深基坑开挖FLAC数值模拟计算及分析

合集下载

基于地铁车站深基坑变形规律的FLAC数值模拟研究

基于地铁车站深基坑变形规律的FLAC数值模拟研究在地铁深基坑开挖过程中，基坑需要满足其变形的要求，支護结构也要满足其强度要求。

本文通过FLAC软件对深基坑开挖支护过程进行模拟分析，支护结构的内力以及变形规律，对地铁深基坑变形规律的研究有着重要的意义。

标签：深基坑；模拟分析；变形规律1 有限差分分析软件FLAC简介FLAC程序是建立在拉格朗日算法的基础上，采用显式算法来得到模型的全部方程和步长解，从而解决材料破坏的问题。

FLAC具有强大的后处理功能，用户可以利用FISH自定义单元形状，通过基本单元，可以生成复杂的三维网格进行研究分析，对于研究工程地质问题具有重要的意义。

FLAC广泛应用于隧道工程、拱坝稳定分析、矿山工程、支护设计、边坡稳定、地下洞室、施工设计等多个领域。

(1)FLAC的优点1)FLAC采用了混合离散方法来模拟材料的屈服或塑性流动特性，这种方法比有限元法中的降阶积分更加合理。

2)FLAC可以利用动态的运动方程进行求解，这样FLAC能够模拟振动、失稳及变形等动态问题。

3)FLAC是采用显式方法进行求解，对于显式算法来说，非线性本构关系与线性本构关系并没有算法上的差别，对于已知的应变增量，可以很快的求出应力增量，并且得到平衡力，采用等容量的内存可以求解多单元结构模拟的变形问题。

(2)FLAC的缺点1)对于线性的问题，FLAC比相应的有限元要花费更多的时间，所以FLAC 在模拟非线性和大变形的问题上是更有效果的。

2)FLAC的收敛速度是由系统的最大固有周期与最小固有周期的比值，这就使得对单元尺寸或者材料弹性模量等问题模拟效率很低。

2 开挖有限元模拟2.1 整体模型建立地铁车站深基坑开挖需要注意基坑开挖的形态、深度以及土质条件等。

模型采用摩尔-库仑本构模型。

在设计模型尺寸的时候需要考虑模型选取的范围，范围太大将大量浪费资源，模型范围太小将会导致模拟计算结果失真，在实际工程中起不到指导性的意见。

基于FLAC3D的深基坑支护三维数值模拟分析

ＶｏＩ．２９Ｎｏ．１，Ｆｅｂ．２０１７
ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１６７１ — ８７９８．２０１７．０１．００７
基于ＦＬＡＣ３Ｄ的深基坑支护三维数值模拟分析
ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎｐｉｔｓｕｐｐｏｒｔｉｎｇｂａｓｅｄｏｎＦＬＡＣ３Ｄ
ＣＨＥＮＧＺｅｈａｉ。ＹＵＺｈｅｎｓｈｕａｉ（ＳｃｈｏｏｌｏｆＣｉｖｉｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇａｎｄＡｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ，ＺｈｅｊｉａｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｈａｎｇｚｈｏｕ３１００２３，Ｚｈｅｊｉａｎｇ，Ｃｈｉｎａ）
中图分类号：ＴＵ４７６．４文献标志码：Ａ文章编号：１６７１ — ８７９８（２０１７）０１ — ００３７ — ０６
Ｔｈｒｅｅ — ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌｎｕｍｅｒｉｃａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎａｎａｌｙｓｉｓｏｆｄｅｅｐ
程泽海，于振帅
（浙江科技学院土木与建筑工程学院，杭州３１００２３）
摘要：为研究基坑不同支护方式对围护结构变形及稳定性的影响，利用ＦＩＡＣ３Ｄ三维快速拉格朗日差分方法对某地铁深基坑分步开挖与支护进行数值模拟，并对两种支护方案进行对比分析。研究结果表明：地下连续墙最大水平位移出现在墙顶，且位于地下连续墙长度方向的中部；在分步开挖时，第一步开挖时地下连续墙的位移

利用FLAC 3D 对基坑支护数值模拟分析

ｃｍ，最大位移为４５ａｍ。采用土钉墙支护后，边墙的位移为２～４ａｍ，最大位移为６ｃｍ。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。
ｄａｔｉｏｎｐｉｔｉｎｓｏｍｅｄｉｓｔｒｉｃｔ，ｔｈｅａｕｔｈｏｒｓｐｒｏｊｅｃｔｅｄｔｈｅｓｏｉｌｎａｉｌｅｄｗａｌｌｓｕｐｐｏｒｔｉｎｇｄｅｓｉｇｎａｎｄｃａｒｒｉｅｄｏｕｔｎｕｍｅｉｒｃａｌ
第３２卷
第４期
世
界地
质
Ｖ０ｌ＿３２Ｎｏ．４ＤｅＣ．２０１３
２０１３年ｌ２月
ＧＬＯＢＡＬＧＥＯＬＯＧＹ
文章编号：１００４— ５５８９（２０１３）０４— ０８５７— ０５
利用ＦＬＡＣ３Ｄ对基坑支护数值模拟分析
马宏，季聪，杨瑞刚，刘录君
１．吉林大学建设工程学院，长春１３００２１；
２．中水东北勘察设计研究有限责任公司，长春１３００２１
摘要：ＦＬＡＣ３Ｄ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ＦＬＡＣ３Ｄ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

FLAC3D在深基坑工程开挖中的数值模拟分析

２．ＧｅｏｔｅｃｈｎｉｃｌａＥｎｇｉｎｅｅｉｒｇｎＲｅｓｅａｒｃｈＩｓｔｎｉｔｕｔｅ，ＨｏｈａｉＵｉｎｖｅｒｓｉｔｙ，Ｎａｎｊｉｇ，Ｊｎｉａｇｓｎｕ２１００９８，Ｃｈ／ａ）ｎ
随着基坑开挖深度的增加而加大，基坑壁向坑内的水平位移变化趋势仍然是中间部分最大，边角处最小，而且基坑壁的长边由于开挖的范围相对较大，其变形量相对于短边也增大，这充分体现了基坑开挖
过程中的时空效应，数值模拟计算结果可以为工程设计提供指导和参考。关键词：ＦＬＡＣ３Ｄ；深基坑；位移；数值模拟中图分类号：ＴＵ４７０．３文献标识码：Ａ文章编号：１６７２＿ｌ１４４（２０１３）０４ —０ｏ１７ —０４
第１１卷第４期
２０１３年８月
水利与建筑工程学报
ｏｕｒｎａｌｏｆＷａｔｅｒＲｅｓｏｕｒｃｅｓａｎｄＡｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒａｌＥｎｎｅｅ血ｌｇ
Ｖｏ１．１１Ｎｏ．４
ＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆＦＬＡＣ３ＤｉｎＮｕｍｅｒｉｃａｌＳｉｍｕｌａｔｉｏｎＡｎａｌｙｓｉｓｆｏｒＤｅｅｐＦｏｕｎｄａｔｉｏｎＰｉｔＥｘａｖｃａｔｉｏｎ
ｔｒａｌｂｓｅａｍｅｎｔ，ｔｈｅｕｐｌｉｆｔｇｒｏｗｓｔｏｈｅｔｌａｒｇｅｓｔｖｌａｕｅ，ａｎｄｎｅｒａｈｅｔｆｏｕｎｄａｔｉｏｎｐｉｔｗｌｌａ，ｉｔｉｓｓｍａｌｌｅｒ．Ａｔｔｈｅｓａｍｅｔｉｍｅ，ｔｈｅ Leabharlann Ａｕｇ．，２０１３

FLAC3D对基坑开挖数值模拟分析

平衡状态，此时得到的模拟计算结果见图 2 ～ 6，图 2 为
基坑 Z 方向应力云图，在模型中共分为 9 个区域，各区
域的应力值范围分别为：－ 7． 3827e + 005 to － 7． 0000e
+ 005、－ 7． 0000e + 005 to － 6． 0000e + 005、－ 6． 0000e
536
资源环境与工程
以下取 30 m。因此模型 X 方向长 50 m，Y 方向长 40 m，Z 方向长 38 m。在初始条件中，不考虑构造应力，仅考虑自重应力产生的初始应力场。模型共有 10 500个单元，12 012 个节点（图 1）。
2013 年
移为 47. 35 cm，位移变形的影响范围沿基坑边缘向外约 6. 0 m。通过对位移变形矢量图及剪应变增量矢量
图分析，可知基坑边墙可能产生滑动破坏的现象。
关键词： FLAC3D; 基坑; 应力; 位移
中图分类号： TV551． 4 + 2
文献标识码： B
文章编号： 1671 － 1211( 2013) 04 － 0535 － 03
GPa，土体的体积模量 K 和剪切模量 G 与弹性模量 E 及泊松比 μ 之间的转换关系为［4］：
K
=
3（
1
E － 2μ）
（ 1）
G
=
2（
E 1+
μ）
（ 2）
由式（ 1）和式（ 2）计算得：体积模量 K = 202． 90 MPa，
剪切模量 G = 110． 24 MPa。将求得的物理力学参数，
+ 005 to － 5． 0000e + 005、－ 5． 0000e + 005 to －

采矿工程数值计算方法——FLAC建模技巧与工程应用

采矿工程数值计算方法——FLAC建模技巧与工程应用1 FLAC建模方法1.1 建模（1）设计计算模型的尺寸（2）规划计算网格数目和分布（3）安排工程对象（开挖、支护等）（4）给出材料的力学参数（5）确定边界条件（6）计算模拟1.2 网格生成： Grid i,j 例如：grid 30,201.3 网格规划： Gen x1,y1 x2,y2 x3,y3 x4,y4例如：Gen 0,0 0,10 10,20 20,01.4 分区规划网格。

例如：Gen xI1,yI1 xI2,yI2 xI3,yI3 xI4,yI4 i=1,10 j=1,21 （I区）Gen xII1,yII1 xII2,yII2 xII3,yII3 xII4,yII4 i=10,20 j=1,21 (II 区）1.5 特殊形状的网格（1）圆形 gen circle xc,yc rad（2）弧线 gen arc xc,yc xb,yb theta（3）直线 gen line x1,y1 x2,y2（4）任意形状 tab 1 x1,y1, x2,y2, ,xn,yn, x1,y1 gen tab 11.6 赋给单元材料性质mod e (弹性)prop d 1800e-6 bu 12.5 sh 5.77 i=1,20 j=1,10prop d 2400e-6 bu 1250 sh 577 i=1,20 j=11,20mod m （弹塑性Mohr-Coulumb准则）prop d 1800e-6 bu 12.5 sh 5.77 c 0 fri 20 ten 0.015 reg i,j1.7 赋给模型边界条件（1）固定边界（结点） Fix x i=1, j=1,21 Fix y i=1,21 j=1（2）施加边界力 (结点) apply yf -10 i=1,21 j=21或 apply syy -10 i=1,21 j=21或 apply xf -5 i=21, j=1,21或 apply sxx -5 i=21, j=1,21（3）赋单元内应力（单元） ini sxx -10 i=1,20 j=1,20ini syy -5 var 0 4 i=1,21 j=1,211.8 计算Set grav 9.81Set largeStep 1000Save test.sav1.9 结果显示Plot grid 显示网格Plot bo 显示边界Plot plas 显示塑性区Plot sig1 fi 显示最大主应力σ1Plot sig2 fi 显示最小主应力σ2Plot sdif fi 显示主应力差(σ1- σ2)Plot str 显示主应力矢量场Plot xdis fi 显示X方向位移Plot ydis fi 显示Y方向位移Plot disp 显示位移矢量场1.10 保存与调用结果命令Call test.txt (或ca test.dat) 调用数据Save test.sav 保存结果New 重新开始Rest test.sav 调用结果Quit 退出程序2. FLAC运用技巧2.1 模型尺寸2.2 模拟开挖Mod nu i=6,15 j=5,12 (或 region i,j)2.3 模拟锚杆支护（端锚）struct cable begin grid i1,j1 end grid i2,j2 seg n prop 1 stru prop 1 e 2e5 yield 0.5 a 0.235e-3 sbond 0 kbond 0.0001 stru prop 1 sfri 30 peri 0.2723 den 7.5e-32.4 模拟锚杆支护（全长锚固）struct cable begin grid i,j end x,y seg n prop 2stru prop 1 e 2e5 yield 0.5 a 0.235e-3 sbond 0.42 kbond 5.37 stru prop 1 sfri 30 perimeter 0.2723 den 7.5e-32.5 模拟锚杆支护（预应力锚固）struct cable begin grid i1,j1 end i2,j2 seg n ten 10 prop 1 struct cable begin node n1 end x,y seg n prop 2stru prop 1 e 2e5 yield 0.5 a 0.235e-3 sbond 0. kbond 0.1stru prop 1 sfri 0 perimeter 0.2723 den 7.5e-3stru prop 2 e 2e5 yield 0.5 a 0.235e-3 sb 0.42 kb 5.37stru prop 2 sfri 30 perimeter 0.2723 den 7.5e-32.6 模拟断层Mod nu j=37int 1 as from i1,j1 to ,i1,j2 bs from i2,j1 to i2,j2int 1 kn 1000 ks 400 fri 25 c 0.01 t 0.00012.7 其它技巧（1）网格优化（2）先弹性、后塑性（3）分步开挖（4）动力学问题模拟（5）固流耦合问题模拟（6）合理解释结果（7）多种形式输出结果（8）报告格式The purpose of computing is in-sight, not numbers. —FLAC Manuals1. 绕xy平面reflect，则dip= 0，dd=902. 绕xz平面reflect，则dip= 90，dd=03. 绕yz平面reflect，则dip=90 ，dd=270FLAC 的输入和一般的数值模拟的程序不一样, 它可以用交互的方式从键盘输入各个命令, 也可以写成命令文件, 类似于批处理, 由文件来驱动。

基于FLAC3D的深基坑支护数值模拟应用

基于FLAC3D的深基坑支护数值模拟应用基于FLAC3D的深基坑支护数值模拟应用摘要：本研究利用有限元数值模拟软件FLAC3D对深基坑支护进行了数值模拟。

通过对建筑施工现场实际参数的调查和相关文献的研究，我们建立了一个三维数值模型，并进行了不同支护方案的比对分析。

结果表明，采用加强钢支撑和地下连续墙的支护方案，能够有效地减少土壤变形、保证建筑物的安全性。

关键词：深基坑、支护、FLAC3D、数值模拟、加强钢支撑、地下连续墙1. 引言近年来，城市建设和基础设施建设快速发展，深基坑建设越来越普遍。

但是，深基坑工程施工过程中的安全问题一直备受关注。

其中，深基坑支护是工程中的一个重要环节。

为了确保施工期间的安全性，提高深基坑工程的质量和效率，数值模拟成为了深基坑支护研究的重要方法。

本文利用FLAC3D有限元软件，对深基坑支护进行了数值模拟，探究了不同支护方案对支护效果的影响。

2. 建立数值模型本文选取了某施工现场所需建设的深基坑作为研究对象，通过现场实际参数的调查和相关文献的研究，建立了一个三维数值模型，包括土体、加强钢支撑和地下连续墙等要素。

我们选用FLAC3D软件，采用三维非线性、非弹性有限元法建立了深基坑支护数值模型。

3. 数值模拟分析本文通过数值模拟的方法，分别对三种支护方案进行了分析和比较。

根据实际工程情境和可行性，将基坑侧壁加强钢支撑和地下连续墙结合起来，分别分析了它们分别对基坑支护的影响。

3.1 仅加强钢支撑采用钢支撑作为支护方案，计算结果表明，在基坑侧壁进行局部加强支撑的情况下，土体变形量和基坑下沉量都可控制在较小的范围内。

但是，当钢支撑的纵向间距较大时，局部土体变形较大。

3.2 仅连续墙支护采用地下连续墙作为支护方案，计算结果表明，连续墙的设置是很有必要的。

连续墙的加固作用可以有效地控制土体侧向位移和基坑下沉量。

但是，如果连续墙质量不好，可能会导致工程安全事故发生。

3.3 加强钢支撑和连续墙结合支护我们采用加强钢支撑和地下连续墙结合的支护方案，计算结果表明，在相同的施工条件下，结合支护方案的基坑下沉量更小，变形量也更小。

兰州某地铁站深基坑开挖监测及FLAC3D模拟分析

兰州某地铁站深基坑开挖监测及FLAC3D模拟分析兰州某地铁站深基坑开挖监测及FLAC3D模拟分析随着城市发展的需要，地铁建设逐渐成为现代化城市的标志性工程。

兰州作为一个发展迅速的城市，地铁建设在给市民出行带来便利的同时，也给城市的土木工程带来了一系列的挑战。

特别是地铁站点深基坑开挖过程中的地下水位变化对工程安全性提出了较高要求。

本文将围绕兰州某地铁站深基坑开挖过程中的监测与模拟分析展开论述，基于FLAC3D软件进行模拟分析，以期为后续工程的设计与施工提供参考和指导。

首先，本文将介绍兰州某地铁站深基坑开挖监测的重要性。

地铁站点的深基坑开挖工程涉及到地下水位变化、地层变沉等问题，其安全性是保障工程顺利进行的基础。

通过对开挖深度、土层厚度、地下水位等参数的监测，可以及时发现问题并采取相应的措施，有效避免地下水突破、地面沉降等不良后果的发生。

接着，本文将详细介绍FLAC3D模拟分析在地铁站深基坑开挖过程中的应用。

FLAC3D是一种基于有限差分法的三维数值模拟软件，能够对工程结构的力学行为进行全面模拟和分析。

通过在软件中输入不同的模拟参数，可以对地铁站深基坑开挖过程中的地下水位变化、土体变形等问题进行模拟和分析。

模拟结果能够为工程设计和施工提供科学依据，帮助工程师判断工程的稳定性和安全性。

随后，本文将以兰州某地铁站深基坑开挖工程为例，展示FLAC3D模拟分析的实际应用效果。

首先，我们将采集实际监测数据，包括地下水位、土体变形等参数。

然后，通过FLAC3D软件建立相应的模型，输入监测数据和设计参数，并设定不同的挖掘深度和时间节点。

根据模拟结果，我们可以分析不同挖掘深度和时间节点下土体变形情况的变化趋势和规律。

同时，我们还可以对模拟结果进行灵敏度分析，研究不同参数对工程稳定性的影响，以及采取相应措施的必要性和可行性。

最后，本文将总结兰州某地铁站深基坑开挖监测与FLAC3D模拟分析的研究成果，并对该方法在地铁工程中的应用进行讨论。

flac3d模拟基坑开挖

3.5 计算模型计算模型见图3-3~图3-5，X轴为水平方向，Y轴为竖直方向。

本模型采用实体单元模拟土体、桩、筏板，其中素混凝土桩长5m，筏板厚2m，筏板嵌入土层0.4m。

模型中共有12730个网格点，12542个实体单元。

图3-3 计算模型图图3-4 开挖完后模型图图3-5 筏板、桩、空洞模型图3.5 模拟计算工况计算过程先对计算域进行初始应力场平衡计算，然后模拟计算地基开挖过程，最后模拟地基土的加固，并施加竖向荷载。

计算分析地基中存在空洞时上层土层开挖后产生的卸荷回弹，以及采用筏板及置换桩加固并施加压力后土层的沉降量4 计算结果及分析为便于分析空洞部位的位移应力，对模型中的4个空洞进行编号，见图4-1。

计算结果中竖向位移向上为正，向下为负；应力以拉为正，压为负。

图4-1 空洞示意图4.1 地基中不存在空洞上层土层开挖后的竖向位移分布见图4-2，由图可知，地基开挖完后在开挖面产生较大的反弹，最大回弹位移为17.8cm。

在空洞附近，回弹量比相同高程土层要大，且最大回弹位移均发生在空洞上表面，4个空洞四周的回弹位移极值见表4-1，其中1#空洞虽然埋深较深，但由于其尺寸较大，其最大回弹量与埋深较浅的2#空洞、3#空洞接近，4#空洞则由于埋深较深，且尺寸较小，其最大回弹量也相当较小。

表4-1 地基开挖后空洞四周位移极值统计图4-2 地基开挖完后竖向位移分布云图采用混凝土桩加固，并在筏板上施加荷载后地基位移变化量分布见图4-3。

由图可知，地基加固后并施加荷载后地基土产生了一定的沉降量，在场地中央的最大沉降量为3.8cm。

空洞上表面的沉降量比相同高程的土层大，下表面的沉降量则比相同高程的土层小，空洞最大沉降量均发生在上表面，最小沉降量均发生在下表面，空洞四周的位移极值统计见表4-2，1#空洞尽管其尺寸相对较大，但由于其位于场地边缘，且埋深较深，施加荷载后位移相对较小；尺寸及埋深接近的2#、3#空洞沉降量基本一致；4#空洞虽然埋深较深且尺寸较小，但由于其更接近作用力中心，故产生的沉降量与埋深较浅的2#、3#空洞基本一致。

基于FLAC3D的地铁车站深基坑开挖变形三维数值分析

ｄｅｅｐｅｘｃａｖａｉｔｏｎｓｉｓｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄｔｈｒｏｕｇｈｎｕｍｅｉｒｃ￣ａｎａｌｙｓｉｓｗｉｔｈｓｉｔｅｓｐｅｃｉｉｆｃｓｕｂｓｕｆａｒｃｅｃｏｎｉｔｄｉｏｎｓ，ｂａｓｅｄｏｎｔｈｅａｎｌａｙｔｉｃａｌｒｅｓｕｌｔｓ，ｔｈｅ
冯勇慧王跃军董建华（甘肃第三建设集团公司，甘肃兰州７３００３０）
摘要：以某地铁车站深基坑工程为依托，介绍了该工程拟建场区的周边环境、水文地质条件以及支护结构选型。根
据工程特点将其分为六个典型工况，运用ＦＬＡＣ３Ｄ建立三维数值模型对基坑开挖进行数值模拟计算，旨在研究 “ 钻孔咬合桩＋内支撑 ”这一支护结构在地铁车站深基坑工程施工中的变形规律，分析了其水平位移、钢支撑轴力及其周围土体的沉降规律和沉降影响范围。并根据支撑位置的不同对深基坑变形的影响，对该基坑工程的支护设计方案进行了优化。通过与原方案的对比，得出优化方案在控制变形等方面有一定的改善。本文的研究成果可为今后地铁车站深基坑工程的合理设计与安全施工提供参考。
ｔｈｅｂｏｒｅｄｐｉｌｅｓａｎｄｉｎｔｅｉｏｒｒｓｕｐｐｏｒｔ．Ｔｈｅａｎａｌｙｓｉｓｏｆｔｈｅｈｏｒｉｚｏｎｔａｌｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｒｅｔａｉｎｉｎｇｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ，ｔｈｅａｘｉａｌｆｏｒｃｅｃｈａｎｇｅｓｏｆｓｔｅｅｌｓｕｐｐｏｒｔ，ｔｈｅｓｅｔｔｌｅｍｅｎｔｌａｗａｎｄｔｈｅｉｎｆｌｕｅｎｃｅｓｐｈｅｒｅｏｆｓｕ￣ｏｕｎｄｉｎｇｓｏｉｌ．Ｆｏｒｉｎｓｔａｌｌａｉｏｎｔｏｆｐｒｏｐｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓｏｎｔｈｅｐｅｒｆｏｍａｒｎｃｅｏｆ

FLAC3D对基坑开挖数值模拟分析

的手段，在基坑工程中得到广泛的应用。本文以某地区基坑开挖为背景，运用有限差分法计算模拟基坑开挖后周围土体的变形和受力情况。为基坑边墙的稳定性分析及支护方式提供依据 … 。
② 粉质粘土：黄褐色、灰黑色，可塑。摇振反应无，稍有光泽，干强度中等，韧性中等。该层分布连续。地层的物理力学参数见表１。
ＡｎａｌｙｓｉｓｏｆＣｏｎｔｉｎｕａｉｎ３Ｄｉｍｅｎｓｉｏｎｓ的简写，是三维岩体力学有限差分计算机程序。由著名的国际学者Ｐｅ —
ｔｅｒＣｕｎｄａｌｌ博士开发的面向土木建筑、采矿、交通、水
（２）定义本构模型和赋予材料参数，来限定模型对于外界扰动做出的变化规律；
于基坑为轴对称图形，因此取基坑的１／４建立模型。
（３）定义边界条件、初始条件，来定义模型的初始
为了减少边界条件对计算结果的影响，在ｘ轴上向基坑外取３０ｍ，在Ｙ轴上向基坑外侧取３１ｍ，基坑底面
阶地。地下水类型为第四系孔隙潜水。稳定水位埋深
为９．３～１１．５ｍ。地下水位年变化幅度约为２．０ｍ，该
利、地质、石油及环境工程的通用软件系统。可以对土质、岩石或其它材料进行三维岩土工程三维数值分析。ＦＬＡＣ３Ｄ可以解决分步开挖、大变形及大应变、非线性和非稳定系统等有限元难以实现的诸多复杂的工程问

基坑开挖与支护FLAC数值模拟计算及分析

（７６５４
单元一样，法向用于模拟土和桩的法向作用效果，主要。蓦模拟桩的受力［４１。桩的物理力学参数见下表２咖咖咖咖。
表２桩的物理力学性质表
Ｔｂｅ２Ｐｙｉａｎｃａｉａｒｐｒｅｆｈｏｅａｌｈｓｃｌｄｍｅｈｎｃｌｏｅｔｓｅｐｌａｐｉｏｔ
维普资讯
第ｌ卷７
第１期
张
蕊，：基坑开挖与支护ＦＡ等ＬＣ数值模拟计算及分析
５５
计算精度和使模型不平衡力快速收敛。设置土体变化
允许产生大变形，允许模拟土体产生塑性变形１３］。根据工程勘查报告及相关资料，各土层物理力学
模拟了在未进行支护条件下的基坑开挖，得出了基坑土体在支护和未支护条件下，土体的应力状态、位移等值线图、
位移矢量图、最终沉降量和结构受力。计算结果也证明了支护结构设计的合理性，对工程设计及施工分别起到了验证和预测的作用。关键词：基坑；ＦＡ－ＤＬＣ２；开挖与支护；位移；应力中图分类号：Ｉ４３Ｕ６文献标识码：Ａ
参数取如下表１所示。
表１土的物理力学性质表
Ｔｂｅ１Ｐｙｉａｎｃａｉａｒｐｒｉｓｏｉａｌｈｓｃｌｄｍｅｈｎｃｌｏｅｔｆｏｌａｐｅｓ
结构单元选用ｐｌｉ单元模拟桩和桩周土的相互作ｅ用。Ｐｌ单元是ＦＡ程序中ｃｂ和ｂａｉｅＬＣａｌｅｅｍ单元功能的叠加，ｉ单元的质量集中于结点，ｐｅｌ结点通过ｂａ单ｅｍ元连接，在结点上有两套弹簧一阻尼系统沏向和ｃｂａｌｅ

FLAC_3D_在深基坑开挖与支护数值模拟中的应用

第27卷第3期岩土力学 V ol.27 No.3 2006年3月 Rock and Soil Mechanics Mar. 2006收稿日期：2004-08-16 修改稿收到日期：2004-12-07作者简介：刘继国，男，1976年生，硕士，工程师，主要从事隧道与地下工程方面的设计和研究工作。

E-mail:liujiguogg@文章编号：1000－7598－(2006) 03－0505－04FLAC 3D 在深基坑开挖与支护数值模拟中的应用刘继国1，曾亚武2(1.中交第二公路勘察设计研究院，武汉 430052；2.武汉大学土木建筑工程学院，武汉 430072)摘要：运用FLAC 3D 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。

关键词：FLAC 3D ；接触；基坑开挖与支护中图分类号：TU 470 文献标识码：AApplication of FLAC 3D to simulation of foundation excavation and supportLIU Ji-guo 1, ZENG Ya-wu 2(1.Second Highway Survey Design and Research Institute, Ministry of Communications, Wuhan 430052, China;2. School of Civil and Architectural Engineering, Wuhan University, Wuhan 430072, China)Abstract: The simulation of excavation and support on the deep pit of the Yangtze River in south was carried out using the software FLAC 3D . During the simulation, the Mohr-Coulomb model was used and contact elements were applied on the interfaces between the structure and soil. This simulation offers the settlements of ground uplifts in the bottom of the pit and horizontal displacements of the soil behind the vertical wall in every step.Key words: FLAC 3D ; contact; foundation pit excavation and support1 引言在高层建筑及其他工程深基坑施工过程中，支护结构与土相互作用，不断调整自身受力与变形，使基坑内外土体保持稳定或失稳状态，这是一个机理复杂的力学过程[1]。

城市地铁深基坑开挖实测与数值模拟分析

城市地铁深基坑开挖实测与数值模拟分析城市地铁深基坑开挖是城市建设中不可或缺的一部分。

为了确保基坑开挖的安全和效率，工程实施前需要进行详细的实测和数值模拟分析。

本文将重点讨论城市地铁深基坑开挖实测和数值模拟的相关内容。

一、实测部分1.1 基坑深度和土壤性质的测量基坑深度的测量通常采用锚杆钻进地下，通过测量岩土层的厚度和性质来获得基坑深度的数据。

同时，通过采集土壤样本进行室内试验，来确定岩土材料的力学性质、变形特性和渗透性等信息。

1.2 监测设备的安装和数据采集基坑开挖过程中，需要通过安装各种监测设备来实时监测周边地下结构的变化情况。

例如，可以安装测斜仪、格栅测点等来测量土壤位移和变形状况。

同时，还可以使用应力计、应变计等设备监测土体内部的压力变化。

二、数值模拟部分2.1 模型建立为了实现城市地铁深基坑开挖的数值模拟，需要对开挖区域进行建模。

目前，常用的建模方法有有限元法和有限差分法。

在建模时需要考虑开挖区域的几何形状、土体边界情况、岩土性质等因素。

2.2 材料参数设置和分析在进行数值模拟前，需要设置不同材料的力学参数，如弹性模量、泊松比、摩擦角等。

同时，还需要分析施工过程中对土体的影响，例如，土体的剪切破坏、裂缝扩展等情况。

2.3 模型验证和调整在进行数值模拟后，需要通过与实测数据进行比较，验证模拟结果的准确性。

如果存在误差，需要进行调整，根据实测情况对模型参数进行优化。

综上所述，城市地铁深基坑开挖实测和数值模拟分析是确保基坑安全和效率的重要工作。

合理的实测和数值模拟能够有效预测基坑变形情况和土体破坏特征，为地铁建设提供有力的技术支持。

(整理)FLAC3d基坑模拟

计算说明1、计算方法1）内力计算采用弹性支点法；2）土的水平抗力系数按M法确定；3）主动土压力与被动土压力采用矩形分布模式；4)采用力法分析环形内支撑内力；5）采用"理正深基坑支护结构软件FSPW 5.2"计算，计算采用单元计算与协同计算相结合，并采用FLAC-3D进行验证；6）土层参数选取2、单元计算1）基坑分为4个区，安全等级为一级，基坑重要性系数为1.1；2）荷载：施工荷载：10kPa；地面超载：4区活动荷载为25kPa，1区、2区和3区超载按10kPa考虑；水压力；基坑外侧为常水位，内侧坑底以下0.5m。

3）基坑开挖深度：根据现场地形确定，按开挖12.50m确定；4）支撑水平刚度系数：2aTsEAKL sα=式中α取0.8，E取28000MPa，L取7.0m，sa取1.20m，s取7.0m，经计算，kT 大于800 MN/m，本计算中，取800MN/m。

5）计算过程详见附件1，其中1区选用钻孔ZK1，2区选用钻孔ZK4，3区选用钻孔ZK16，4区选用钻孔ZK5。

各区计算结果汇总如下：表2 计算结果汇总表3、协同计算1）计算方法简介协同计算采用考虑支护结构、内支撑结构及土空间整体协同作用有限元的计算方法。

有限元方程如下：（[K n]+[Kz]+[Kt]）{W)}={F}式中：[K n]－内支撑结构的刚度矩阵；[K z]－支护结构的刚度矩阵；[Kt]－开挖面以下桩侧土抗力的刚度矩阵；{W}－位移矩阵；{F}－荷载矩阵。

计算时采用如下简化计算方法：（1）将基坑周边分成几个计算区域，同一计算区域的支护信息相同，地质条件相同。

（2）将每一个桩或每单位长度的墙看成是一个超级的子结构，这一子结构包括桩墙，土，主动和被动土压力。

（3）将第三道锚索等效为弹性支承点，作为支承系统的一部份进行计算。

（4）单独求解（2)中的子结构，可采用单桩内力计算的一套方法，将刚度和荷载凝聚到与支锚的公共节点上，这是一个一维梁计算问题。

深基坑开挖数值模拟与实测研究

深基坑开挖数值模拟与实测研究深基坑开挖数值模拟与实测研究1.引言深基坑开挖是城市建设中常见的一项工作。

深基坑的开挖过程受到许多因素的影响，包括地下水位、土壤力学性质、地下管线等。

为了确保基坑开挖的安全和有效性，数值模拟与实测研究成为了解决问题和提供指导的重要手段。

2.数值模拟方法数值模拟方法在深基坑开挖中起着重要的作用。

它通过建立合理的物理模型和计算数学模型，模拟基坑开挖的力学行为和变形规律。

常用的数值模拟方法包括有限元法、有限差分法和边界元法。

2.1 有限元法有限元法是目前应用最广泛的数值模拟方法之一。

它将复杂的物理问题分割为许多小的有限单元，通过连续性原理和平衡原则求解每个单元内的位移、应力和应变等。

有限元法具有模拟问题复杂性较强的优点，可以描述基坑开挖过程中的非线性和变形情况。

2.2 有限差分法有限差分法采用差分近似的方法，将求解区域划分为网格点，通过相邻点的数值关系推导出方程组。

有限差分法是数值模拟方法中应用较多的一种，它具有计算简单、适应性强的特点。

在深基坑开挖中，有限差分法可以模拟地面沉降和基坑变形等问题。

2.3 边界元法边界元法将求解区域分为内部区域和边界区域，通过求解边界上的积分方程来计算内部区域的解。

边界元法适用于模拟基坑开挖中的地下渗流和土体变形等问题。

3.数值模拟与实测研究的应用数值模拟与实测研究在深基坑开挖中发挥了重要的作用。

一方面，数值模拟可以通过预测基坑开挖过程中的变形和应力分布，提供工程施工和监测的依据。

另一方面，实测数据可以用于验证数值模拟结果的准确性。

3.1 数值模拟与施工方案优化在深基坑的实际施工中，精确的数值模拟可以指导施工方案的制定和优化。

通过模拟分析，可以评估不同施工方法对基坑开挖的影响，提前预测可能出现的问题，为施工人员提供合理的建议和措施。

3.2 数值模拟与监测数据分析在基坑开挖过程中，及时监测数据的收集和分析是确保施工安全的重要环节。

数值模拟可以根据监测数据对基坑开挖过程进行反演，验证模拟结果的准确性，并分析实测数据与数值模拟结果之间的差异，为施工人员提供参考和改进方案。

复合土钉深基坑支护FLAC 3D变形分析

复合土钉深基坑支护FLAC 3D变形分析摘要：FLAC 3D数值模拟软件，可以根据不同时空情况针对深基坑支护工程进行模拟计算，分析基坑支护前后的受力及变形情况，简单易行，有很强的工程指导性。

文章针对某复合土钉深基坑工程实例，选用FLAC 3D模拟基坑的分步开挖和复合土钉支护，对基坑地表沉降、坑底垂直位移、侧壁水平位移进行分析，得到了关于分步开挖下基坑变形的几点结论。

关键词：复合土钉；深基坑支护；基坑变形；FLAC 3D；数值模拟复合土钉作为基坑边坡支护的一种施工工艺，施工工艺简单，支护效果可靠，且不占据基坑作业空间，该项技术在多地基坑支护中得到广泛应用，被视为一种深基坑支护的常用施工方法。

目前复合土钉墙施工工艺较为成熟，但是针对其支护原理、支护效果的理论研究相对落后，基坑分布开挖支护情况下土体受力特征、基坑变形规律及各影响因子相互关系亟需理论研究，基坑开挖支护模拟试验由于受到时空限制和加载条件，很难模拟基坑真实受力和变形情况，具有很大的局限性；而现场模拟试验由于场地和试验周期原因，一般也很少被采用；FLAC 3D数值模拟操作简便，效果可靠，可以模拟不同的工况下基坑自身和支护结构的受力及变形规律，根据实际工程条件选用合理模型，根据地勘资料筛选合理工程参数进行数值模拟，可以得出具有工程指导意义的结论和建议。

本文针对某个复合土钉深基坑工程实例，选用FLAC 3D数值模拟的方法对分步开挖、支护下基坑水平、垂直位移进行分析，得出基坑在分步开挖、支护情况下的位移发展趋势，从而可以安全有效的指导基坑设计和施工，达到安全、经济、可靠的目的。

1 建立模型并分步开挖、支护某基坑工程，按照基坑设计文件，开挖土石方工程量约计：75 m×60 m×10 m=45 000 m3，基坑施工工期50 d，采用复合土钉支护。

采用Mohr-Coulomb模型进行模拟计算，假设基坑变形为大变形。

基坑模型影响范围为：水平方向为5倍基坑深度，高度方向为2倍开挖深度，基坑周围近距离较为空旷，基坑受力及变形情况相对于基坑中心线呈对称分布，由此可取1/4基坑开挖部分作为研究模型，为95 m×75 m×22 m，开挖区域进行了加密划分单元，地下止水帷幕范围单独划分单元；采用桩结构单元（pile单元）模拟微型钢管桩；基坑周边搅拌桩止水帷幕视为一定厚度、高强度、不透水的地下连续墙；采用衬砌结构单元（liner 单元）模拟钢筋网；采用锚索结构单元（Cable单元）模拟土钉。

(完整word版)用flac3d模拟基坑开挖

new;网格建立;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;gen zone brick p0 90 0 -30 p1 202 0 -30 p2 90 4 -30 p3 90 0 0 size 112 4 30 ratio 1 1 1gen zone brick p0 90 0 -30 p1 90 0 0 p2 90 4 -30 p3 0 0 -30 size 30 4 25 ratio 1 1 1.1gen zone brick p0 90 0 -30 p1 0 0 -30 p2 90 4 -30 p3 90 0 -75 size 25 4 18 ratio 1.1 1 1.1gen zone brick p0 90 0 -30 p1 90 0 -75 p2 90 4 -30 p3 202 0 -30 size 18 4 112 ratio 1.1 1 1 gen zone brick p0 202 0 -30 p1 292 0 -30 p2 202 4 -30 p3 202 0 0 size 25 4 30 ratio 1.1 1 1 gen zone brick p0 202 0 -30 p1 202 0 -75 p2 202 4 -30 p3 292 0 -30 size 18 4 25 ratio 1.1 1 1.1;分组;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;group 1 range x 90 110 y 0 4 z -30 0group 1 range x 180 202 y 0 4 z -30 0group 2 range group 1 not;建立连续墙单元;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;gen separate 1gen merge 1e-4 range x 90 110 y 0 4 z -30.1 -29.9gen merge 1e-4 range x 180 202 y 0 4 z -30.1 -29.9attach face range x 89.99 90.01 y 0.0 4.0 z -29.9 0attach face range x 109.99 110.01 y 0.0 4.0 z -29.9 0attach face range x 179.99 180.01 y 0.0 4.0 z -29.9 0attach face range x 201.99 202.01 y 0.0 4.0 z -29.9 0sel liner id 1 crossdiag group 2 range x 89.9 90.1 y -0.1 4.1 z -30.1 0.1sel liner id 2 crossdiag group 2 range x 109.9 110.1 y -0.1 4.1 z -30.1 0.1sel liner id 3 crossdiag group 2 range x 179.9 180.1 y -0.1 4.1 z -30.1 0.1sel liner id 4 crossdiag group 2 range x 201.9 202.1 y -0.1 4.1 z -30.1 0.1sel liner id 1 prop isotropic (2.0e10, 0.20) thickness 0.8 density 2.5e3 &cs_nk=4e9 cs_sk=4e9 &cs_ncut=4e7 cs_scoh=4e7 cs_scohres=0 cs_sfric=20.0 &range x 89.9 90.1 y -0.1 4.1 z -30.1 0.1sel liner id 2 prop isotropic (2.0e10, 0.20) thickness 0.8 density 2.5e3 &cs_nk=4e9 cs_sk=4e9 &cs_ncut=4e7 cs_scoh=4e7 cs_scohres=0 cs_sfric=20.0 &range x 109.9 110.1 y -0.1 4.1 z -30.1 0.1sel liner id 3 prop isotropic (2.0e10, 0.20) thickness 0.8 density 2.5e3 &cs_nk=4e9 cs_sk=4e9 &cs_ncut=4e7 cs_scoh=4e7 cs_scohres=0 cs_sfric=20.0 &range x 179.9 180.1 y -0.1 4.1 z -30.1 0.1sel liner id 4 prop isotropic (2.0e10, 0.20) thickness 0.8 density 2.5e3 &cs_nk=4e9 cs_sk=4e9 &cs_ncut=4e7 cs_scoh=4e7 cs_scohres=0 cs_sfric=20.0 &range x 201.9 202.1 y -0.1 4.1 z -30.1 0.1;定义支撑结构;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;def struct_install1loop i(1,3)structx_zz=-1.0*5.0*(i-1)structx_xx0=90.0structx_xx1=110.0structx_yy=2.0commandsel beam id=2 begin (structx_xx0,structx_yy,structx_zz) end (structx_xx1,structx_yy,structx_zz) nseg=10sel beam id=2 prop dens=0.000 emod=1.0e-6 nu=0.2 &xcarea=0.80 xcj=10.94e-2 xciy=6.67e-2 xciz=4.27e-2 ydirection=(0 0 -1) ;1000x800endcommandendloopendstruct_install1def struct_install2loop i(1,3)structx_zz=-1.0*5.0*(i-1)structx_xx0=180.0structx_xx1=202.0structx_yy=2.0commandsel beam id=3 begin (structx_xx0,structx_yy,structx_zz) end (structx_xx1,structx_yy,structx_zz) nseg=11sel beam id=3 prop dens=0.000 emod=1.0e-6 nu=0.2 &xcarea=0.80 xcj=10.94e-2 xciy=6.67e-2 xciz=4.27e-2 ydirection=(0 0 -1) ;1000x800endcommandendloopendstruct_install2;建立结构单元分组;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;sel group linerwall range sel linersel group struct1 range sel beam x (90.0 110.0) z (-0.1 0.1)sel group struct2 range sel beam x (90.0 110.0) z (-5.1 -4.9)sel group struct3 range sel beam x (90.0 110.0) z (-10.1 -9.9)sel group struct4 range sel beam x (180.0 202.0) z (-0.1 0.1)sel group struct5 range sel beam x (180.0 202.0) z (-5.1 -4.9)sel group struct6 range sel beam x (180.0 202.0) z (-10.1 -9.9);删除beam单元的linksel dele link range sel beam z (-30 0);建立liner间的节点间的刚性linkdef merge_link0node_num=0node_pnt0 = nd_headloop while node_pnt0 # null ;寻找总节点数，注：不能自己任生成node，程序缺省的方式为连续生成无不连续node_num = node_num+1node_pnt0 = nd_next(node_pnt0)endloopnode_num_minus1 = node_num-1link_id=30000loop ii (1,node_num_minus1)node_pnt1 = nd_find(ii)xxa = nd_pos(node_pnt1,2,1)yya = nd_pos(node_pnt1,2,2)zza = nd_pos(node_pnt1,2,3)ii_plus1 = ii+1loop jj (ii_plus1,node_num)node_pnt2 = nd_find(jj)xxb = nd_pos(node_pnt2,2,1)yyb = nd_pos(node_pnt2,2,2)zzb = nd_pos(node_pnt2,2,3)node_dist = sqrt((xxa-xxb)^2+(yya-yyb)^2+(zza-zzb)^2)dist_tol = 1e-1if node_dist <= dist_tol thenlink_pnt1 = nd_link(node_pnt1)link_pnt2 = nd_link(node_pnt2);if link_pnt1 # null then; temp1 = lk_delete(link_pnt1);endifif link_pnt2 # null thentemp2 = lk_delete(link_pnt2)endiflink_id = link_id+1command ;生成新link(6自由度全固结),大的node的id作为target node,小的node的id作为source node，需注意不同情况下的灵活调整sel set link node_tol=dist_tolsel link id=link_id jj target = node tgt_num =ii ;指定link的ID;sel link ii target = node tgt_num = jj ;不指定link的id，自动生成sel link attach xdir=rigid ydir=rigid zdir=rigid xrdir=rigid yrdir=rigid zrdir=rigid range id=link_idendcommandendifendloopendloopendmerge_link0;设置土层材料参数;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;def b_s_modb_mod =e_mod/(3.0*(1.0-2.0*p_ratio))s_mod =e_mod/(2.0*(1.0+p_ratio))endmodel elasticset e_mod 100e6set p_ratio 0.3b_s_modprop bu=b_mod sh=s_modini dens 1800 range z -75 0def ini_szzszz0=0szzgrad=1800*10commandini szz add szz0 grad 0 0 szzgrad range z -75 0endcommandendini_szzdef ini_sxx_syypnt=zone_headloop while pnt # nullval=k0*z_szz(pnt)z_sxx(pnt)=valz_syy(pnt)=valpnt=z_next(pnt)endloopendset k0=0.50ini_sxx_syy;定义边界处的结构边界条件;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;cyc 0sel node local xdir=(0,1,0) ydir=(0,0,1) range x 89.9 90.1 y -0.1 4.1 z -30.1 0.1 sel node local xdir=(0,1,0) ydir=(0,0,-1) range x 109.9 110.1 y -0.1 4.1 z -30.1 0.1 sel node local xdir=(0,1,0) ydir=(0,0,1) range x 179.9 180.1 y -0.1 4.1 z -30.1 0.1 sel node local xdir=(0,1,0) ydir=(0,0,-1) range x 201.9 202.1 y -0.1 4.1 z -30.1 0.1sel node fix lsys range x 89.9 90.1 y -0.1 0.1 z -30.1 0.1sel node fix lsys range x 89.9 90.1 y 3.9 4.1 z -30.1 0.1sel node fix lsys range x 109.9 110.1 y -0.1 0.1 z -30.1 0.1sel node fix lsys range x 109.9 110.1 y 3.9 4.1 z -30.1 0.1sel node fix lsys range x 179.9 180.1 y -0.1 0.1 z -30.1 0.1sel node fix lsys range x 179.9 180.1 y 3.9 4.1 z -30.1 0.1sel node fix lsys range x 201.9 202.1 y -0.1 0.1 z -30.1 0.1sel node fix lsys range x 201.9 202.1 y 3.9 4.1 z -30.1 0.1sel node fix x yr zr range x 89.9 90.1 y -0.1 0.1 z -30.1 0.1sel node fix x yr zr range x 89.9 90.1 y 3.9 4.1 z -30.1 0.1sel node fix x yr zr range x 109.9 110.1 y -0.1 0.1 z -30.1 0.1sel node fix x yr zr range x 109.9 110.1 y 3.9 4.1 z -30.1 0.1sel node fix x yr zr range x 179.9 180.1 y -0.1 0.1 z -30.1 0.1sel node fix x yr zr range x 179.9 180.1 y 3.9 4.1 z -30.1 0.1sel node fix x yr zr range x 201.9 202.1 y -0.1 0.1 z -30.1 0.1sel node fix x yr zr range x 201.9 202.1 y 3.9 4.1 z -30.1 0.1sel node fix y range x 89.9 90.1 y 0.0 4.0 z -0.1 0.1sel node fix y range x 109.9 110.1 y 0.0 4.0 z -0.1 0.1sel node fix y range x 179.9 180.1 y 0.0 4.0 z -0.1 0.1sel node fix y range x 201.9 202.1 y 0.0 4.0 z -0.1 0.1;set plot meta;plot set rot 20 0 30 ba wh color=on cent=(10 20 0) mag=3.81;set outp node_local_sys.wmf;plot add sel geom black red link=off node=off id=off shrink=0 scale=0.03 nodesys=on range group linerwall any group struct1 any;pl ha;固定边界条件;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;fix x range x -0.1 0.1fix x range x 291.9 292.1fix y range y -0.1 0.1fix y range y 3.9 4.1fix x y z range z -75.1 -74.9set grav 0,0,-10solvesave elas.sav;删除侧面内外土体间的连接约束;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;attach delete range x 89.99 90.01 y 0.0 4.0 z -29.9 0attach delete range x 109.99 110.01 y 0.0 4.0 z -29.9 0attach delete range x 179.99 180.01 y 0.0 4.0 z -29.9 0attach delete range x 201.99 202.01 y 0.0 4.0 z -29.9 0;在墙内土体的外侧建立接触面;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;interface 1 face range group 1 x 89.99 90.01 y 0.0 4.0 z -29.9 0interface 2 face range group 1 x 109.99 110.01 y 0.0 4.0 z -29.9 0interface 3 face range group 1 x 179.99 180.01 y 0.0 4.0 z -29.9 0interface 4 face range group 1 x 201.99 202.01 y 0.0 4.0 z -29.9 0interface 1 prop kn=4e8 ks=4e8 tens=5e3 coh=0.0 fric=20 ;接触面参数interface 2 prop kn=4e8 ks=4e8 tens=5e3 coh=0.0 fric=20 ;接触面参数interface 3 prop kn=4e8 ks=4e8 tens=5e3 coh=0.0 fric=20 ;接触面参数interface 4 prop kn=4e8 ks=4e8 tens=5e3 coh=0.0 fric=20 ;接触面参数interface 1 maxedge=1interface 2 maxedge=1interface 3 maxedge=1interface 4 maxedge=1;interface 1 prop kn=4e8 ks=4e8 tens=1e10 sbratio=100;plot set ba wh;pl ske interface red blue attach cyan green;set outp interface_attachment.wmf;pl ha;重新定义连续墙参数;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;sel liner id 1 prop isotropic (2.0e10, 0.20) &cs_nk=4e9 cs_sk=4e9 &cs_scoh=4e7 cs_scohres=0.0 cs_sfric=0.0 range x 89.9 90.1 y -0.1 4.1 z -30.1 0.1sel liner id 2 prop isotropic (2.0e10, 0.20) &cs_nk=4e9 cs_sk=4e9 &cs_scoh=4e7 cs_scohres=0.0 cs_sfric=0.0 range x 109.9 110.1 y-0.1 4.1 z -30.1 0.1sel liner id 3 prop isotropic (2.0e10, 0.20) &cs_nk=4e9 cs_sk=4e9 &cs_scoh=4e7 cs_scohres=0.0 cs_sfric=0.0 range x 179.9 180.1 y -0.1 4.1 z -30.1 0.1sel liner id 4 prop isotropic (2.0e10, 0.20) &cs_nk=4e9 cs_sk=4e9 &cs_scoh=4e7 cs_scohres=0.0 cs_sfric=0.0 range x 201.9 202.1 y -0.1 4.1 z -30.1 0.1;重新定义墙底约束条件;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;def redef_wall_end_link1node_pnt = nd_headlink_id=100000loop while node_pnt # nullnode_id = nd_id(node_pnt)xx = nd_pos(node_pnt,2,1)yy = nd_pos(node_pnt,2,2)zz = nd_pos(node_pnt,2,3)link_pnt = nd_link(node_pnt)dist_x = sqrt((xx-90.0)^2+(zz+30.0)^2)if dist_x <=dist_tol thenif link_pnt # null thentemp1 = lk_delete(link_pnt)\link_id = link_id+1commandsel set link node_tol = dist_tolsel link id=link_id node_id target zonesel link attach xdir=rigid ydir=rigid zdir=rigid xrdir=free yrdir=free zrdir=free range id=link_idendcommandendifendifnode_pnt = nd_next(node_pnt)endloopendredef_wall_end_link1def redef_wall_end_link2node_pnt = nd_headlink_id=150000loop while node_pnt # nullnode_id = nd_id(node_pnt)xx = nd_pos(node_pnt,2,1)yy = nd_pos(node_pnt,2,2)zz = nd_pos(node_pnt,2,3)link_pnt = nd_link(node_pnt)dist_x = sqrt((xx-110.0)^2+(zz+30.0)^2)dist_tol = 1e-1if dist_x <=dist_tol thenif link_pnt # null thenif yy < 85.0temp1 = lk_delete(link_pnt)\link_id = link_id+1commandsel set link node_tol = dist_tolsel link id=link_id node_id target zonesel link attach xdir=rigid ydir=rigid zdir=rigid xrdir=free yrdir=free zrdir=free range id=link_idendcommandendifendifendifnode_pnt = nd_next(node_pnt)endloopendredef_wall_end_link2def redef_wall_end_link3node_pnt = nd_headlink_id=200000loop while node_pnt # nullnode_id = nd_id(node_pnt)xx = nd_pos(node_pnt,2,1)yy = nd_pos(node_pnt,2,2)zz = nd_pos(node_pnt,2,3)link_pnt = nd_link(node_pnt)dist_x = sqrt((xx-180.0)^2+(zz+30.0)^2)dist_tol = 1e-1if dist_x <=dist_tol thenif link_pnt # null thentemp1 = lk_delete(link_pnt)\link_id = link_id+1commandsel set link node_tol = dist_tolsel link id=link_id node_id target zonesel link attach xdir=rigid ydir=rigid zdir=rigid xrdir=free yrdir=free zrdir=free range id=link_idendcommandendifendifnode_pnt = nd_next(node_pnt)endloopendredef_wall_end_link3def redef_wall_end_link4node_pnt = nd_headlink_id=250000loop while node_pnt # nullnode_id = nd_id(node_pnt)xx = nd_pos(node_pnt,2,1)yy = nd_pos(node_pnt,2,2)zz = nd_pos(node_pnt,2,3)link_pnt = nd_link(node_pnt)dist_x = sqrt((xx-202.0)^2+(zz+30.0)^2)dist_tol = 1e-1if dist_x <=dist_tol thenif link_pnt # null thentemp1 = lk_delete(link_pnt)\link_id = link_id+1commandsel set link node_tol = dist_tolsel link id=link_id node_id target zonesel link attach xdir=rigid ydir=rigid zdir=rigid xrdir=free yrdir=free zrdir=free range id=link_idendcommandendifendifnode_pnt = nd_next(node_pnt)endloopendredef_wall_end_link4;剑桥模型;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;model cam-clay;cam-clay模型则不需定义弹性模量(E、G、K)等参数，自动计算;cam-clay模型中需确定8个模型参数(①-⑧)，手册property中的初始比体积cv(v0)和shear 无须给定def install_proppnt=zone_headloop while pnt # nullabs_sxx=abs(z_sxx(pnt)) ;|sxx|abs_syy=abs(z_syy(pnt)) ;|syy|abs_szz=abs(z_szz(pnt)) ;|szz|p0=(abs_sxx+abs_syy+abs_szz)/3.0;cam-clay模型中p、q均须为正值，p0由初应力场确定，故cam-clam定义模型参数前须先已知初应力p0_effective=p0-z_pp(pnt) ;p0';q0=sqrt(((abs_sxx-abs_syy)^2+(abs_syy-abs_szz)^2+(abs_szz-abs_sxx)^2)*0.5)q0=sqrt(((abs_sxx-abs_syy)^2+(abs_syy-abs_szz)^2+(abs_szz-abs_sxx)^2)*0.5+3.0*((z_sxy(pnt)) ^2+(z_sxz(pnt))^2+(z_syz(pnt))^2))z_prop(pnt,'mm')=6.0*sin(fai*degrad)/(3.0-sin(fai*degrad)) ;①注三角函数中需将角度转化为弧度temp1=q0/(z_prop(pnt,'mm')*p0_effective)pc0=p0_effective*(1.0+temp1^2)*OCR ;先期有效固结压力，用于确定屈服面v0=1.0+_e0z_prop(pnt,'cam_cp')=p0_effective ;★重要参数，否则不能正确计算有效应力，提示出错"Mean effective pressure is negative"z_prop(pnt,'mpc')=pc0 ;②z_prop(pnt,'poisson')=p_ratio ;③z_prop(pnt,'lambda')=_lambda ;④z_prop(pnt,'kappa')=_kappa ;⑤z_prop(pnt,'mp1')=_mp1 ;⑥z_prop(pnt,'mv_l')=v0+_lambda*ln(2.0*_cu/(z_prop(pnt,'mm')*_mp1))+(_lambda-_kappa)*l n(2.0) ;⑦z_prop(pnt,'bulk_bound')=100*40e6 ;⑧;z_prop(pnt,'bulk_bound')=100*(s_mod+4.0/3.0*s_mod) ;弹性体模上界Kmax;自动确定Kmax时会出现“property bad”错误提示;因为弹性上界对计算结果无影响，在不提示Kmax太小的性况下，取值越小计算收敛越快pnt=z_next(pnt)endloopendset p_ratio=0.25 fai=34.5 _lambda=0.14 _kappa=0.012 _mp1=1e3 _e0=1.2 _cu=10e3 OCR=1.0 ;模型所需参数install_propsolvesave model_cam.sav。

1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。

C ( m) 47. 43e - 3
1. 3 模型范围
计算模型范围 :前缘以基坑开挖中心线为界 ,后缘以基坑开挖中心线向后延伸 52 m , 沿基坑深度方向
以地面为基准向下 58 m·边界约束模型 :考虑地层单元参数取值的方便 ,根据开挖特征及对称性 ,本计算模型中 ,在左右两边及底部施加约束边界·根据上述特征 , 将求解的区域划分成四边形的网格 ,分为四大块 , 靠近基坑侧面及基底加密网格 ,共划分了 4012 个单元 ,4140 个节点·
深基坑开挖设计与监测预报研究·
© 1994-2006 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved.
— 860 —
河南科学第 23 卷第 6 期
I ( m4) 134. 74 E - 5
Es ( MPa)
A s ( m2)
f py ( MPa)
Kbond ( N/ m)
S bond ( N/ m)
S fric (°)
锚杆
1. 95e5
18. 14e - 5
1320
2. 5e5
1. 5e5
25
注 : f py —预应力钢筋抗拉强度设计值 ; Kbond —粘结刚度 ; S bond —粘结强度 ; S fric —粘结摩擦角 ; C —周长
深基坑开挖时应力应变过程很复杂 ,基坑土是松散的集合体 ,呈现非均质、各项异性的特征 ,它不是理想弹性体 ,也不是理想塑性体 ,不同工程性质的土 ,在加载和卸载过程中 ,会出现应变硬化和应变软化现象 ,土中含水量的变化 ,直接影响土的屈服和破坏准则 ,更为重要的是围护结构的刚度、开挖步骤、支撑情况的不同 ,直接导致基坑水平位移的方向 ,因而 ,建立一个精确反映基坑开挖时土体各种特征的适用于普遍情况的模型是相当困难的·但针对具体水文地质情况 ,加卸荷情况 ,采用适当的简化方法 ,以期建立既简单又能说明问题的模型是非常必要的·
预测值
8. 24
42
实测值
4. 00
42
注 :表中标高为绝对标高·
第二阶段
位移值 (mm) 标高 (m)
13. 18
42
3. 95
38. 5
第三阶段
位移值 (mm) 标高 (m)
13. 98
39
13. 72
36. 5
第四阶段
位移值 (mm) 标高 (m)
24. 45
31. 5
12. 20
36. 5
式中
:λs
—塑性应变增量
;ψ—膨胀角
;
Nψ
=
1 1
+ -
ssiinnψψ,
由公式
(
1)
得
Δε1p = λs
Δε2p = 0
(5)
Δε3p = - λsNψ
考虑到塑性变形的影响 ,式 (2) 可表达如下 :
Δσ1 = α1Δεe1 + α2 (Δεe2 +Δεe3) - λs (α1 - α2 Nψ)
第 23 卷第 2005 年 12
6期月
H
河南科 ENAN SC
学 I EN
C
E
Vol123
Dec.
No 2005
.
6
文章编号 : 100423918 (2005) 0620859204
深基坑开挖 FLAC 数值模拟计算及分析
高华东 , 霍达 , 陶连金
0. 785 cs scoh ( kPa)
30
3. 07e - 3 cs sfric (°)
25
30 cs sstiff ( MPa)
3. 85
注 : Ec —混凝土弹性模量 ; A —桩截面面积 ; I —截面惯性矩 ;cs ncoh —标准弹性粘聚强度 ;cs nfric —标准弹性摩擦角 ; cs nstiff —标准弹性拐度 ; cs scoh —剪切弹性粘聚强度 ;cs sfric —剪切弹性摩擦角 ;cs sstiff —剪切弹性刚度·
后的土性参数见表 1·
表 1 土性参数表 Table 1 Physical properties of soils
土层编号土层名称土层厚度 ( m) γ( kN·m - 3) C ( kPa)
<°
μ
E ( MPa) K ( MPa) G ( MPa)
1
人工填土
5
2
粘质粉土
15
3
中粗砂
28
16
1 深基坑开挖弹塑性本构模型的建立
基坑开挖时 ,土的变形既包括弹性变形又包括塑性变形 ,土的弹塑性本构模型能较好的反映土体应力路
径、土的硬化和软化特性·因而 ,本文采用 Mohr - Coulomb 模型 ,弹性塑性两部分的应变增量可以用弹塑性
模型表示如下 :
{Δεi} = {Δεei } + {Δεip} i = 1 , 3
σ2I = σO2 + α1Δεe2 + α2 (Δεe1 +Δεe3)
(9)
σ3I = σO3 + α1Δεe3 + α2 (Δεe1 +Δεe2)
当土单元体达到屈服强度时 ,可定义 λs 如下 :
λs
=
(α1
-
f s (σ1I , σ3I ) α2 Nψ) - (α2 -
α1 Nψ)
N<
(10)
将式 (6) 代入 (7) ,整理得 :
σ1N = σ1I - λs (α1 - α2 Nψ)
σ2N = σ2I - α2λs (1 - Nψ)
(8)
σ3N = σ3I - λs ( - α1 Nψ + α2)
式中 :σiI —施加的原应力产生的弹性应力·
σ1I = σO1 + α1Δεe1 + α2 (Δεe2 +Δεe3)
承受一定弯矩 ,允许有一定的挠曲·连接方式有两种 :梁元连接和梁节点连接 ,本计算采用梁节点连接· 锚杆元 (Cable Elements) :为一维轴元 ,只允许轴向变形 ,一个自由度 ,只能承受拉力或压力 ,而不能承受
弯矩·连接方式有两种 :节点连接或渥裹连接·本计算采用渥裹连接· 桩元 (pile Elements) :为两维元 ,可以承受轴向力、剪力和弯矩 ,结合了梁元和锚杆元的功能· 由施工现场采用的材料确定计算中采用的参数见表 2～表 4·
Δσ2 = α1Δεe2 + α2 (Δεe1 +Δεe3) - α2λs (1 - Nψ)
(6)
Δσ3 = α1Δεe3 + α2 (Δεe1 +Δεe2) - λs ( - α1 Nψ + α2)
新应力状态可表达如下 :
σNi = σOi +Δσi i = 1 , 3
(7)
式中 :σNi —更新后的应力状态 ;σOi —原应力状态·
3 结论
本文采用能较好地反映土体应力路径、土的硬化和软化特性的 Mohr - Coulomb 模型 ,建立了深基坑开
挖水平位移预测模型 ,并根据工程实例提供的各土层参数和支护结构资料 ,经整理归纳确定了输入参数 ,对
其进行了数值模拟计算及分析 ,由研究结果得出以下结论 :模拟预测的变形趋势与实际位移趋势基本相符 ,
2 基坑开挖模拟及分析
2. 1 开挖模拟按设计开挖步骤进行模拟·第四阶段开挖深度、支撑情况及土中塑性区范围见图 1·各阶段桩身最大水
平位移预测值和实测值对比见图 2· 2. 2 模拟结果分析 2. 2. 1 由开挖各阶段土的塑性区发展图看 (图 1) ,此基坑支护结构刚度较大 ,在整个开挖过程中 ,基坑周围的土体基本处于弹性阶段 ; 2. 2. 2 各阶段加上支撑或锚杆后 ,基坑在支撑处实际水平位移明显减小 ,模拟预测的变形趋势与实际位移趋势基本相符 (图 2) ; 2. 2. 3 各阶段水平位移最大实测值与预测值对比表 (表 5) 和对比图 (图 2) 显示 ,各阶段基坑最大水平位移实测值基本小于预测值 ,预测结果总体是偏于安全的·
20
25
0. 31
5
4. 39
1. 91
18
25
30
0. 30
30
25
11. 11
19
0
40
0. 23
50
30. 86
20. 32
1. 2 结构单元
在深基坑开挖数值模拟中涉及了桩元、梁元和锚杆元·工字钢内支撑简化为梁元 (Beam Elements) ,假定为线性弹性材料 ,为两维单元 ,具有两个节点 ,每个节点 3 个自由度 (2 个位移分量和 1 个转动分量) ,可以
数值模拟水平位移预测总体是偏于安全的·
表 5 各阶段水平位移预测值与实测值的对比见表
Table 5 Lateral deformation contrast of prediction and field results at differemm) 标高 (m)
表 2 桩元参数表 Table 2 Physical properties of element piles
参数
γ( kN/ m3)
Ec ( MPa)
A (m2)
I (m4)
cs ncoh ( kPa)
桩元参数桩元
25 cs nfric (°)
25
3e4 cs nstiff ( MPa)
8. 33
式中 :α1 、α2 —系数 ,
α1 =
K
+
4 3
G α2
=
K-
2 3
G;
(3)