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路基施工阶段数值模拟分析报告

路基施工阶段数值模拟计算要求

地基计算深度为50m，分为两层，上部为粉土，厚度为20m，下部为粘土，厚度为30m；路基计算宽度为150m，路堤为回填土，填筑高度为10m，坡度为1：2。各土层物理、力学参数如图1所示。

要求：

1、采用FLAC3D软件模拟；

2、分析路堤分五次填筑后土层应力、位移状态，给出不同施工阶段的分析结果（X和Z方向）；

3、绘制出路基中心点和坡脚点沉降值随施工阶段的变化曲线；

4、分析中监测路基中心点的沉降值和水平位移；

5、提交文件包括：

1）命令流文件；

2）6个.sav保存结果文件；

3）分析报告电子版（word2003）、纸质版；

4）报告中的图表要求统一编号。

注：路堤顶面宽度x为学号后两位，个位数的由教师指定。

图1 计算模型几何示意图

路基施工阶段数值模拟计算报告

1.模型建立

由于几何模型具有对称性，可采用1/2模型进行分析。首先建立坐标系，坐标系的原点O设置在低级表面与模型对称轴的交点，水平向右为X向，竖直向上为Z向，垂直于分析平面的方向为Y向。

图2

网格建立命令：

gen zone brick p0 0 0 -50 p1 49 0 -50 p2 0 5 -50 p3 0 0 -20 size 12

1 7 group clay

gen zone brick p0 49 0 -50 p1 75 0 -50 p2 49 5 -50 p3 49 0 -20 size

6 1

7 group clay

gen zone brick p0 0 0 -20 p1 49 0 -20 p2 0 5 -20 p3 0 0 0 ratio 1 1

0.8 size 12 1 9 group silt

gen zone brick p0 49 0 -20 p1 75 0 -20 p2 49 5 -20 p3 49 0 0 ratio

1 1 0.8 size 6 1 9 group silt

gen zone brick p0 0 0 0 p1 49 0 0 p2 0 5 0 p3 0 0 10 p4 49 5 0 p5 0

5 10 p

6 14.5 0 10 p

7 14.5 5 10 size 12 1 5 group soil

网格建立后，设置边界条件：

fix x y z ran z -49.9 -50.1

fix x ran x -0.1 0.1

fix x ran x 74.9 75.1

fix y

2.初始应力计算

在路基施工前，需要将路基部分网格赋值为空模型，将地基部分的网格赋值为Mohr模型。由于null模型的存在，不能采用solve elastic的求解方法获得初始应力，所以采用分阶段的弹塑性求解方法。先将Mohr模型的凝聚力c值和抗拉强度бt赋值为无穷大进行求解，保证在重力作用下单元不至于发生屈服，然后将Mohr模型参数赋值为真实值，再进行求解。

model mohr ran z -50 0 ;将地基部分网格赋值为mohr模型

model null ran z 0 10 ;将路基部分网格赋值为空模型

prop bulk 5.6e6 shear 2.3e6 coh 10e10 tension 1e10 ran group silt ini dens 1650 ran group silt

prop bulk 5.9e6 shear 2.3e6 coh 10e10 tension 1e10 ran group clay ini dens0 ran group clay

set grav 0 0 -9.8

prop bulk 5.6e6 shear 2.3e6 coh 16e3 fric 19 ran group silt

prop bulk 5.91e6 shear 2.3e6 coh 20e3 fric 20 ran group clay

solve

save elastic.sav

plo con szz ou on ;查看结果

3.施工过程模拟

在进行路基施工模拟前要进行初始应力计算过程中产生的节点位移和速度进行清零处理。本工程中路基高度为10m，采用分级加载，每次激活2m高度的单元，相当于每次填土高度为2m，分5次填筑，每次填土进行一次求解。进行5次填筑的命令如下：

ini xdis 0 ydis 0 zdis 0 ;将节点位移清零

ini xvel 0 yvel 0 zvel 0 ;将节点速度清零

hist id=2 gp zdis 0 0 0 ;记录地基顶部中心点的沉降

hist id=3 gp zdis 34.5 0 0 ;记录路基坡脚处的沉降

hist id=4 gp xdis 0 0 0 ;记录地基顶部中心点的水平位移

model elastic ran z 0 2 ; ;激活0 m ~ 2 m的单元prop bulk 5.6e6 shear 2.3e6 ran z 0 2

ini dens 1600 ran z 0 2

solve ;按软件默认精度求解

save fill-1.sav

plo con zdis ou on ;查看沉降结果

plo con xdis ou on ;查看沉降结果

model elastic ran z 2 4

prop bulk 5.6e6 shear 2.3e6 ran z 2 4

ini dens 1600 ran z 2 4

solve

save fill-2.sav

model elastic ran z 4 6

prop bulk 5.6e6 shear 2.3e6 ran z 4 6

ini dens 1600 ran z 4 6

solve

save fill-3.sav

model elastic ran z 6 8

prop bulk 5.6e6 shear 2.3e6 ran z 6 8

ini dens 1600 ran z 6 8

solve

save fill-4.sav

model elastic ran z 8 10

prop bulk 5.6e6 shear 2.3e6 ran z 8 10

ini dens 1600 ran z 8 10

solve

save fill-5.sav

分别得到的5次应力和位移云图，如下

图3 初始竖向应力云图

图4 初始水平应力云图

图5 第一次填筑结束时竖向应力云图

图6 第一次填筑结束时水平应力云图

图7 第一次填筑结束时沉降云图

图8 第一次填筑结束时水平位移云图

图9 第二次填筑结束时竖向应力云图

图10 第二次填筑结束时水平应力云图

图11 第二次填筑结束时沉降云图

图12 第二次填筑结束时水平位移云图

图13 第三次填筑结束时竖向应力云图

图14 第三次填筑结束时水平应力云图

图15 第三次填筑结束时沉降云图

图16 第三次填筑结束时水平位移云图

图17 第四次填筑结束时竖向应力云图

图18 第四次填筑结束时水平应力云图

图19 第四次填筑结束时沉降云图

图20 第四次填筑结束时水平位移云图

图21 第五次填筑结束时竖向应力云图

图22 第五次填筑结束时水平应力云图

图23 第五次填筑结束时沉降云图

图24 第五次填筑结束时水平位移云图4.绘制出路基中心点和坡脚点沉降值

图25 路基中心点沉降值随施工阶段的变化曲线

图26 坡脚点沉降值随施工阶段的变化曲线

5.分析中监测路基中心点和坡脚点的沉降值和水平位移

命令如下：

set log on

set logfile 1.log

restore fill-1.sav