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。
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。
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。
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
大型节理岩坡联合支挡结构三维有限元分析
大型节理岩坡联合支挡结构三维有限元分析张星;周博;汪华斌;高英治【摘要】大型节理岩质边坡的支挡结构体系一直是设计和研究中的重要课题.本文结合湖北恩施至重庆黔江高速公路K104+960段岩质边坡防治工程,借助于商业有限元软件ABAQUS建立了多层岩质边坡在不同支护方案下包括抗滑桩、挡土墙和锚杆联合支护体系的三维模型.该计算模型着重考虑了岩质边坡的节理作用,以强度折减法计算边坡的安全系数.研究结果揭示了抗滑桩、挡土墙和锚杆的相互作用对联合支护效果的影响,主要表现为锚杆作用于上坡,抗滑桩则主要作用于下坡,中间部分的挡土墙可以同时分担锚杆与抗滑桩的土压力.其次,通过研究抗滑桩的桩位、桩间距及桩截面对边坡稳定系数与桩身内力的影响,发现桩位在边坡中前部,桩间距在2.5~4倍桩径范围内,桩截面在1.4 m×2.1 m或1.6 m×2.4 m范围的抗滑桩为最优支护方案.%Reinforced structures for large-scale jointed rock slopeshave become an important issue in the engineering design and research. This paper aimed to optimize the measurement for a complex landslide after analysis about a cutting slope as K104+946 in the Highway range from Enshi, Hubei to Qianjiang and Chongqing, including anti-sliding piles, retaining wall and anchoring. Firstly, numerical simulation models were constructed using a commercial software as ABAQUS in different cases. In these models, stability factors were calculated using the strength reduction method, which paid much attention to the slope joints. The interaction between anti-slide piles, retaining wall and anchor-bars were then discussed. It was found that the upper slope and lower slope is mainly supported by the anchor-bar and the anti-slide pile, respectively. Theretaining wall can slightly bear the soil pressure from the anchor-bar and anti-slide piles. Furthermore, the relationship between stability factors and pile location, spacing and diameters were analyzed by numerical simulations. The simulation results show that the optimized support case is that piles are better to be located in front of the slope, pile spacing is about 2.5 to 4 times of the pile diameter. For the pile diameter optimization, the value can be chosen in length and width as 1.4 m × 2.1 m or 1.6 m×2.4 m.【期刊名称】《土木工程与管理学报》【年(卷),期】2017(034)006【总页数】6页(P115-120)【关键词】节理岩质边坡;联合支挡;抗滑桩;强度折减法【作者】张星;周博;汪华斌;高英治【作者单位】华中科技大学土木工程与力学学院,湖北武汉 430074;华中科技大学土木工程与力学学院,湖北武汉 430074;华中科技大学土木工程与力学学院,湖北武汉 430074;中交第二公路勘察设计研究院有限公司,湖北武汉 430056【正文语种】中文【中图分类】TU457;U416.1+4;U417.1岩质边坡工程的稳定性分析与支护结构设计是岩土工程领域的一个重要研究课题。
(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
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。
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
仰斜式锚杆挡土墙挡水影响数值模拟分析开题报告
仰斜式锚杆挡土墙挡水影响数值模拟分析开题报告一、选题背景和研究意义仰斜式锚杆挡土墙是一种应用广泛的挡土墙结构，它具有结构稳定、施工方便、造价低廉等优点，已经在工程领域得到了广泛应用。
随着城市建设的不断发展和水资源的日益紧缺，仰斜式锚杆挡土墙的运用范围将越来越广泛。
然而，在实际工程应用过程中，往往会遇到挡土墙挡水效果不佳或者挡水功能失效的情况。
针对这种情况，开展数值模拟分析，对分析其原因和影响因素具有重要的研究意义。
二、研究内容本次研究将采用数值模拟方法，对仰斜式锚杆挡土墙的挡水效果进行分析。
主要研究内容如下：1. 采用FLAC3D软件对仰斜式锚杆挡土墙在不同水压力作用下的稳定性进行分析。
2. 探究仰斜式锚杆挡土墙挡水效果受哪些因素的影响，主要包括挡土墙的结构形式、材料参数、锚杆布置方式等。
3. 对仰斜式锚杆挡土墙挡水效果不佳或失效的具体原因进行分析，并提出相应的改进对策。
三、研究方法和技术路线本次研究采用数值模拟方法，主要采用FLAC3D软件。
技术路线如下：1. 将挡土墙结构进行三维建模，设置边界条件、材料属性及各种加载情况。
2. 进行力学特性参数的模拟计算，得到挡土墙的应力和应变情况。
3. 进行水压力的分析计算，探究挡土墙的挡水效果。
4. 分析不同结构形式、材料参数和锚杆布置方式等因素对挡水效果的影响。
5. 提出改进方案，完善仰斜式锚杆挡土墙的挡水效果。
四、预期成果本次研究预期达到以下成果：1. 通过数值模拟方法，深入分析仰斜式锚杆挡土墙的挡水效果，并探究其影响因素。
2. 发现仰斜式锚杆挡土墙挡水失效的原因，并提出相应的改进措施。
3. 为仰斜式锚杆挡土墙的设计和施工提供可靠的参考数据，提高其挡水效果和稳定性。
五、论文结构本次研究的论文将包括以下结构：1. 引言2. 文献综述3. 研究方法和技术路线4. 实验结果与数据分析5. 结合实验分析，提出改进方案6. 结论7. 参考文献六、预期时间安排本次研究总时限为3个月，具体时间安排如下：1. 第1个月：文献综述和方法探究2. 第2个月：数值模拟分析和数据处理3. 第3个月：结果分析和论文撰写七、研究难点本次研究的主要难点在于系统地分析仰斜式锚杆挡土墙的挡水效果和影响因素，并提出可行的改进方案。
基于数值模拟的挡土墙结构力学行为研究
基于数值模拟的挡土墙结构力学行为研究挡土墙是一种常见的土木工程结构，用于控制土壤的稳定，防止土体滑动和滑移。
为了确保挡土墙的结构安全性和稳定性，对其力学行为进行研究至关重要。
本文基于数值模拟的方法，对挡土墙的力学行为进行研究，并分析其影响因素和优化措施。
首先，我们将通过数值模拟的方法进行挡土墙的力学行为分析。
数值模拟是一种有效的工具，可以模拟和预测实际挡土墙在受力情况下的行为。
通过建立合适的边界条件、材料参数和力学模型，我们可以模拟挡土墙的受力状态、变形及破坏机制。
在数值模拟中，我们可以利用有限元方法对挡土墙的力学行为进行分析。
有限元方法将连续体分割为小的有限元，并利用各个有限元的力学性质进行计算。
通过输入合适的边界条件和材料参数，可以模拟挡土墙在受力状态下的应力分布、位移变化和变形情况。
其次，我们将研究挡土墙的力学行为受到的影响因素。
挡土墙的力学行为受到多个因素的影响，其中最主要的因素包括土体的力学性质、墙体的几何形状和材料参数等。
通过对这些因素进行研究，可以了解它们对挡土墙力学行为的影响程度，并据此进行合理的结构设计。
土体的力学性质是影响挡土墙力学行为的重要因素之一。
土体的抗剪强度、压缩模量和摩擦角等参数将直接影响挡土墙的稳定性和承载能力。
因此，我们将通过实验和数值模拟的方法，获取土体力学参数，并在数值模拟中进行输入，以准确地模拟挡土墙的力学行为。
此外，挡土墙的几何形状和材料参数也会对其力学行为产生重要影响。
挡土墙的高度、宽度和坡度等几何参数以及墙体的材料强度和刚度等参数将直接影响挡土墙的受力性能。
我们将通过数值模拟的方法，研究这些因素对挡土墙受力行为的影响，并提出相应的优化措施。
最后，我们将研究并提出挡土墙的优化设计方法。
通过对挡土墙力学行为的研究，我们可以识别出其存在的潜在问题和不足之处，并提出相应的改进措施。
例如，通过调整挡土墙的几何形状、增强墙体的刚度和强度，可以提高其稳定性和承载能力。
用有限元强度折减法求加筋土挡墙的稳定安全系数
用有限元强度折减法求加筋土挡墙的稳定安全系数
钟国强;周亦唐;葛晓旭;赵惠敏;俞进
【期刊名称】《昆明理工大学学报：理工版》
【年(卷),期】2003(28)1
【摘要】利用有限元法,通过强度折减来求加筋土挡墙的稳定安全系数。
通过强度折减,在系统达到不稳定状态时,有限元计算将不收敛,此时的折减系数就是安全系数。
安全系数的大小与所采用的屈服准则有很大的关系,本文试图对几种常用的屈服准
则进行比较,并导出了各种准则互相代换的关系,并采用莫尔—库仑等面积圆屈服准则代替莫尔—库仑准则,该方法求得的加筋土挡墙的稳定安全系数与传统的计算结
果十分接近。
【总页数】4页(P123-126)
【关键词】强度折减;有限元;加筋土挡墙;屈服准则;稳定安全系数;公路工程
【作者】钟国强;周亦唐;葛晓旭;赵惠敏;俞进
【作者单位】昆明理工大学建筑工程学院
【正文语种】中文
【中图分类】U417.115
【相关文献】
1.基于ANSYS的有限元强度折减法求边坡安全系数 [J], 柳林超;梁波;刁吉
2.用有限元强度折减法求算边坡安全系数初探 [J], 熊传治;杜维吾;彭状;孙晓然;王
新建
3.基于三维有限元强度折减法的加筋土挡墙边坡稳定性及抗震性研究 [J], 白璐璐;高政;王淼
4.基于三维有限元强度折减法的加筋土挡墙边坡稳定性及抗震性研究 [J], 白璐璐;高政;王淼
5.用有限元强度折减法求边坡稳定安全系数 [J], 赵尚毅;郑颖人;时卫民;王敬林因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
双排桩-锚杆支护的有限元模拟
双排桩-锚杆支护的有限元模拟
胡海军
【期刊名称】《中国煤炭地质》
【年(卷),期】2011(023)011
【摘要】基坑支护模型往往在计算假定的基础上建立,而依据计算假定建立的模型往往不能得到和实际相符的结果.但有限元软件可以较为真实的模拟基坑开挖的过程中应力和位移的变化情况,是土工数值分析的重要手段.本文运用大型有限元软件ABAQUS建立双排桩-锚杆结构有限元模型,全面的考虑土体的特性、桩土的共同作用及桩间土对支护结构的影响等因素,分析支护结构在土体开挖荷载作用下的内力和变形,为设计和施工提供了参考.
【总页数】3页(P49-51)
【作者】胡海军
【作者单位】中国煤炭地质总局水文地质局,河北邯郸056004
【正文语种】中文
【中图分类】TD437.1
【相关文献】
1.双排桩-锚杆支护深基坑数值模拟 [J], 王惠民;戢贞建;王建良;谢建斌;姚激;曹亮
2.双排桩加锚杆支护结构性状分析 [J], 王萍萍;王丽彬;贾立舟
3.双排桩+锚杆支护在紧邻既有高层建筑基坑中的应用 [J], 谢荣昌;纪凡季;张怀文
4.h型双排桩复合锚杆支护结构分析 [J], 段政彬;马石城;印长俊
5.复杂环境双排桩结合锚杆支护出现问题及处理措施 [J], 丁武保; 孙磊; 刘学友; 崔文泰
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钢筋混凝土挡土结构有限元分析及设计优化
钢筋混凝土挡土结构有限元分析及设计优化有限元分析是一种计算方法，通过将结构离散成一系列有限的元素，并通过求解力学方程来计算结构的应力、应变和变形，以评估结构的稳定性和安全性。
在钢筋混凝土挡土结构的有限元分析中，需要考虑土体的侧压力、地下水压力、挡土墙的自重和荷载等因素。
在进行有限元分析之前，首先需要进行结构的三维建模。
通常可以使用计算机辅助设计软件（CAD）进行建模，将挡土墙、土体和其他结构构件按照实际尺寸和几何特征绘制出来。
然后，将建模结果导入有限元分析软件，设置土体和结构的材料特性、边界条件和加载情况。
对于钢筋混凝土挡土结构的有限元分析，主要关注以下几个方面：1.应力和变形分析：通过有限元分析，可以得到结构在不同加载情况下的应力和变形分布情况，以评估结构的安全性和变形控制措施的有效性。
2.稳定性分析：挡土结构在承受土压力作用下容易产生失稳，有限元分析可以通过计算结构的承载力和稳定性安全系数来评估结构的稳定性。
3.挡土墙的优化设计：通过有限元分析，可以评估不同挡土墙结构方案的性能，并通过优化设计来改善结构的性能，如减小变形、提高破坏荷载等。
对于挡土结构的设计优化，可以从以下几个方面考虑：1.材料的选择：选择合适的混凝土强度等级和钢筋材料，以满足结构的强度和稳定性要求，同时控制结构的成本。
2.结构形式的优化：通过改变挡土结构的几何形状、横截面形式等参数，来提高结构的稳定性和抗力性能。
3.荷载分析：考虑挡土结构在不同工况下的荷载情况，进行荷载组合和荷载分析，以确定结构的设计参数和施工方案。
4.施工、检测和维护：在设计优化过程中，要考虑结构的施工过程、检测方法和维护要求，以保证挡土结构的长期安全可靠。
综上所述，钢筋混凝土挡土结构的有限元分析和设计优化是保证结构安全可靠的重要环节。
通过合理的有限元分析和优化设计，可以改善结构的力学性能、提高结构的稳定性和抗力性能，实现挡土结构的安全和经济设计。
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。
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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 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
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低 温 建 筑 技 术
2010 年第 12期 (总第 150 期 )
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 ANSYS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 。
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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 ”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 ;②锚杆轴力体现为两端小 , 中间大的 “抛物 线 ”状 ;③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 。
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 ”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
【关键词 】 钢框架 ;消能支撑 ;时程分析 【中图分类号 】 TU352.11 【文献标识码 】 B 【文章编号 】 1001 -6864(2010)12 -0068 -03
0 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
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 Υ36 HRB335 钢 筋 , 间 距 为 2.5m ×2.5m, 锚 杆 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 。参 考 文献 报 道 , 岩土体采用 Drucker-Prager模型 , 其弹性模量 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=2e6MPa, 重 度为 78kN/m3 , 泊 松比 为 0.2。混凝 土 弹性 模量 E= 28000MPa, 重度为 25kN/m3 , 泊松比为 0.25。 1.2 计算范围 、边界条件的确定
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 ”施工过程的模拟
2.4 锚杆轴力随施工过程的变化规律
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
(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 ”现象 , 最 大水平位移约在离坡脚 1 /3 的地方 。
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
应志民 :锚杆挡土墙结构的三维有限元分析
67
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 ”现象 。
的 “鼓肚子 ”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 4.2%, 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 。
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 0.24mm;第三 荷载 步 最大 水平 位 移为 1.11mm;第 四荷载步最大水 平位移达 到 2.41mm;第五 荷载步 时 , 开挖已经完成 , 岩 体的最大 水平位 移达到 4.00mm;第 七荷载步 , 由于加了 车辆荷载 , 水平 位移进 一步增 大 , 达到 4.12mm。而且 , 每个荷 载步 , 边坡 开挖 面水平 位
【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 】 TU311.41 【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 。
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,激活第一排锚杆 。第四步 :开 挖至 -7.0m, 同时 施作挡墙至 -4.5m, 激 活第 二排 锚 杆 。第五 步 :开挖 至 -9.0m, 同时施作挡墙至 -7.0m, 激活 第三排锚杆 。 第六步 :施作挡 墙至 -9.0m。 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d为阻尼器提 供的阻 尼力 ;cd和 kd分别为