模拟
基坑开挖的三维弹塑性有限元模拟
刘小丽;吕大镛;窦远明;缪晓琴
【期刊名称】《河北工业大学学报》
【年(卷),期】2000(029)005
【摘要】利用所编制的三维弹塑性有限元程序对某实际基坑开挖进行了模拟,通过计算数据与实测数据的比较,验证了本程序的可行性.并通过对结果的分析,对此种类型的基坑支护工程开挖过程中维护结构的侧向变形、土压力的特征进行了探讨,得出了几点建议性结论.
【总页数】5页(P92-96)
【作者】刘小丽;吕大镛;窦远明;缪晓琴
【作者单位】河北工业大学,土建学院,天津,300132;天津市政工程局,天津,300457;河北工业大学,土建学院,天津,300132;天津铁路分局,沧州建筑段,河北,沧州,061000【正文语种】中文
【中图分类】TU473.2
【相关文献】
1.华润前海中心大型超深基坑开挖三维有限元模拟预测分析 [J], 叶坤;王贤能;何志勇;
2.软土地区深基坑开挖弹塑性有限元模拟计算与分析 [J], 王红梅
3.基坑开挖降水的三维有限元模拟分析 [J], 赵金亮;王安华;韩圣钱
4.某深基坑开挖的三维有限元模拟与分析 [J], 刘井学;陈有亮;陈剑亮
5.深基坑开挖中双排桩支护的的三维有限元模拟 [J], 崔宏环;张立群;赵国景
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岩土工程极限分析有限元法及其运用
岩土工程极限分析有限元法及其运用张 聪（甘肃煤田地质局一三三队，甘肃 白银 730913）摘 要：基于极限分析方法在岩土工程施工中的应用局限文章提出兼具数值分析方法和经典极限分析方法的有限元分析方法，在介绍有限元分析原理、基本理论、安全系数和发展历程的基础上，从边坡、地基、隧道等方面着重分析岩土工程极限分析有限元法的应用，验证有限元分析方法在岩土工程中应用范围的扩大，旨在能够为岩土工程施工建设发展提供更多有力的支持。
关键词：有限元极限分析方法；岩土工程；岩土滑坡中图分类号：TU195 文献标识码：A 文章编号：1002-5065（2020）14-0233-2Finite element method for limit analysis of geotechnical engineering and its applicationZHANG Cong（No.133 team of Gansu Coalfield Geological Bureau, Baiyin 730913,China）Abstract: Based on the limitation of the application of limit analysis method in geotechnical engineering construction, this paper proposes a finite element analysis method which combines numerical analysis method and classical limit analysis method. On the basis of introducing the principle of finite element analysis, basic theory, safety factor and development process, the application of limit analysis finite element method in geotechnical engineering is emphatically analyzed from the aspects of slope, foundation and tunnel, To verify the expansion of the application scope of finite element analysis method in geotechnical engineering, in order to provide more powerful support for the development of geotechnical engineering construction.Keywords: finite element limit analysis method; geotechnical engineering; geotechnical landslide极限分析法的力学基础是土体处于一种理想的弹性、属性状态，这种状态下，土体会出现一种平衡状态，即为土体滑动面上每个点的剪应力会和土地抗剪强度等同。
有限元在岩土水利行业的分析与应用定稿.docx
岩土工程专业是解决各类工程中关于岩石、土的工程技术问题的科学。
虽然岩土工程计算机分析在大多数情况下只能给出定性分析结果，但岩土工程计算机分析对工程师决策是非常有意义的。
开展岩土工程问题计算机分析研究是一个重要的研究方向。
岩土工程问题计算机分析范围和领域很广，随着计算机技术的开展，计算分析领域还在不断扩大。
1、复杂系统的力学变位分析，如高边坡、深基坑、隧道、大型地下洞室、堤防、桩基、码头、大坝、桁架等或其它复杂的非规那么实体的变位和内力〔应力、应变、拉压弯剪扭等〕。
2、土木工程开挖、建筑、回填引起的地基或建筑的应力、变位、渗流、固结、沉降等变化过程仿真。
3、复杂系统的碰撞、打击(打桩)、地震、损伤、裂缝、破碎、屈曲、爆破、地震、蠕变、水击、热分析、热固耦合等高度非线性仿真计算、平安评估等。
岩土介质的力学性质非常复杂，影响其应力和变形的因素很多，例如岩土的构造、孔隙、密度、应力历史、荷载特征、孔隙水及时间效应等等，这种复杂性决定了技术人员在计算有关岩土问题时往往需要做一些针对具体问题的创新性研究或改良。
元计算核心技术pFEPG以高度开放性和广泛适应性非常适合于此类问题的计算。
它可以根据用户需求，用极短的时间来解决问题〔例如增加一种新的单元类型，或是增加新的材料本构模型等等〕，可以方便地人为控制或修改有限元计算过程中的任何一个细节或参数。
而使计算不再是一个黑匣子，保证计算分析正确合理，到达预测并且指导设计施工的目的。
岩土工程领域应用案例：1、在岩土开挖过程中的应用在贵州省索风营水电站地下厂房围岩稳定性三维有限元分析中，利用pFEPG的前处理功能完成地下厂房及地层分布的造型，并用组合网格法进展网格剖分。
计算范围、地层河床及厂房区位置图地下厂房构造及局部地形地质展示图洞室群构造三维有限元网格图软弱构造面fj2、fj5、fj4局部网格图通过pFEPG自动生成并编制了三维的渗流场计算程序，对施工期渗流场进展了初步分析，首次提出计算渗流场自由面的死〔活〕结点法，该方法实践证明计算简单、效率较高。
微型抗滑桩的应用发展研究现状_刘凯
2008年11月 Rock and Soil Mechanics Nov. 2008收稿日期：2008-07-25基金项目：国家自然科学基金资助（No.40702044）。
作者简介：刘凯，男，1983年生，硕士研究生，主要从事边坡治理方面的研究。
E-mail:gord@文章编号：1000－7598－(2008) 增刊－675－05微型抗滑桩的应用发展研究现状刘 凯，刘小丽，苏媛媛（中国海洋大学 环境科学与工程学院，青岛 266100）摘 要：微型抗滑桩作为一种新型支挡结构，具有自身独特的优势，已被广泛应用于岩土工程实践中。
阐述了国内外微型抗滑桩的应用发展研究现状，包括微型抗滑桩的工程应用现状、试验研究和设计计算研究进展，并在此基础上指出了微型抗滑桩应用发展研究中存在的问题，并提出了相关的建议。
关 键 词：微型抗滑桩；工程应用；试验研究；设计计算 中图分类号：TU 473 文献标识码：AResearch on application development of anti-slide micropilesLIU Kai, LIU Xiao-li, SU Yuan-yuan( College of Environmental Science and Engineering, Ocean University of China, Qingdao 266100, China )Abstract : As a new type support structure, anti-slide micropile has some distinctive advantages. It has been widely used in geotechnical engineering practice. The development of the anti-slide micropiles, including the engineering application, experimental and design calculation are described. According to the research on application development, some problems and suggestions are proposed.Key words : anti-slide micropile; engineering application; experimental research; design calculation1 引 言微型桩(micropile)，又称树根桩(root piles)或迷你桩(minipile)，一般指桩径在70～300 mm ，长径比较大(一般大于30)，采用钻孔、强配筋和压力注浆工艺施工的灌注桩。
基坑边坡支护的应用及有限元分析
基坑边坡支护的应用及有限元分析刘华东【摘要】由于受施工现场状况和降水条件的影响,放坡支护不能保证边坡安全可靠的要求,需要确定一种更加安全适用的支护措施.采用强度折减的有限元法对基坑边坡进行模拟,将支护后的边坡与自然放坡情况下的边坡进行三维数值分析.强度折减的有限元法对本研究具有一定的可行性,自然放坡受到周边荷载作用以及降雨条件下雨水入渗等因素的影响,边坡稳定性将得不到保障,采用锚拉支护能够避免贯通面的出现,从应力和变形角度分析,锚拉支护在桩身位移、桩身弯矩以及桩身剪力方面较自然放坡都有明显的变化.锚拉支护在本研究中具有一定的工程价值,能够有效应对复杂的现场状况.【期刊名称】《沈阳理工大学学报》【年(卷),期】2019(038)004【总页数】5页(P6-10)【关键词】强度折减法;有限元法;基坑边坡;锚拉支护【作者】刘华东【作者单位】中国水利水电第十一工程局有限公司,郑州450001【正文语种】中文【中图分类】TU473基坑开挖是基础工程施工过程中的难题，也是工程界研究的重点课题之一。
在不同的工程地质条件和现场环境下选择适合的施工方案和边坡支护手段成为基础工程施工的决定性因素，如何更为有效、更为经济合理的选取边坡支护方案成为开发商、设计单位以及施工单位聚焦的热点问题。
基坑支护结构的安全和稳定受到工程地质条件、水文地质条件、场区建筑物分布情况、降雨条件下雨水入渗等因素影响，使得设计考虑的因素较多而使有限元分析较为复杂.李青青[1]从研究临近建筑物对基坑变形、支护结构位移出发，确定了建筑荷载作用下应力有效影响范围，对于实际工程具有一定的参考价值，刘天水[2]通过建立合理的三维边坡降雨入渗模型，综合考虑地表径流与地下流，并进行了流固耦合计算，对不同降雨强度下三维边坡的变形进行分析。
锚拉支护是当下基坑支护常用的一种支护方式，针对锚拉支护的应用，王邓峮[3]通过数值模拟研究了预应力锚杆支护方式，由此说明了锚拉支护能够更好的控制基坑的水平位移与坡顶沉降，同时，锚杆的安放位置对支护结构的稳定性也有一定的影响。
一个机械方面的有限元实例
of
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OK按钮确定。
2.定义单元类型
在进行有限元分析时，首先应根据分析问题的几何结构、分析类型的所分析的问题精度
要求等，选定适合具体分析的单元类型。本例中选用十节点四面体实体结构单元
4.定义材料属性
考虑惯性力的静力分析中必须定义材料的弹性模量和密度。具体步骤如下：
（1）从主菜单中选择
Main
Menu：Preprocessor>Material
Props>Material
Models命令，
将打开
Define
Material
Model
18所示，要求看列出的求解选项。
图
18.求解当前载荷步确认对话框图
19.进度显示
图
20.提示求胜完成
（2）查看列表中的信息确认无误后，单击
OK按钮，开始求解。求解过程中会有一些
进度的显示，如图
19所示。
（3）求解完成后打开如图
20所示的提示求解结果对话框。
（4）单击
.X方向的应力
图
28.Y方向的应力
（6）用同样的方法查看
Y方向的应力。如图
28所示。
（7）用同样的方法查看
Z方向的应力。如图
29所示。
（8）从主菜单中选择
Main
Menu：General
Postproc>Plot
Result>Contour
Plot>Nodal
题名。
岩土工程极限分析有限元法及其应用
· 279 ·区域治理综合信息岩土工程极限分析有限元法及其应用吕艳辉固勘探(深圳)有限公司，广东 深圳 518000摘要：目前常用的极限分析方法有极限平衡法，滑动线场法，上下限分析法和变分法等。
他们各有利弊。
极限分析有限元分析方法有效地弥补了这四种分析方法的不足，因而被广泛应用于岩土工程分析。
关键词：岩土工程；极限分析；有限元法岩土工程设计中，土体的极限平衡状态可将经济性与安全性相结合，因此被视作最重要的设计因素。
目前常用的极限分析方法包括极限平衡法，滑动线场法，上下限分析法和变分法等，他们各有利弊，然而，极限分析有限元法不仅具有有限元方法的全部优点，而且能有效地弥补其他分析方法的不足。
它还在考虑变形的同时动态模拟施工过程。
在分析边坡稳定性时，不需要对滑动面的位置和形状进行预先假设，也不需要使用条分法。
安全系数和临界滑动面可以通过有限元计算直接获得，应用范围十分广阔。
一、极限分析有限元法的基本原理1 安全系数有两种方法可以使基础或突破进入极限状态：一种是增量加载，另一种是减弱强度。
在过去，当突破安全系数时，首先假定滑动面，然后基于力矩的平衡计算，安全系数定义为滑动面的抗滑力与滑动力之比滑动表面。
其中,W 是安全系数;通过上述式子的变形能够得到以下式子：可以看出，传统的极限平衡法实际上是通过降低剪切强度来实现边坡的极限状态，并且在不同条件的定义下，安全系数存在一定的差异。
因此，利用强度储备确定安全系数不仅能满足岩土工程破坏的不稳定状态，而且要符合国际标准。
2 有限元中的边坡破坏准则目前，在有限元计算中确定土体破坏的标准有三种：① 滑移面塑性区贯通，即滑移面上每点都到达极限平衡状态；② 有限元计算不收敛，即土体以发生破坏；③ 滑动土体无限发生移动，即土体滑动面上的应变和位移发生突变且无限发展。
3 极限分析有限元方法应用条件一般情况下，当应用有限元分析有限元方法时，需要满足三个条件：① 可靠和成熟的有限元程序；② 适当的实际本构模型和强度屈服准则；③ 满足有限元计算模型建立所需的精度以及选择适宜的参数。
PLAXIS通用岩土有限元分析系列软件工程实例-北京金土木信息技术
PLAXIS通用岩土有限元分析系列软件PLAXIS 2D PLAXIS 3D工程实例北京金土木信息技术有限公司Plaxis.b.vPLAXIS软件是由荷兰公共事业与水利管理委员会提议，于1987年由代尔夫特技术大学开始研发，最初目的是为了解决荷兰特有低地软土的岩土模拟分析问题。
1993年，Plaxis公司正式成立，并于1998年发布第一版Windows系统的PLAXIS软件。
同时，着手三维计算内核的研发，并在2001年、2004年逐步推出PLAXIS 三维隧道分析程序（3DT）、三维基础程序（3DF）。
随着技术的不断累积，2010年，PLAXIS公司又给我们带来了惊喜——新一代PLAXIS软件PLAXIS 2D和PLAXIS 3D（现已发展到2DAE和3D 2013）。
至今，PLAXIS软件已广泛应用于各种岩土工程项目，如：基坑、挡墙、边坡、抗滑桩、隧道、桩（筏）基础、码头工程等，并得到世界各地岩土工程师的认可，日渐成为其日常工作中不可或缺的数值分析工具。
截至2014年初，世界范围内PLAXIS售出多达18,000个产品；其中国内用户已有百余家用户，分别是：交通、建筑、航务、电力、石化、等行业设计院及高校和科研院所。
PLAXIS 2D通用岩土有限元分析软件PLAXIS 2D是一款用于分析岩土工程变形和稳定性的二维有限元软件。
它提供方便的建模方式、先进的本构模型和计算方法，以模拟土和岩石的非线性、时间相关性和各向异性，计算土的静水压力及超静水压力，分析土与结构的相互作用。
其主要功能及特性表现如下：本构模型：线弹性、莫尔库伦、节理岩体（JR）、土体硬化（HS）、小应变土体硬化（HSS）、软土蠕变（SSC）、软土（SS）、修正剑桥粘土（MCC）、霍克-布朗准则(岩石)、NGI-ADP各向异性剪切强度模型(近海)、Sekiguchi-Ohta模型（针对正常固结粘土）、用户自定义本构。
建模：CAD式建模并支持CAD图形导入、命令流（API远程脚本）、15节点高阶单元、自动划分网格。
基于Plaxis的基坑稳定计算
基于Plaxis的基坑稳定计算摘要：目前的工程建设中，基坑的开挖越来越普遍，PLaxis因其基坑开挖的顺序模拟，在工程中对基坑进行数值模拟，作为校核基坑是否稳定的一个重要条件。
关键词：Plaxis；基坑；位移；数值模拟1、计算软件的简介目前针对岩土工程的有限元分析软件较多，Plaxis2D以其分步开挖的优势广泛用于基坑开挖的模拟中[1][2][3]，以揭示施工过程中支撑结构与基坑侧土体的应力应变情况及桩土位移大小。
Plaxis2D主要用于轴对称及平面应变问题的分析。
2、工程概况上海某河道工程中，需要在市政道路下设置箱涵以水系沟通，箱涵建设采用基坑开挖施工，考虑经济、适用性，采用拉森钢板桩作为基坑支护，基坑深度H=5m<7m，基坑工程属于三级基坑，围护最大侧移为0.7%H（35mm），最大地表位移为0.55%H（27.5mm）[4]。
考虑施工期，地下水位为地面以下1.0m。
黏土层及界面物理力学参数表2.2支护方案基坑支护采用9m长拉森钢板桩，支撑结构采用φ60间距5m的圆钢。
车辆荷载简化为位于基坑边缘20KN/m2的均布荷载。
基坑支护断面图3、计算模型3.1土体模型PLAXIS中土体本构模型有多种，大多数文献中均采用MC弹塑性模型及H-S弹塑性模型，结合文献2，HS模型考虑基坑土体卸荷回填特性，更好的反映了土体卸荷的影响。
本次计算采用HS模型。
3.2结构模型支护桩和内支撑采用线弹性模型，根据刚度等效原则，拉森钢板桩支护采用板单元模拟，内支撑用弹簧单元模拟，板桩与土体之间的桩土关系采用界面单元模拟。
支护桩与周边土体之间的C、φ值采用界面强度折减因子Rinter，一般取0.67。
计算中不考虑基坑地下水位的影响。
3.3 有限元模型的建立对称基坑可采用轴对称平面应变有限元模型，岩土体采用15节点三角形平面单元。
基坑边界采用底部完全固定，两侧可竖直滑动，以模拟对称基坑。
基坑周边地面超载按20kN/m2计算。
岩体Ⅰ型裂纹的有限元数值模拟分析
究的重点对象—— 裂纹 ， 根据 裂纹 的力学 特 征 ， 可将 其分 为 工型 值 ， 这些方法都对裂 纹体 的裂 纹位 置、 形状 以及边 界条 件的配 置
裂 纹 （ 开 型 ） １型 裂 纹 （ 开 型 ） Ⅲ型 裂 纹 （ 开 型 ） 种 ； 张 、Ｉ 错 和 撕 三 根 加了较多的限制 ， 实验耗 资较 大 ， 使它 们 的应用受 到 了很大 的限
据裂纹的几何特征 ， 可分 为穿 透裂纹 、 面裂纹 和深 埋裂纹三种 ； 制 。文 中主要阐述其有 限元 数值 分析 方法 对 国际岩石 力学学会 表
型断裂韧度测试标准 实验 方法 ， 即带 Ｖ型切 Ｅ的三 点弯 ｌ 以及 由以上两种或两 种 以上裂 纹组成 的复 合裂 纹。在 工程 中最 建议 的 工 求得应 力强度 因子的 常见且最危险的裂纹就是 工型裂纹 ， 在与裂纹面正 交 的拉 应力 曲圆棒 梁试件进行 了有 限元法线 弹性模拟 ， 即
最小
２． ７ ７ ７３ ．６ ７３ ．６ １ ３ ４． ９
最小
１．５ ８４ １ ．０ ８４ １ ．０ ８４ ３．８ ５９
平均
２．９ ３ １ ２ ．８ １７ ３ 踟 ６． ６ ．８ １８
平均
３ ４ ．８ ８ ７ ．１ １ ７ ４． ２ ２ ７ ４． ５
采放顶煤工作 面 ， 煤层小于 ８ｍ 时 ， 切巷 与 “ 高抽 巷 ” 差小 ， 高 高 “
岩 体 Ｉ型 裂 纹 的 有 限 元 数值 模 拟 分 析
门
摘 要： 叙述 了如何运用有 限元方法对 Ｋ Ｉ 型裂纹 断裂 韧度测试试验进行数值模 拟， 阐述 了运用位 移法估 算裂纹 强度 并
因子 的过程和 方法 ， 重在 阐明使用有 限元数值 模拟计算岩石 工型裂 纹应力强度 因子 的准确 性和 可行 性。
岩土工程施工技术中难点及对策分析 卢丽丽
岩土工程施工技术中难点及对策分析卢丽丽摘要：岩土工程因其规格要求较高，在实际施工技术中存在一定的困难。
在我国岩土工程技术方面，存在着许多有待于今后完善的缺陷，也是岩土工程施工技术的难点，技术人员应不断改进岩土工程施工技术，更好地为我国建筑业做出贡献。
关键词：岩土工程；施工技术；难点；对策前言在工程项目建设方面，岩土工程施工十分关键，然而，在实际的施工过程中，出现问题是必不可免的。
与此同时，岩土本身性质特殊，为此，在不同的环境之下，会对技术工作人员研究以及施工作业带来不利的影响。
所以，要想确保岩土工程施工顺利开展，就一定要及时解决施工技术难点与问题，通过有效对策保证施工质量。
1岩土工程施工技术难点1.1区域性各地区自然条件存在差异，岩土性质也有区别，而不同土有不同应力关系，自然对岩土工程施工提出不同要求，使岩土工程设计参数、施工处理目的、抗剪强度指标、压缩性指标、施工方法及工艺等存在区别。
如选用岩土工程施工技术措施时，上海地区就重视解决软土施工问题，重庆就重视解决山区岩石施工问题，太原就重视解决湿陷性黄土施工问题等。
1.2隐蔽性岩土工程中很多施工环节需隐蔽完成，且工程竣工后使用也是隐蔽进行，导致后期管理维护面临巨大难题，发生问题后处理棘手，难判断。
而岩土工程施工中、竣工后均会使用有较强针对性的检测技术，来解决隐蔽性工程问题。
1.3不确定性岩土工程施工技术措施的不确定性有三方面：依托岩土勘察报告部分数据难全面了解地质条件；岩土工程性能参数及结构易被环境影响，发生改变，且施工易改变岩土环境；岩土性能与结构发生变化后将使岩土工程施工遭受不同影响，施工人员常不能掌握这一系列因素，所以无法在全面掌握岩土性能与结构变化前提下开展岩土工程施工作业，对施工技术措施要求就更高。
1.4依赖性岩土工程施工技术水平高低不但由岩土工程真实情况决定，还由相关学科的程度决定。
20世纪60年代末高压射流切割技术催生高压喷射注浆施工技术措施，液压技术催生大吨位静压柱变施工技术措施，真空泵及射流泵技术催生真空预压施工技术措施，超声波技术催生超声波质检技术措施等，这些技术进一步推动岩土工程施工信息化进程，推动施工技术措施的现代化发展。
软基加固技术在市政道路施工中的应用 刘小丽
软基加固技术在市政道路施工中的应用刘小丽摘要：城市建设中一个重要的组成部分就是市政道路施工，因此，市政道路施工的质量关系着整个城市的建设质量。
市政道路施工中一个重要的环节就是软基处理，这也就需要相关的施工人员在施工中对此进行加强。
为了进行科学合理的软基处理工作，需要相关的工作人员立足于工程的实际，对软土的性质进行研究，根据研究的结果选择合适的施工方法，从各个方面提高施工的质量和效率，促进我国市政道路工程事业的快速发展。
关键词：软基加固技术；市政道路施工；应用研究路基是一个工程的基础所在，其质量的好坏直接影响路面的质量和道路的使用寿命。
软土地基是路面施工中不可避免会遇到的自然条件，当前已经研发出较多的软基加固技术，能够应对软土地基给市政道路施工带来的阻碍。
但是不可否认的是，软土地基的性质有些微的差距，需要针对市政道路施工的具体情况，从经济效益出发，采用最佳的软基加固技术。
1.软土地基的基本性质及特点1.1软土地基具有天然的含水量，存在较大的缝隙软土地基的承载能力主要取决于土质的含水量以及土质之间空隙的大小，在很大程度上，含水量过多以及缝隙较大都会对软土地基造成严重的影响。
一般来说，软土地基的主要组成部分包括粉土、薪土等，在这些土质中大多包含了一些带负电的组成，而且该土质还存在加大的缝隙，对空气中的水分吸收能力较强，使更多的水分停留在软土地基中，从而增加了软土地基的含水量。
1.2软土地基的流动性强软土地基的另一个特性就是流动较强，即使是被处理过的软土地基，也有较强的流动性存在。
流动性加强会增加其受损的程度，软土地基承载的外力和重力随着时间的推移，对加深对软土地基的损坏程度。
如果不能及时对流动性较强的软土地基进行加固处理，就会在一定程度上增加道路施工的进度，并且会出现软土地基坍塌等现象，严重影响了施工进程以及施工的整体质量。
1.3软土地基具有较高的压缩系数以及较低的抗剪强度一般情况下，软土地基的抗压能力强且抗剪能力弱，同时，软土地基还存在较大的缝隙，这种特殊的性质表现了软土地基较低的承载力。
加固土坡的抗滑桩内力计算新方法
加固土坡的抗滑桩内力计算新方法刘小丽 周德培 杨 涛(西南交通大学岩土工程系 成都 610031) 摘 要:根据土坡与桩相互作用过程中的位移特性,提出了一种加固土坡的抗滑桩内力计算新方法,该法由于不用假设作用于抗滑桩上的荷载分布形式而与传统的计算方法相区别,同时给出了具体分析过程,算例分析表明,该法是一种值得继续研究的方法。
关键词:土坡 抗滑桩 相互作用A NEW METH OD FOR COMPUTING THE INTERNA L FORCES OFANTI 2SLI DING PI LE FOR STRENGTHENING SOI L SLOPELiu X iaoli Zhou Depei Y ang T ao(Department of G eotechnical Engineering ,S outhwest Jiaotong University Chengdu 610031)Abstract :On the basis of the displacement characteristic when the s oil slope and the pile act with each other ,a new method for com puting the internal forces of the anti 2sliding pile is put up.The method is different from the traditional method for it is not necessary to assume the form of the load acting on the pile.The detail analysis process is given in the paper and the com puted exam ple has shown it is w orthy to study the method further.K eyw ords :s oil slope anti 2sliding pile interaction第一作者:刘小丽 女 1974年10月出生 博士研究生收稿日期:2002-07-280 前 言抗滑桩是一种加固、整治滑坡的有效方法,在建筑、交通、水利等方面有着广泛的应用,尤其是近20年来预应力锚索与抗滑桩的联合应用,使得抗滑桩这种工程加固方式得到了进一步的发展,同时,抗滑桩的设计计算方法也不断发展和完善[1～3]。
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中国海洋大学本科生课程大纲
课程属性：专业知识，课程性质：选修
一、课程介绍
1. 课程描述
本课程为环境工程专业选修课程，讲授并指导学生利用计算机对岩土工程有限元专业软件进行实际操作练习，使学生掌握利用有限元数值模拟技术解决岩土工程问题的方法步骤，并对结果进行正确的分析评价。
课程主要针对岩土工程专业有限元分析软件Plaxis2D的使用进行上机实践，对常见的典型岩土工程问题进行模拟计算和分析。
该课程的开设能为学生今后的工作学习奠定软件计算分析基础，有利于学生工作能力的提升，增强其竞争力。
This course is elective for students majored in environmental engineering, which aims to instruct students to practice in numerical simulation using finite element analysis software of geotechnical engineering via computers, to master the method and steps to solve geotechnical engineering problems using finite element method, to analyze results of numerical simulation. This course mainly concerns practicing operation in numerical simulation by finite element analysis software of geotechnical engineering, Plaxis2D, simulation and analysis in common typical geotechnical engineering problems. By this course, students would have the basis of numerical simulation by finite element method, which is benefit for improvement of students’ working ability and enhancement of their competition.
2. 设计思路
作为本科生课程，选择操作相对简单的岩土工程专业有限元分析软件为例进行教学，主要侧重于有限元分析的基本方法步骤以及岩土工程典型问题的数值计算分析，以期达到抛砖引玉的目的。
以岩土工程有限元专业分析软件Plaxis2D为基础，对岩土
- 1 -
工程实践中常见的基坑开挖与支护、基础沉降、路基建造、库坝稳定性以及渗流分析等问题进行数值模拟计算。
3. 课程与其他课程的关系
先修课程：工程力学、岩土力学。
这些先修课程为学生学习本课程奠定了一定的力学基础知识和专业知识。
后置课程：本科生毕业论文和毕业设计。
本课程为地质灾害防治方向的本科生进行毕业论文和毕业设计奠定了相关专业基础和技能，使学生可以利用现代化计算工具进行岩土工程问题的设计、计算和分析。
二、课程目标
本课程的目标是培养学生利用计算机和数值模拟方法解决岩土工程问题的能力，初步具备从事岩土工程相关的计算分析和咨询工作的能力；为学生今后利用计算机和数值模拟方法进行创新性的科学研究，解决实际工程新问题奠定基础。
具体如下：课程目标1：使学生掌握常用岩土工程有限元分析软件的基本建模过程，计算过程及结果的后处理分析过程；
课程目标2：学生能够将简单的岩土工程问题转化为合理的数学模型，并通过有限元方法进行求解，对计算结果进行分析评价，初步具备利用现代化工具进行岩土工程问题计算分析的能力。
三、学习要求
要达到本课程的目标，学生必须：
（1）按时上课,上课认真听讲，积极参与课堂讨论、典型案例分析。
本课程包含专题汇报，学生对汇报内容的讲解是成绩考核的组成部分。
（2）完成教师布置的课后实践练习和软件使用手册的学习等任务。
这些任务能加深学生对课程内容的理解、引导学生对某些问题的更深入探讨。
四、教学内容
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五、参考教材与主要参考书
1. Plaxis2D有限元使用手册；
2. 《有限元分析及应用》，曾攀，清华大学出版社，2004.
六、成绩评定
（一）考核方式E ：A.闭卷考试；B.开卷考试；C.论文；D.考查；E.其他。
（二）成绩综合评分体系：
（1）专题汇报的评分标准
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2）数值分析报告的评分标准
七、学术诚信
学习成果不能造假，如考试作弊、盗取他人学习成果、一份报告用于不同的课程等，均属造假行为。
他人的想法、说法和意见如不注明出处按盗用论处。
本课程如有发现上述不良行为，将按学校有关规定取消本课程的学习成绩。
八、大纲审核
教学院长：院学术委员会签章：
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