预应力锚杆挡土墙三维有限元分析
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。
挡土墙施工过程中的有限元研究
挡土墙施工过程中的有限元研究摘要:文章借助有限元方法对挡土墙的场地土应力进行了研究,通过对边界条件真是的模拟,提取除了开挖过程中的位移变形、各种应力云图等指标,为结构设计和施工管理提供了依据。
关键词:场地;有限元;地应力场;挡土墙地应力场对地质构造研究,对震源、矿藏和地下水分布的研究,以及对工程开挖和地下建筑等均有重要意义。
有限元分析的基本概念是用较简单的问题代替复杂问题后再求解。
它将求解域看成是由许多称为有限元的小的互连子域组成,对每一单元假定一个合适的近似解,然后推导求解这个域[1]总的满足条件,从而得到问题的解。
这个解不是准确解,而是近似解,因为实际问题被较简单的问题所代替。
由于大多数实际问题难以得到准确解,而有限元不仅计算精度高,而且能适应各种复杂形状,因而成为行之有效的工程分析手段。
1有限元法的应用①建立模型。
文章以工程中常见的挡土墙施工[2]为模拟对象,地质条件选用模拟单元Plane82,它二维8节点实体,PLANE82是PLANE42的高阶单元,采用3次插值函数。
它为自动网格划分提供了更精确的求解结果,并能承受不规则形状而不会产生任何精度上的损失。
建立模型具体如图1所示。
②边界条件。
对左端施加横向固定约束;对底部施加横、纵向固定约束用以保证底部嵌固与承载力较高的地基土上;对场地施加Gravity=10,具体如图2所示。
③位移变形。
运用迭代法进行迭代求解,提取出变形图。
在图3中可以看到:虚线为原场地土,实体为在初始应力场作用下的变形后的场地土。
通过变形前后对比,场地土在初始应力场作用下向下产生位移,体积减少,密度增大,上侧产生的变形最为明显。
④应力云图。
提取出的各种应力云图[3]如下所示。
通过云图可以清晰总结出应力变化的趋势:底部应力最大,随着高度的减少,应力渐渐减少直至接近于零。
这一规律通过云图直观的获得,节约了成本和时间,为结构设计找出了受力薄弱部位和施工过程中的安全提供了有力保证。
有限元数值模拟法研究预应力锚索锚固段应力分布规律
有限元数值模拟法研究预应力锚索锚固段应力分布规律摘要：岩土锚固在岩土工程领域占有重要地位。
锚固技术包括锚杆、锚喷、锚喷网等多种支护形式。
预应力锚固技术是将锚杆穿过岩土体潜在的滑裂面后打入岩土体中稳定的部分加以固定，并在杆头处施加一定的张拉力，使滑动土体和稳定岩土体形成一个统一的整体。
预应力锚固技术充分地利用了岩土体本身的强度和稳定能力, 经济安全有效，施工方便，可控性较好，被广泛应用于岩土工程支护领域。
关键词：预应力锚固技术；应力分布；迈达引言近年来，岩土锚固技术被大量应用于边坡整治和加固工程中，在很大程度上取代了传统的重力式挡土墙或砂浆和岩石挡土墙；在相当数量的深基坑支挡结构中，代替了原有的水平横撑；在几乎所有的采矿工程，在地下空间的分布挖掘建设，以及木制临时支护结构的支撑中得到了应用。
在其他领域，如深基坑工程，加固大坝工程，结构工程的抗浮，高速公路拓宽工程，地震工程，以及悬索桥锚固等，锚固技术均充分发挥其技术优势。
1.预应力锚固技术的发展锚杆支护是以锚杆为主体的支护结构的总称，它包括锚杆、锚喷、锚喷网等多种支护形式。
其技术就是在土层中斜向成孔，埋入锚杆后灌注水泥或水泥砂浆，依赖锚固体与土体之间的摩擦力，拉杆与锚固体的握裹力以及拉杆自身强度共同作用来承受作用于支护结构上的荷载。
锚固支护技术始于国外。
英国采矿专家受到钉子能钉牢层状木板的启示，发明了用锚杆控制岩层稳定性的支护技术。
当前，我国的预应力锚固技术理论的研究主要集中在锚固段的受力及其传递机理、锚束体与注浆体及注浆体与周围岩土层的粘结应力及其分布、单孔复合锚固技术的研究、锚索本身的使用寿命及使用的长期性等方面。
我国当前的预应力锚固技术的研究和应用已经达到了一个较高的水平。
2.当前预应力锚固技术存在的问题1）理论研究明显滞后于工程应用，理论计算的假定较多，不同学者之间假定方式不同，没有形成比较统一的认定，在实际的工程设计中仍须运用多种方法相互印证；并且工程计算还是以传统的理论公式为主，安全系数相对较大，导致工程造价高，材料浪费。
建筑工程预应力锚杆柔性支护方法的数值分析
建筑工程预应力锚杆柔性支护方法的数值分析【摘要】本文针对建筑工程预应力锚杆柔性支护方法进行了综合了比较，得知有限单元数值分析法最适用于对支护内力分析，它的规范化程序化以及方便模拟土与支护结构的复杂力学行为的优点使他成为应力锚杆柔性支护的首要方法，最后，通过软土地基上路堤的有限元分析法测试了此方法在柔性支护技术的运用。
标签应力；数值分析；有限单元分析法1. 引言目前，建筑工程中用于深基坑支护的方式种类较多，而当前最常用方法的主要是深基坑预应力锚杆柔性支护，它的主要优点是安全系数高、造价低廉、施工便捷且基坑原貌得到有效保持。
自上世纪90年代预应力锚杆柔性支护的概念提出，得到了市场的广泛认可。
本文对应力锚杆柔性支护方法进行了综合分析对比后，最后决定采用数值计算方法对预应力锚杆柔性支护进行分析研究，以达到对支护结构的内力分析[1]。
2. 应力锚杆柔性支护方法优选在对预应力锚杆柔性支护方法选取之前，有必要先介绍一下预应力锚杆柔性支护体系，它是由众多小吨位预应力锚杆(索)、面层、锚下承载结构和排水系统组成的，详细结构参照图2-1所示。
图2-1 预应力锚杆柔性支护基本结构随着应力锚杆柔性支护技术的普遍应用，与之产生的支护技术的计算方法也日渐精湛[2]。
每种方法都有其应用的独特之处，在此，我们将对各种方法进行一个简单比较。
具体详见表2-1所示。
有限单元法因其优点成为应力锚杆柔性支护技术计算数值分析的首选方法。
其主要实现方式是将支护结构与土体都划分为有限的单元，每个单元均可采用特定模型进行分析[3]。
本文提出的建筑工程预应力锚杆柔性支护方法的数值分析，主要是指建筑工程预应力锚杆柔性支护方法的有限单元分析。
3. 数值分析法于建筑工程预应力锚杆柔性支护的运用3.1 有限单元法实现步骤要将数值分析法中的有限单元法运用于应力锚杆柔性支护设计，必须先对有限单元法的实现步骤有一个大致了解，如3-1所示。
3.2 有限单元法实现实例分析本文以软土地基上路堤的有限元分析法作为建筑工程预应力锚杆柔性支护方法的数值分析的实例。
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。
挡土墙有限元分析
挡土墙有限元分析
十、利用有限元软件对扶壁挡土墙进行的应力和振型分析。
（扶壁间距4m，厚
0.4m）
r=20.2kN/m2
C=0.041MPa
扶壁挡土墙截面尺寸（m）
解：
应力分析
一、建立计算初始地应力模型
1、建立几何模型
2、定义物理条件
定义施加边界条件：。
●施加重力荷载：
●定义材料特性
a) 挡土墙材料特性b)地基土材料特性
●定义单元组
●定义接触
网格划分
保存数据库为diyingli.in或diyingli.idb
3、求解
输入将要生成的求解文件diyingli.dat，ADINA开始求解4、静力分析后处理结果
5、后处理结果中提取地应力
二、建立土压力计算模型
1、增加新的几何模型
2、定义模型的物理条件(略)
3、网格划分
4、求解
●求解控制
●求解过程
输入将要生成的求解文件tuyali.dat，ADINA开始求解5、后处理
挡土墙与地基的有效应力分布挡土墙的有效应力分布
（x=3.9m，z=-0.4m）有效应力曲线（y=-2.1m，z=0.4m）有效应力曲线
（x=3.9m，y=-1.7m）有效应力曲线
模态分析
在tuyali.in的基础上删除墙后填土（保留重力荷载）一、求解
●分析类型设置
在求解类型中选择Frequencies/modes,然后点击，
二、后处理
●模态及频率
一阶模态二阶模态三阶模态
四阶模态五阶模态六阶模态
七阶模态八阶模态九阶模态
十阶模态。
路基边坡预应力锚索抗滑桩支挡结构受力特性和抗震效果有限元分析
路基边坡预应力锚索抗滑桩支挡结构受力特性和抗震效果有限
元分析
吴育科
【期刊名称】《四川水泥》
【年(卷),期】2024()3
【摘要】为提升路基边坡稳定性、增强其抗震性能,研究预应力锚索抗滑桩支挡结构在路基边坡防护应用中的受力特性和抗震效果。
针对某试验边坡情况设计一种预应力锚索抗滑桩支挡结构方案,利用MIDAS/GTS岩土有限元软件模拟分析不同强度折减系数下抗滑桩和锚索的受力特性,以及地震作用下预应力锚索抗滑桩支挡结构应用效果。
结果显示:强度折减系数的增加不会改变抗滑桩弯矩以及锚索剪力的分布情况,但会增加弯矩值以及剪力值,强度折减系数为1.0时,加固边坡为工作状态,强度折减系数为1.2时,加固边坡已达到极限状态;预应力锚索抗滑桩支挡结构的应用,可降低地震作用产生的位移,且地震波作用结束后,监测点位移不再继续增加,呈稳定态势,边坡稳定性较好。
【总页数】3页(P209-211)
【作者】吴育科
【作者单位】中电建(丽水)规划勘测设计研究院有限公司
【正文语种】中文
【中图分类】U416.14
【相关文献】
1.预应力锚索抗滑桩支挡结构在路基边坡防护中的应用研究
2.预应力锚索抗滑桩支挡结构体系数值模拟研究
3.预应力锚索抗滑桩支挡结构在路基边坡防护中的应用
4.预应力锚索抗滑桩支挡结构在滑坡地质灾害治理中的应用研究
5.高边坡桩板墙与预应力锚索复合路基支挡结构施工
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预应力锚索FLAC3D分析
（5－7）
式中，λ，µ为拉梅常数；θ = εij = ε11 + ε22 + ε33 ，即体积应变；
δ ij
=
⎧1 ⎩⎨0
(i = j) (i ≠ j)
因此单元的平均应力增量可表达成：
<
∆σ ij
>=
λδ ij
<
∆θ
>
+
v E
I1δ ij
（5－8）
同时，若以应力表示应变，则其本构关系为：
<
∆eij
>= 1 + v E
5.3 计算模型
模型范围：计算模型前缘以公路中心线为界，后缘以公路中心线向后延伸
60m，沿坡面方向上取 52.5m，底面以路面以下 20m 为界。 地质概化模型：考虑地层单元参数取值的方便，综合 XX 省水文地质工程地
质勘察研究院的岩土工程勘察报告，将坡体结构概化为四层第四系坡积层、残积 层、风化花岗闪长岩层和新鲜花岗闪长岩层等四层。本次计算中，共划分了 5600 个单元，6290 个节点。
FLAC 程序的基本原理和算法与离散元相似，但它却象有限元那样适用于多 种材料模式与边界条件的非规则区域的连续问题求解；在求解过程中，FLAC 采 用了离散元的动态松驰法，不需要求解大型联立方程组（刚度矩阵）。同时，同 以往的差分分析方法相比，FLAC 不但可以对连续介质进行大变形分析，而且能 模拟岩体沿某一软弱面产生的滑动变形，FLAC 还能在同一计算模型中针对不同 的材料特性，使用相应的本构方程来比较真实地反映实际材料的动态行为。此外， 该方法还可考虑锚杆、挡土墙等支护结构与围岩的相互作用。
算准确度和计算精度。所以各地层的参数取值是数值模拟中关键的一环。
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。
锚杆护顶方案三维有限元数值模拟及分析
锚杆护顶方案三维有限元数值模拟及分析马相松【摘要】根据峰奇山矿段顶板工程地质条件,采用3D-σ有限元数值模拟软件对3种护顶方案进行模拟,以寻求最佳支护结构参数.结果表明,经济、合理的施工方案参数为护顶锚杆长度1.8m、间排距1.0 m×1.0 m.模拟结果为安全高效回采矿石资源提供技术支持.【期刊名称】《有色金属（矿山部分）》【年(卷),期】2012(064)004【总页数】4页(P47-50)【关键词】顶板;稳定性;锚杆支护;数值模拟【作者】马相松【作者单位】昆明有色冶金设计研究院股份公司,昆明650051【正文语种】中文【中图分类】TD353+.6为研究矿体回采过程中顶板的稳定性，采用数值模拟方法，定量地计算和分析回采过程中采场顶板围岩中的应力、位移和塑性区的分布状况，从而对采场围岩的稳定状态做出判断。
通过分析不同支护方案下的围岩稳定状态，确定最佳采场支护结构参数，为矿山安全高效回采矿体资源提供技术保障，最大限度减少开采成本，增加产量和经济效益[1-2]。
1 工程概况峰奇山锌矿位于云南临沧，坐落在阿山村之北。
矿体赋存地质条件复杂，处于中山次火山断裂带中段南侧，矿体倾斜，局部为急倾斜。
矿层顶板岩层软弱，为粉砂质页岩，层理清晰、层间黏聚力弱，岩体为层状碎裂结构，力学强度低、稳定性差。
矿段总体走向北东、倾向北西，产状上缓下陡。
矿层厚度较均匀，厚度一般21 m 左右，最厚37 m。
矿体致密较坚固，为细粒含锌熔岩，层状结构，岩层很稳固。
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Table 1 Values of mechanical parameters of rock mass岩体密度/(g·cm-3)弹性模量/GPa泊松比黏聚力/MPa内摩擦角/(°)抗拉强度/MPa页岩2.532.30.280.19200.10矿体2.7813.00.250.93350.83灰岩2.807.30.260.84380.772 矿体回采数值模拟分析2.1 计算模型的建立本次模拟采用三维连续介质有限单元法程序3D-σ。
锚杆挡土墙联合支护边坡的有限元分析
２ 模 型参数 的取值
２ ． １ 土体 本构 模型 参数 的取 值
Ｍ ｏ ｈ ｒ ， Ｃ ｏ ｕ ｌ ｏ ｍ ｂ模 型 需 要 五 个 参 数 ， 即 杨 氏 模 量 （ Ｅ） ， 泊松 比 （ ） ， 内摩擦 角 （ ） ， 内聚 力 （ Ｃ ） ， 剪 胀 角 （ ） 。在土 力 学 中 ， 初 始 斜 率 用 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
缩模量 的 ２倍 。 内摩 擦 角 和 内聚力 ｃ 勘 察 报告 中都
空间 的一个 面 。理 想塑 性模 型是 具有 一 个 固定 屈 服 面
的本 构 模 型 ， 该 屈 服 面 不 受 塑 性 应 变 的 影 响 。Ｍｏ ｈ ｒ ．
会提供 ， 对于剪胀 角 ， 粘性土通 常没有什么剪胀性 （ ＝ ０ ） ， 砂 土 的 剪胀 性 依 赖 于 密 度 和摩 擦 角 ， 对 于 石
Ｅ 一般 勘察 报 告 中只 提 供 压缩 模 量 Ｅ ， 根 据 经验 ， 对于 软土 层 ， Ｅ 。 取 压缩 模 量 的 ３倍 ， 对 于 硬 土 层 取 压
１ 模 型 选择
１ ． １ 土体 本构 模 型的选 择
Ｍｏ ｈ ｒ — Ｃ ｏ ｕ ｌ ｏ ｍ ｂ模型 是一 种理 想弹 塑性 模 型 。为 了 判断 塑性 在一 个 计 算 中是 否 发 生 ， 引 入 一个 应力 和应 变 的函数 作 为屈 服 函数 ， 这 个 函 数 可 以表 示 成 主应 力
工 格栅 进行 等效 模拟 ， 其 具有轴 向刚度 而无 弯 曲刚度 ， 只能 承受拉 力 ， 不能 承受 压力 。 格构 梁 格构 梁 嵌 于 边 坡 表 面 ，Ｐ ｌ ａ ｘ ｉ ｓ 有 限元 软 件 模 拟重 力
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
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
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。
预应力锚索的三维数值模拟及其锚固机理分析
参考内容
引言
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
预应力锚索是一种广泛应用于岩土工程中的加固措施，可以有效提高岩体稳 定性，防止岩体变形和破坏。然而，预应力锚索的锚固机理较为复杂，涉及到多 个因素，如岩土力学性质、锚固材料特性、锚固深度等。为了更好地理解和应用 预应力锚索，本次演示将对预应力锚索的锚固机理进行深入研究。
预应力锚索的基本结构
6、结果分析：根据试验数据进行分析，评估锚索的锚固性能，为工程设计 提供依据。
四、注意事项
1、试验前应对试验设备进行检查和校准，确保设备的准确性和可靠性。 2、在试验过程中应保证安全，避免因操作不当导致的意外事故。
3、在记录数据时应注意数据的准确性和完整性。 4、对试验结果进行数据分析时应注意数据的可靠性。
在本次演示中，我们将探讨预应力锚索锚固机理的数值模拟试验研究。首先， 对预应力锚索的结构和特点进行简要介绍。其次，针对数值模拟试验的原理和方 法进行阐述，包括有限元法、离散元法等。再次，通过数值模拟试验，对预应力 锚索在不同条件下的锚固效果进行深入研究，包括不同预应力大小、不同锚固段 长度等。最后，对预应力锚索锚固机理进行总结和分析，提出改进意见和建议。
预应力锚索的锚固机理分析
预应力锚索的锚固机理主要包括两个方面：锚索对岩体的约束作用和应力场 的分布特征。
首先，锚索对岩体的约束作用主要包括拉伸约束和弯曲约束。在预应力状态 下，锚索对岩体产生拉伸作用，使岩体处于三向受压状态，从而提高其稳定性。 此外，锚索的弯曲约束作用也可增加岩体的承载能力。
其次，预应力锚索的应力场分布特征也是影响其性能的重要因素。在预应力 作用下，锚索的应力分布不均匀，呈现出两端高、中间低的趋势。此外，锚索还 会对周边岩体产生一定的影响，形成应力场。
高边坡预应力锚索格子梁加固系统三维有限元分析
道
建
筑
６７
２１ ０ ０年 第 ２期
Ｒａｌ ｙ Ｅｎｇｎ ｅ ｉ ｉｗａ ｉｅ ｒｎｇ
Байду номын сангаас
文 章 编 号 ：０ ３１９ （ ０ ０ ０ －０ ７０ １０ —９ ５ ２ １ ） ２０ ６ －４
高 边坡 预 应 力锚 索格 子梁 加 固 系统 三 维 有 限元 分 析
熊保 林 ，王 希 良 路 春 娇 ，
作用 ， 使岩 体结 构面 呈压 紧状态 ， 从而 显著 提高 受压岩
体 的整体稳 定性 。此 外 ， 应 力 锚索 格 子 梁 加 固边 坡 预
不受 地形 等条件 限 制 ， 工灵 活 、 便 ， 施 方 因此 预 应 力锚 索格 子 梁 在 滑 坡 治 理 中 得 到 越 来 越 广 泛 的应 用 。 。
向应力 状态下 。一方 面 ， 岩体 强 度 比加 固前 得 到 了提 高， 变形 特性也 得 到 了改 善 ； 一方 面 ， 另 由于 预应 力 的
收 稿 日期 ：０９０ －０ 修 回 日期 ：０ ９１ —５ ２ ０ －７３ ； ２０ ．０ １
则为广 义米赛 斯 （ ｓｓ 准 则 Ｍｉ ） ｅ
本文 旨在通 过对 预应力 锚索 格子 梁加 固高边 坡前后 稳 定 性进 行三 维有 限元 分 析 ， 过 强度 折 减 法 得 到加 固 通 前 后 的安 全 系 数 。从 而 判 断 高 边 坡 加 固 前 后 的 稳 定
性， 为设计 和施 工提 高参考 。
发展 过程 ； 也未考 虑到 岩 土 体与 加 固结 构 的共 同作 用
（．石 家 庄 铁 道 学 院 土 木 分 院 ， 家 庄 １ 石 ０ ０４ ；２ 石 家 庄 铁 道 学 院 建 筑 与 艺 术 分 院 ， ５０３ ． 石家 庄 ０ ０４ ） ５ ０ ３
一类工程问题的有限元数值分析
一类工程问题的有限元数值分析【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0.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ANSYS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。
边界条件为：底面边界加Y方向的约束；两个侧面开挖一侧采用滚动支座，另一侧加水平构造应力σ0，竖直方向没有约束，可自由滑动；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为了减少计算量，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。
采用有限元计算程序ANSYS建立了锚杆挡土墙加固边坡三维有限元模型，单元化划分基本采用手动控制，选取六面体八节点等单元进行划分，从而使单元形状比较规则，同时，应尽量避免相邻网格大小发生突变。
由于靠近开挖区域的土体应力比较集中，因此该区域的网格划分比较密一些；远离开挖区域的土体，为了减少计算时间，因此该区域的网格划分比较疏一些，整个锚杆挡土墙加固边坡结构共计节点18792个，划分为16008个单元。
1.4锚杆挡土墙“逆作法”施工过程的模拟锚杆挡土墙的施工实际上是一个边开挖边支护的过程，为了更符合实际工况，使计算结果更有意义，在有限元计算中，对锚杆挡墙边开挖边支护的“逆作法”施工过程进行了模拟 2.计算结果分析2.1开挖面水平位移从前述可以开出，最大开挖面水平位移出现在开挖面上部，开挖面水平位移形状呈“中上部大，下部小”的形式，这和重力应力场情况下的“鼓肚子”形式[3]是不一样的。
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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。
2.2 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[4，5]，取计算范围为：坡脚到左端边界的距离为开挖深度的1.5倍，坡脚到右边边界的距离为4开挖深度的4.5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。
2.3 三维有限元模型的建立
取一列预应力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预应力锚杆对半无限薄层岩体的整体三维作用。
根据上述参数及边界条件，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，如图1所示。
图1三维有限元模型
2.4 预应力锚杆挡土墙“逆作法”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link8单元，即锚杆不起作用，计算自重应力场。
第二步开挖至-2.0m，杀死相应的土体单元；
第三步开挖至-4.5m，同时施作挡墙至-2.0m，激活第一排预应力锚杆；
第四步开挖至-7.0m，同时施作挡墙至-4.5m，激活第二排预应力锚杆；
第五步开挖至-9.0m，同时施作挡墙至-7.0m，激活第三排预应力锚杆；
第六步施作挡墙至-9.0m。
第七步加坡顶道路荷载25kn/m2。
3 边坡位移和锚杆轴力分析
3.1水平位移分析
预应力锚杆挡墙支护边坡与普通锚杆挡墙支护边坡的水平位移比较见图2所示。
从图2中可以看出，较普通锚杆挡墙支护，预应力锚杆挡墙支护时边坡开挖面的水平位移整体形状并未改变，呈“鼓肚子”现象，但水平位移的量值要减小一些，最大水平位移从4.12mm减小到3.88mm，减小约5.8％。
图2锚杆挡墙与预应力锚杆挡墙支护边坡的水平位移比较
3.2预应力锚杆锚固段轴力分析
预应力锚杆分为自由段和锚固段。
预应力锚杆杆体与土体之间的剪切荷载传递只发生在锚固段，因此预应力锚杆在自由段长度上的拉力大小是相等的。
预应力锚杆锚固段的轴力随荷载步的分布变化见图3。
从图中，我们可以看出，锚杆锚固段轴力在与自由段相接的地方最大，远端最小，轴力变化呈曲线分布，各荷载步轴力分布曲线形状基本一样。
随着开挖的进行，预应力锚杆锚固段轴力增大，这是因为随着开挖的进行，岩体的变形增大，导致锚杆锚固段的轴力增大，因此锚固段的轴力随着开挖深度的增加而增大。
图3（a）第一排预应力锚杆锚固段轴力分布
图3（b）第二排预应力锚杆锚固段轴力分布
图3（c）第三排预应力锚杆锚固段轴力分布
4结论
通过建立三维有限元模型，对预应力锚杆挡土墙与普通锚杆挡土墙的水平位移、锚杆轴力变化的等进行了分析，探讨了预应力锚杆挡土墙的作用，得出以下结论：
（1）预应力锚杆挡墙较普通锚杆挡墙能更好地控制边坡的水平位移。
（2）锚杆锚固段轴力在与自由段相接的地方最大，远端最小，轴力变化呈曲线分布。
（3）随着开挖的进行，岩体的变形增大，导致锚杆锚固段的轴力增大，因此锚固段的轴力随着开挖深度的增加而增大。
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