基于flac3D深基坑开挖模拟与支护设计

FLAC D3深基坑的开挖与支护的命令流一、实例工程南宁地区地层属于河流阶地二元地层，广泛分布有较厚的圆砾层，国内尚无在类似地层条件下建设地铁基坑的经验，为此，可使用FLAC3D 对基坑开挖的全过程进行三维数值模拟，在对比实测数据的基础上，总结圆砾层中地铁车站深基坑的地下连续墙水平变形及周围地表沉降变形特征。

该基坑位于大学路与明秀路交叉路口处，沿大学东路东西向布置。

车站基坑长465m，标准断面宽度为20.7m，为地下两层式结构，底板埋深为15.535m（相对地面），顶板覆土厚度大于3m。

本工程主体建筑面积21163.6m2，主要结构形式为双柱三跨框架箱型结构。

本工程所处的大学路为南宁市东西向的主要交通枢纽，车流量大，人流密集，地面条件复杂。

基坑施工采用明挖顺作法施工，围护结构为800mm厚地下连续墙+内撑（三道内支撑加一道换撑）的支护体系。

第一道支撑采用钢筋混凝土支撑，尺寸为800×900mm，冠梁同时作为第一道钢筋混凝土支撑的围檩。

第二、三道支撑及换撑使用钢支撑并施加预加力，直径为609mm，壁厚为t=16mm，斜撑段采用800×1000mm钢筋砼腰梁，其余为2×I45C 钢围檩。

二、模型建立建模工作由两部分组成，实体模型部分，包括土体和地下连续墙；结构单元部分，包括混凝土支撑和钢支撑。

根据对称性原理，拟选取1/2 的实际工程尺寸进行分析。

考虑到实际的基坑长度将近500m，根据以往的经验，选取全部长度的一半虽然能够得到满意的结果，但是由于中间部分的基坑基本处于同样的受力状态，这样会使大部分的计算长度变为重复的计算，降低了计算效率。

根据初步计算结果和经验，最终确定的基坑尺寸为，宽度取基坑的最大宽度24m，开挖深度19m，基坑长度36m。

根据地勘报告，合并相似土层，模型中共划分了7个土层。

在FLAC3D 中，围护结构可以用衬砌单元(liner)或实体单元模拟。

根据Zdravdovi的研究，在二维平面基坑模拟中，分别采用实体单元和梁单元(相当于三维模型中的衬砌单元)计算所产生的墙体变形差别小于4%，而引起地表沉降的主要原因是围护结构变形造成的地层损失，可见上述两种方法计算结果的差别可忽略不计。

FLAC3D模拟实例循环开挖与支护nres ini.savset geometry=0.001ini ydis0ini xdis0ini zdis0ini yvel0ini xvel0ini zvel0m mprop bulk 4.0e9shear 2.5e9fri32coh 2.0e6& range grou diban-shayan;prop bulk 1.8e9shear 1.2e9fri25coh 1.0e6& range grou diban-niyan any grou hangdao any;prop bulk 1.2e9shear0.8e9fri22coh0.8e6& range grou diban-gentuyan;prop bulk 1.9e9shear 1.3e9fri24coh 1.0e6& range grou diban-tniyan;prop bulk0.7e9shear0.8e9fri21coh0.7e6& range grou mc any grou gzm any;prop bulk 3.0e9shear 2.5e9fri30coh 1.8e6& range grou dingban-fenshayan;prop bulk 1.5e9shear 1.2e9fri25coh 1.1e6& range grou dingban-niyan;prop bulk 3.5e9shear 2.5e9fri34coh 1.4e6& range grou dingban-shayan;添加接触面gen separate gzminterface1wrap mc gzminterface2wrap dingban-fenshayan gzm interface1prop kn20e9ks10e9tens1e9 interface2prop kn20e9ks10e9tens1e9set mech ratio=5e-4def excav_mcloop n(excav_p,excav_p_z+cut_liang);每次开挖量cut_0=excav_pcut_1=excav_p+cut_liang;开挖commandm null range grou gzm z cut_0cut_1step100end_commandn=excav_p+cut_Liangexcav_p=excav_p+cut_Liang;条件判断保存文件,这里判断条件必须和cut_liang对应上，否则不能得到想要的文件。

本科生毕业论文（设计）题目：基于flac3D深基坑开挖模拟与支护设计指导教师: 职称:评阅人: 职称:摘要随着城市化过程中不断涌现的高层建筑和超高层建筑以及城市地下空间的开发，深基坑工程越来越多，深基坑工程项目的规模和复杂性日益增大，给深基坑工程的设计和施工带来了更大的挑战。

在这样的背景下，深基坑支护结构设计和变形量预测已成为岩土工程领域的重要研究课题之一。

本文以武汉市万达广场深基坑工程作为研究对象，利用勘查资料和深基坑支护结构设计要求，比选合理的基坑支护方案并进行相应的计算设计。

同时，本文针对深基坑工程变形量验算等难以解决的问题引用了flac3D数值模拟方法，对基坑开挖、支护结构施工进行全方位的模拟监测，将计算设计结果和模拟计算结果进行对比验算，得出比较合理的支护结构设计方案和变形量控制方案。

根据基坑实际情况和勘查资料，本文选择的围护方案为以大直径混凝土排桩、双排桩、角撑与对顶撑相结合的内支撑为主的多种联合支护方案，结合坡顶大面积卸土减载、坑内被动区加固的措施。

计算部分主要设计计算大直径混凝土排桩（钻孔灌注桩）桩长、内力和配筋，而对卸土减载、内支撑结构、坑内被动区加固和降水设计只进行了简要的说明；flac3D模拟部分主要从建立模型、设置大直径混凝土排桩、放坡开挖、放坡坡面土钉施工、预应力锚索（代替内支撑）施工和基坑主体开挖为顺序进行建模计算，最后进行变形量监测、分析，输出桩单元、锚单元的内力分布情况并给出相应的结论与建议。

本文以常规计算和数值模拟相结合的方式进行参考对比，常规计算和数值模拟分析结果非常接近，给出了有效合理的安全系数。

关键词：深基坑支护设计flac3D模拟数值模拟AbstractWith the urbanization process ,high-rise buildings and supertall buildings are continuously emerging .As a result ,underground space development project and deep excavation project become more and more. At the same time, the scale and complexity of deep excavation increasing bigger. they make the design and construction of deep excavation to face greater challenges. So structural design and deformation prediction of deep excavation has become an important research issue in the field of geotechnical engineering. In this paper, the deep excavation of Wanda Plaza, Wuhan is studied. And using survey data and structural design of deep excavation requirements to select reasonable foundation pit ,then to conduct the corresponding design. The meantime, as checking the deformation of deep excavation is a difficult problems ,it uses flac3D numerical simulation method to monitor the progress of deep pit’s excavation, construction .Then comparing the design results of the calculation and simulation results to obtained reasonable support structure design and control program of deformation.According to the actual situation and exploration data, the envelope of large diameter piles concrete piles, angle brace and top brace on the combination of a variety of internal support-based programs are selected, combined with slope Top large dump load shedding and the reinforcement measures of pit passive zone.1) The calculation part of the paper mainly introduce the design and calculation of large diameter concrete piles or bored pile, and the rest just briefly introduce the dumping load shedding, internal support structure, the pit design of passive zone strengthening and precipitation.2) With flac3D, successively study the model building, setting large diameter concrete piles, sloping excavation, soil nailing construction, pre-stressed cable (instead of internal support) construction and excavation for the foundation pit .Finally, conduct the deformation monitoring , output pile element, the internal force distribution analysis in anchorage unit .And then, provide the corresponding conclusions and recommendations.In this paper, conventional calculations and numerical simulation methods are used. And their results were very close. So it can give an effective and reasonable safety factor through the combination of these methods.Key words: deep excavation design flac3D numerical simulation目录第一章绪论 (1)第一节选题思路 (1)第二节设计流程 (1)第二章工程概况及场地工程地质条件 (3)第一节工程概况 (3)第二节场地工程地质条件 (4)第三章A-OPQRSA段基坑支护结构设计 (10)第一节设计依据 (10)第二节设计参数 (10)第三节A-OPQRSA段基坑支护方案选择 (11)第四节A-OPQRSA段基坑减载放坡设计 (13)第五节A-OPQRSA段基坑支护桩设计 (13)第六节A-OPQRSA段基坑地下水控制方案设计 (24)第四章基于flac3D基坑开挖模拟分析 (27)第一节关于flac3D的概述 (27)第二节基坑维护方案 (27)第三节计算模型及参数 (28)第四节初始应力计算 (29)第五节支护桩施工 (31)第六节模拟分层开挖和设定锚杆 (32)第七节设置采样记录变量 (34)第八节计算结果分析 (35)第五章结论与问题 (44)第一节结论 (44)第二节设计过程中存在问题 (45)致谢 (47)参考文献 (48)附录 (49)第一章绪论第一节选题思路深基坑工程设计是当今岩土工程界关注的热点话题，深基坑工程的难题在于对变形量的预测，基坑允许的变形、垂直位移的计算是比建筑物自身允许的沉降和沉降计算更为复杂的课题，但又是基坑工程尤其是在软土地区和工程地质、水文地质复杂地区无法回避的问题。

用FLAC3D分析地铁车站基坑开挖与支护侯景鹏;邢继光【摘要】运用三维有限差分软件FLAC3D对深圳市地铁9号线某车站工程进行了基坑开挖与支护模拟.土体采用摩尔-库伦模型进行计算,得到了基坑开挖过程中各工况的竖直位移和水平位移.计算结果显示位移较小,基坑支护结构的设计安全可靠.基坑端部墙体在18 m范围内对基底隆起的影响较为明显,其范围相当于开挖深度.基坑端部墙体在20 m范围内对基坑侧移的影响较为明显,其范围相当于基坑宽度.地表沉降最大值点和水平位移最大值点都出现在距离基坑边缘15 m～25 m的区域内,大致相当于开挖深度.模拟结果可以作为今后设计施工的参考.【期刊名称】《东北电力大学学报》【年(卷),期】2018(038)003【总页数】5页(P67-71)【关键词】地铁车站;基坑开挖支护;变形规律;FLAC3D模拟【作者】侯景鹏;邢继光【作者单位】东北电力大学建筑工程学院,吉林吉林132012;中铁工程设计咨询集团有限公司太原设计院,太原山西030000【正文语种】中文【中图分类】TU9我国城市建设飞速发展，人口快速向大城市集中，城市道路交通拥堵问题日益严重．各大城市为缓解交通拥堵问题不约而同地选择开发地下空间，我国迎来了一轮建设地铁工程的高潮．车站深基坑的平面尺寸及开挖深度都有增大的趋势，容易导致基坑周围土体产生较大位移，使深基坑设计施工的难度不断提高．建设地铁车站不仅要保证基坑支护体系和基坑本身的稳定，还要保证附近建筑和地下管线不受破坏，这就要求施工中严格控制周围土体的变形．本文使用ITASCA公司推出的有限差分软件FLAC3D对深圳市地铁9号线某车站深基坑的开挖支护进行了数值模拟，根据模拟结果分析基坑内外土体竖直位移和水平位移的规律．1 工程概况1．1 地质条件车站全长为315．638 m、标准段宽为21．6 m，车站底板埋深约17．5 m．车站主体和附属结构均采用明挖顺筑法施工．该工程属深圳市重点建设项目，工程重要性等级为一级;地形地貌较简单、不良地质作用一般发育．原始地貌为台地及其间沟谷区，地势平坦．根据野外地质钻探结果和广东地区地质资料，上覆土层是第四系松散层，下伏基岩主要由花岗岩组成．岩土分层主要有:素填土层，平均2．48 m;填石层，平均1．02 m;残积可塑状砾质粘性土层，平均2．32 m;残积硬塑状砾质粘性土层，平钧4．80 m;全风化花岗岩层，平均3．78 m;强风化花岗岩层，平均3．61 m;中风化花岗岩层，平均2．21 m;微风化花岗岩层，平均7．82 m．根据车站工程基坑尺寸和地质情况，基坑侧壁主要为残积砾质粘性土层及全、强、中、微风化花岗岩，基坑底板主要为强、中、微风化花岗岩．1．2 支护方案连续墙具有刚度大、整体性好、防渗性好、适应性强等优良性能，因此车站主体结构采用连续墙形式，附属结构可采用钻孔灌注桩，亦可采用螺杆桩［1］．设计采用800 mm厚地下连续墙，墙顶设冠梁，截面为1．0 m×0．8 m，在墙顶冠梁位置设第一道钢筋混凝土支撑，支撑截面为0．6 m×1．0 m，纵向支撑间距为9．0 m，第二、三道支撑采用钢管撑，管径600 mm．深基坑开挖过程一般选择分层开挖，支撑架设需要操作平台，应开挖到支撑以下一定深度后再架设支撑．根据上述情况，制定方案如下:在墙顶处设置第一道钢筋混凝土水平支撑;向下挖至8．5 m深度处，在8 m深度处设置第2道水平钢支撑，此时为工况一;向下挖至13．5 m深度处，在13 m深度处设置第3道水平支撑，此时为工况二;最后向下挖至底部17．5 m深度，此时为工况三．2 基坑开挖支护数值模拟2．1 FLAC3D在基坑开挖中的应用FLAC3D是美国ITASCA咨询集团公司推出的基于有限差分法的软件．可以分析渐进破坏和失稳，在大变形模拟方面优于其他模拟软件．它包括弹性材料模型、塑性材料模型、莫尔－库仑弹性材料模型、应变软化/硬化塑性材料模型等多种本构模型．除了岩土材料外，梁、桩、壳以及支护、衬砌、锚索、土工织物、摩擦桩等结构也可以用FLAC3D进行模拟［2］．2．2 计算模型及参数建模主要分为两部分:基坑土体和地下连续墙采用实体单元，实体单元的物理模型比衬砌单元清晰，参数较少．混凝土支撑和钢管支撑采用beam单元．FLAC3D中的“null”模型非常适用于模拟基坑的开挖［3］，模型单元被设定为“null”表示将该单元从模型中删除．地铁车站基坑长度较长，基坑中间很多部分处于同样的受力状态，会增加很多重复计算，降低计算效率，故选取基坑模型尺寸为长36 m，宽20 m，深18 m．选取合适的计算边界有利于提高计算效率和结果的精度［4］．取整体模型的尺寸为长96 m，宽160 m，高38 m．以端部基底中点为原点，基坑纵向为x方向，基坑宽度方向为y方向，深度方向为z方向．模型四周各侧面和底面均限制法向位移;模型顶面即地面，设为自由面．建模时合理地划分网格能够明显提高计算效率．距离基坑较近的区域是研究中重点，应该增加网格密度．距离较远区域受开挖的影响较小，网格可以疏一些．分析模型及支护示意图，如图1所示．图1 分析模型及支护示意图3 数据分析3．1 基底隆起变形竖直位移云图，如图2所示．可以看出基底中点隆起比较明显．在距离端部36 m的基坑底部取6个监测点，分别距离基坑中点 0 m、2 m、4 m、6 m、8 m 和10 m．将测点各工况的基底隆起绘制成图，如图3所示．可以看出每次开挖后隆起明显增加，基底中点隆起变形最大，距离中点越远隆起变形越小，基底边缘受围护结构制约，隆起最小．整体隆起变形数值偏大，这是土的回弹模量一般大于压缩模量造成的．在莫尔－库仑模型的研究中，目前除了在回弹为主的区域增大弹性模量参数数值，还没有更好的解决方案被提出．图2 竖直位移云图图3 y方向排列各测点的基底隆起图4 x方向排列各测点的基底隆起在基底中心线上取7个监测点，分别距离端部36 m、30 m、24 m、18 m、12 m、6 m 和 0 m．将测点各工况的基底隆起绘制成图，如图4所示．可以看出靠近基坑端部的范围，端部墙体对基底隆起有明显的约束作用，而远离基坑端部的部分，基底隆起虽然也随着端部距离的增大而增加，但增长并不明显．三个工况的开挖深度分别为 8．5 m、13．5 m 和 18 m，而三个工况分别在与端部距离8．5 m、13．5 m和18 m左右的位置开始，隆起增长的趋势明显放缓．由此可知基坑端部墙体对基底隆起有显著影响的范围基本相当于开挖深度．3．2 基坑坑壁侧移水平位移云图，如图5所示．可以看出支护结构约束作用明显，基坑侧移最大值没有出现在基坑顶部．图5 y方向水平位移云图图6 竖直排列各测点的侧移量图7 水平排列各测点的侧移量在距基坑端部36 m的基坑一侧设置8个监测点，分别距离基底－3 m、0 m、3 m、6 m、9 m、12 m、15 m和18 m．将测点各工况的侧移绘制成图，如图6所示．可以看出第一道混凝土支撑有效限制了基坑顶部的侧移，基坑侧移最大值出现在距基底3m处，最大值为3．49mm，最大值点高度以下受内部土体约束而逐渐减小［5～6］．工况一中，侧移最大值出现在开挖深度以下，这是因为第一道钢筋混凝土支撑刚度较大，更好地限制了顶部的侧移．所以应纵向分段开挖，每开挖一段立即设置支撑，钢管撑可施加预应力，以此减小基坑的水平变形．在基坑一侧基底以上3m处设置7个监测点，分别距离基坑端部36 m、30 m、24 m、18 m、12 m、6 m和0 m．将测点各工况的侧移量绘制成图，如图7所示．可以看出每次开挖后基坑侧移都明显增加，端部墙体限制附近范围的基坑侧移，距离端部越远，侧移量越大．端部墙体在20 m范围内对基坑侧移影响比较显著，相当于基坑宽度．3．3 地表位移在距端部36m的地表设置15个监测点，距离基坑中线的距离分别为10 m、12．5 m、15 m、17．5 m、20 m、22．5 m、25 m、27．5 m、30 m、35 m、40 m、50 m、60 m、70 m 和 80 m．将测点各工况沉降绘制成图，如图 8所示．可以看出连续墙有上浮的趋势，沉降最大值出现在距基坑边缘一定距离的地方，随着距离增加，基坑开挖对地表沉降的影响也越来越小［7～11］．而沉降最大值出现的位置距基坑边缘15 m～25 m，数值上与开挖深度相近．在地表位移最大值可能出现的范围加强位移监测可以有效监控地下工程对临近建筑的影响［12］．图8 地表竖向位移图9 地表水平位移将各测点各工况y方向水平位移绘制成图，如图9所示．可以看出水平位移的变化趋势与竖直沉降类似，最大值也出现在距基坑边缘一定距离的区域．随着与基坑中线的距离越来越大，水平位移也逐渐减小．水平位移最大值与沉降最大值出现的位置在同一范围内．4 结论(1)利用三维有限差分软件FLAC3D对基坑进行分步开挖支护模拟，计算得到基底隆起，基坑侧移，地表竖直和水平位移．(2)基底隆起最大值发生在基底中心处，基坑端部墙体在18 m范围内对基底隆起的影响较为明显，其范围相当于开挖深度．(3)基坑侧移最大值出现在距基底3 m处，最大值为3．49 mm．基坑端部墙体在20 m范围内对基坑侧移的影响较为明显，其范围相当于基坑宽度．(4)地表沉降最大值出现的位置距基坑边缘15 m～25 m，数值上与开挖深度相近．(5)支护结构的设计是安全可靠的，计算结果可以为工程设计提供参考．参考文献［1］龚靖，刘宇，徐佩洪．新型螺杆桩技术及其工程应用［J］．东北电力大学学报，2016，36(3):91－95．［2］马露，李琰庆，蔡怀恩．FLAC3D在深基坑支护优化设计中的应用［J］．河北工程大学学报:自然科学版，2007，24(4):35－38．［3］刘勇，冯志，黄国超，等．北京地铁工程深基坑围护结构变形研究［J］．地下空间与工程学报，2009，5(2):329－335．［4］朱彦鹏，吴意谦．某地铁车站深基坑变形规律数值模拟及优化［J］．兰州理工大学学报，2014，40(1):108－113．［5］刘均红．地铁车站深基坑变形规律的三维数值模拟分析［J］．北方交通，2011(7):55－58．［6］任建喜，冯晓光，刘慧，等．地铁车站深基坑围护结构变形规律监测研究［J］．铁道工程学报，2009(3):89－92．［7］刘继国，曾亚武．FLAC3D在深基坑开挖与支护数值模拟中的应用［J］．岩土力学，2006，27(3):505－508．［8］麻凤海，张维来，吕培印．地铁车站深基坑开挖对土体影响的数值模拟［J］．辽宁工程技术大学学报:自然科学版，2012，31(3):295－299．［9］房师军，付拥军，姚爱军．某地铁工程深基坑排桩围护结构变形规律分析［J］．岩土工程学报，2011，33(S1):216－219．［10］周爱其，龚晓南，刘恒新等．内撑式排桩支护结构的设计优化研究［J］．岩土力学，2010，31(S1):245－255．［11］吴意谦，朱彦鹏．兰州市湿陷性黄土地区地铁车站深基坑变形规律监测与数值模拟研究［J］．岩土工程学报，2014，36(S2):404－410．［12］高飞，李长庆，倪博，等．平行隧道施工对路面基础沉降的影响［J］．东北电力大学学报，2016，36(3):96－101．。

第43卷第6期　2009年6月上海交通大学学报J OU RNAL OF SHAN GHA I J IAO TON G UNIV ERSIT YVol.43No.6　J un.2009　收稿日期:2008207213基金项目:国家自然科学基金资助项目(50679041);上海市科学技术委员会资助项目(08201200903);江西省教育厅科学技术研究资助项目(G JJ 09367)作者简介:丁勇春(19792),男,江苏大丰市人,博士生,从事基坑与地下工程数值仿真方面的研究.王建华(联系人),男,教授,博士生导师,电话(Tel.):021*********,E 2mail :wjh417@. 文章编号:100622467(2009)0620976205基于FL AC3D 的基坑开挖与支护三维数值分析丁勇春1,　王建华1,　徐　斌1,2(1.上海交通大学土木工程系,上海200030;2.南昌工程学院土木工程系,南昌330029)摘　要:采用三维快速拉格朗日方法(FL AC3D )建立了考虑基坑分步开挖与支护全过程的三维动态计算模型,土体采用修正剑桥模型模拟,考虑了支护结构与土体的接触滑移作用,分析了基坑施工中围护墙变形、地表沉降、坑底隆起、坑外深层土体变形的基本特性.计算得到的地表沉降曲线与已有文献的经验沉降曲线基本一致,验证了计算结果的适用性.分析结果可为类似基坑工程的设计和施工提供有益参考.关键词:基坑开挖;数值分析;三维快速拉格朗日方法;修正剑桥模型;土与结构相互作用中图分类号:TU 473.2 文献标识码:AThree 2Dimensional Numerical Analysis of Braced ExcavationBased on F LAC 3DD I N G Yong 2chun 1,　W A N G J i an 2hua 1,　X U B i n1,2(1.Depart ment of Civil Engineering ,Shanghai Jiaotong University ,Shanghai 200030,China ;2.Depart ment of Civil Engineering ,Nanchang Instit ute of Technology ,Nanchang 330029,China )Abstract :Fast Lagrangian Analysis of Continua in 3Dimensions (FL AC3D )was employed to investigate t he deformatio n characteristics of a staged excavated and supported foundation pit.Modified Cam 2clay model was adopted to model t he soil behavior and t he interaction between soils and retaining st ruct ures was also taken into account in t he numerical model.The deflection of retaining walls ,t he settlement of gro und surface ,t he heave of excavation bottom ,and t he movement of t he deep st rata out side t he excavation were analyzed.The ground surface settlement curves of t he numerical model are basically consistent wit h t he empirical ones f rom t he existing literat ures ,so it s feasibility is proved.The numerical result s p rovide a usef ul reference for t he design and const ruction of similar deep excavation project s.Key words :braced excavation ;numerical analysis ;fast Lagrangian analysis of continua in 3dimensio ns (FL AC3D );modified Cam 2clay model ;soil 2st ruct ure interaction 基坑工程除了要保证基坑的整体性和支护结构的稳定安全外,还必须确定支护结构变形和基坑内外地层的变形,这样才能合理评估基坑施工对周围环境可能造成的不利影响,采取相应的工程措施,确保基坑施工的顺利进行,从而实现基于变形控制的基坑设计[1].目前基坑工程中常用的分析方法可以分为两类:行业和地方基坑设计规程所广为采用的竖向弹性地基梁法[2,3];基于连续介质力学的数值分析方法,如有限元法、有限差分法等.竖向弹性地基梁法只能对围护结构的内力和变形进行分析,不能计算支撑体系的内力和变形,更无法分析坑外地表沉降和坑底隆起变形,因此无法对基坑开挖引的环境影响进行分析和评价.数值分析方法可以弥补常规弹性地基梁法的不足.本文采用三维快速拉格朗日方法(FL AC3D )建立考虑支护结构与土体相互作用的基坑三维计算模型,土体采用修正剑桥模型,并考虑支护结构(围护墙和立柱桩)与土体间的接触问题,实现基坑分步开挖及支护的三维全过程动态分析.1　数值计算原理1.1　修正剑桥模型目前在岩土工程数值计算中常用的土体本构模型有两大类:一类是以Duncan 2Chang 模型为代表的非线性弹性模型;另一类是弹塑性模型,如Mohr 2Coulomb 模型、Drucker 2Prager 模型及修正剑桥模型等.Mohr 2Coulomb 模型和Drucker 2Prager 模型由于对加载和卸载采用同一模量,在得到合理围护结构侧向变形的同时,往往导致不合理的坑底隆起变形.修正剑桥模型能够反映土体加载与卸载模量的差异,考虑土体材料静水压力屈服特性和压硬性,在软土地基开挖分析中应用非常广泛.修正剑桥模型的屈服函数可表示为q 2p ′2+M 21-p ′0p ′=0(1)式中:q 为偏应力;p ′为平均有效应力;p ′0为先期固结压力;M 为p ′-q 平面内临界状态线(CSL )的坡度.修正剑桥模型屈服轨迹如图1所示.(a )p ′-q 平面内(b )主应力空间内图1　修正剑桥模型屈服轨迹Fig.1　Y ield locus of modified Cam 2clay model 修正剑桥模型的初始状态参数确定方法如下:(1)确定土体单元的竖向有效应力σ′v ;(2)根据现场静止侧压力系数K 0,确定土体单元侧向有效应力σ′h ,σ′h =K 0σ′v (2) (3)对每个土体单元,计算平均有效应力p ′和偏应力q :p ′=13(σ′1+σ′2+σ′3)q =12(σ′1-σ′2)2+(σ′2-σ′3)2+(σ′3-σ′1)2(3) (4)根据式(1)和超固结比OCR 计算先期固结压力p ′0,p ′0=p ′1+qM p ′2OCR (4) (5)确定正常固结线上p ′=1kPa 作用下单元的初始比体积υe ,0=υCSL +(λ-κ)ln 2(5)式中:λ为υ-ln p 平面内压缩线坡度;κ为υ-ln p 平面内回弹线坡度;υCSL 为临界状态线在p ′=1kPa 下的比体积.如根据土工试验能确定土样的不排水抗剪强度c u 和比体积υ0,则可根据下式确定参数υCSL[4],c u =M 2expυCSL -υ0λ(6) 如果已知土体颗粒比重G s 、土体液限w L 和土体塑性指数I p ,也可按下列经验公式确定参数[4]:υCSL =1+G s (w L +0.3I p )(7)1.2　土体与支护结构的接触采用数值方法进行基坑开挖与支护分析时涉及到是否需要考虑支护结构与土体间的相互接触问题.文献[5]中的研究结果表明,不考虑接触作用将导致计算结果与实际情况不符.主要原因可归结为:①无法反映支护结构与土体间由于接触面或土体的破坏引起的相互滑移;②结构与土体间存在拉应力,不能模拟结构与土体的脱离效应.FLAC3D 中的接触面单元具有单面特性,不同于G oodman 接触面单元.在每一计算时间步Δt 内,接触面节点与目标面之间的绝对法向侵入位移u n及相对剪切位移增量Δu s 均被计算,将其代入接触面本构方程就可以确定下一时刻(t +Δt )接触面上的法向力F (t +Δt )n和切向力F (t +Δt )s,F (t+Δt )n =k n u n A +σn A F (t+Δt )s=F (t )s+k s Δu (t+Δt/2)sA +τs A(8)式中:k n 为法向刚度;k s 为切向刚度;τs 为附加剪应力;A 为接触面节点的代表面积.接触单元服从库仑779　第6期丁勇春,等:基于FL AC3D 的基坑开挖与支护三维数值分析 剪切破坏准则和拉伸破坏准则.1.3　支护结构模型FLAC3D 提供了6种支护结构单元:梁单元、索单元、桩单元、壳单元、土工格栅单元和衬砌单元.对基坑而言,板桩式围护结构可采用衬砌单元模拟,桩列式和重力式挡土结构可采用实体模拟,水平内支撑如结构层楼板和混凝土或钢支撑可分别采用壳单元和梁单元模拟,坑外土钉和锚杆可采用索单元模拟,坑内立柱与立柱桩可采用桩单元模拟.2　计算模型及参数确定2.1　计算模型及边界条件分析模型取一方形基坑为研究对象,基坑平面尺寸为56m ×56m ,考虑模型的对称性后取1/4模型进行计算.基坑最大开挖深度H max =20m ,分5步开挖,每步开挖4m.1/4计算模型的三维尺寸为128m ×128m ×100m ,如图2所示.土体采用8节点6面体模拟,土体区段总数为13520,网格点总数为15309.模型外边界采用侧向约束,中心对称面采用对称边界,模型底部全约束.(a )整体模型(b )支护结构图2　计算模型Fig.2　Numerical model 计算中不考虑土体的分层以及基坑降水的影响,采用总应力法计算,相应的土体计算参数采用总应力指标.土体本构模型采用修正剑桥模型,不考虑地下水作用.土体重度γ=17.15kN/m 3,孔隙比e =1.2,侧压力系数K 0=0.5,κ=0.01,λ=0.14,M =1.2,泊松比μ=0.35.模型参数相当于上海软土地区第3层土体[6]的参数,按正常固结考虑(OCR =1).2.2　支护结构及接触面参数水平梁板支撑按刚度等效原则简化为壳单元,围护墙采用衬砌单元模拟,立柱和立柱桩采用桩单元模拟.结构单元总数为5175,结构单元节点数为2658.支护结构强度按C30混凝土考虑,考虑80%强度折减[7]后混凝土的弹性模量E c =24GPa ,μc =0.2,ρc =2500kg/m 3.坑边x =28m 和y =28m 处为两道连续墙,连续墙深度40m.坑内共设9根桩,桩直径0.8m ,间距8m ,桩长60m.共设5道水平支撑,支撑板厚0.12m.不同结构单元间采用共用节点法实现内力的传递.接触计算为物理非线性问题,有限元法在计算中往往存在收敛困难问题.FL AC3D 由于基于显式的全过程动力计算,因此,对不稳定问题不存在计算上的障碍.FLAC3D 中的衬砌单元与土体间的切向相互作用也具有单面特性,因而不能同时考虑围护墙与内外两侧土体的相互接触算法.在计算模型中采用以下近似处理办法:衬砌单元建立在墙外土体区域的外表面上以模拟围护墙与墙外土体的相互接触作用,围护墙与坑内土体的相互接触采用在坑内外土体间建立接触面单元,墙底处衬砌单元节点与坑内外土体网格点自由度耦合,假定墙底处结构单元节点与网格点变形协调.桩单元可直接实现桩与土界面的接触算法,通过加入桩端屈服弹簧可考虑桩的端承效应.参考文献[5],接触界面摩擦系数取为0.25,最大剪应力取为20k Pa.3　计算结果分析3.1　围护墙变形不同开挖深度(H )和不同平面位置(y )围护墙的侧向变形(δh )如图3所示.开挖至坑底后围护墙整体上抬约15.0mm ,墙体最大侧移-45.3mm,基坑开挖期间围护墙变形主要为侧向变形.(a )不同开挖深度 (b )不同平面位置图3　围护墙变形Fig.3　Deflection of retaining walls 由于第1道支撑的设置先于第1次4m 深土体的开挖,故第1次挖土时围护墙顶受到第1道水平支撑强大刚度的约束,墙顶位移几乎为零.后续阶段,墙体最大侧移随着开挖深度的增加而增大,同时最大侧移点位置亦随着开挖深度的增加而逐渐下879上　海　交　通　大　学　学　报第43卷　移,开挖至坑底后,墙身最大侧移点位于坑底开挖面附近.围护墙的最大侧移随着基坑开挖深度的增加呈非线性增长,但增长的幅度却有下降的趋势.围护墙的侧向变形具有明显的三维空间效应,基坑中心处(y =0)对称面墙体侧移最大,而基坑拐角位置(y =28m )墙体侧移最小,且为向坑内整体刚性平移.3.2　地表沉降不同开挖深度(H )和不同平面位置(y )坑外地表沉降(δv )如图4所示.图中,d 为计算点至坑边的距离.可见,地表未出现隆起,这是由于考虑了围护墙与土体间的接触特性,墙体与土体之间出现了滑移,墙体的上抬未引起地表的隆起.第1次挖土(H =4m )最大地表沉降点距坑边较近;随着挖土深度的不断增加,最大沉降点位置逐渐远离基坑,基坑开挖深度达12m 后,最大地表沉降点位置几乎不再变化.图4　地表沉降Fig.4　Ground surface settlement 地表沉降也具有空间效应,靠近基坑侧边中点(y =0)的地表沉降较大,最大地表沉降值为-36.3mm ;而靠近基坑拐角(y =28m )的地表沉降较小,最小地表沉降值仅为-16.4mm.地表沉降与围护墙的变形是相关联的,两者在空间上的变化规律保持一致. 图4(c )所示为中心对称面上不同开挖阶段相对地表沉降(δv /δv ,max )和相对距离(d/H )关系曲线与文献[8,9]中提出的经验沉降包络曲线的对比.可见,数值模拟结果与文献[9]中的更为吻合;d/H >2时本文与文献[8]中的相差较大.原因如下:文献[8]中假定地表沉降影响范围仅为2倍基坑开挖深度,而根据本文数值模拟结果和上海软土地区相关基坑的现场实测[10],上海软土地区地表沉降的影响范围一般为3～4倍基坑开挖深度.因此文献[8]中关于地表沉降影响范围的假定对上海软土地区的基坑而言显然偏小.由于计算模型的外截断边界采用侧向约束,边界面竖向可自由变形,引起了d/H >1.5范围计算所得相对地表沉降稍大于文献[9]中的包络曲线,这部分差异是由于计算模型的边界条件简化引起的.3.3　坑底隆起图5所示为不同开挖深度中心对称面(y =0)上坑底土体的隆起变形(δvb ).坑底土体的隆起主要由竖向开挖卸载效应引起,另外,墙体向基坑内的侧向变形也会进一步挤推坑内土体,造成坑底土体的回弹[11].坑底土体的隆起值随着开挖深度的增加呈非线性增长,但回弹增量有减小的趋势.图5　坑底隆起Fig.5　Heave of excavation bottom 开挖至坑底后坑底土体的竖向整体隆起量约160mm ,而围护墙的整体回弹仅15mm 左右,表明坑底土体与围护墙间发生了较大的相对滑移.如不考虑接触滑移作用,坑底回弹将引起过大的围护墙上抬,这显然不合理.另外,地表与围护墙相交处由于也考虑了接触作用,墙体的上抬才未引起相应位置地表的隆起,从而得到了与经验曲线基本吻合的地表沉降曲线.因此,在数值计算模型中有必要考虑支护结构与土体间的相互接触作用.3.4　坑外深层土体变形图6所示为开挖至坑底(H =20m )后中心对称面(y =0)上坑外深层土体竖向和侧向的位移场分布.可见,坑外浅层土体产生沉降,但最大沉降点位于距坑边一定距离处;坑外深层土体产生隆起,最大979　第6期丁勇春,等:基于FL AC3D 的基坑开挖与支护三维数值分析 隆起点位置位于土体与围护墙的接触处.邻近基坑围护墙处土体的侧向变形与墙体的变形相似,均为深层凸出型,最大侧向变形点深度位于基坑最终开挖面附近;随着至坑边距离的增加,土体最大侧向变形点位置逐步向地表面过渡,当距离超过一定范围,土体的最大侧移点位于地表面.(a )竖向变形(b )侧向变形图6　坑外深层土体变形Fig.6　Movement of strata outside excavation 对比图6中坑外土体的竖向变形与侧向变形可见,当基坑首层支撑刚度较大且先于浅层土体开挖而架设时,坑外浅层土体的变形以沉降为主,侧向变形较小.因此,对基坑周围建(构)筑物上部结构、浅埋地下市政管线及城市道路等而言,地表沉降和差异沉降是引起其损坏的主要原因;对基坑最终开挖面深度的坑外土体而言,侧向变形占主导,竖向变形较小,且存在隆起与下沉两种不同的形态.因此对深埋地下结构如高层建筑桩基础、城市高架桥梁桩基础、地铁区间隧道等而言,坑外深层土体的侧向变形是引起其损坏的主要原因.4　结　论(1)计算得到的坑外地表沉降曲线与已有文献的经验沉降包络曲线基本一致,验证了FL AC3D 在基坑开挖分析中的适用性和有效性.(2)基坑围护结构变形、地表沉降、坑底土体位移、坑外深层土体位移是相互关联的有机整体,基坑变形表现出明显的空间特性.(3)只要合理确定土体模型参数及土体与支护结构间的接触关系,三维数值分析在基坑工程设计施工方案优化和环境影响评估的应用中具有明显优越性.本文计算模型进行了一定简化,未考虑土体的分层,也未考虑降水引起的渗流和固结对基坑变形的影响,有待今后进一步研究.参考文献:[1]　刘建航,侯学渊.基坑工程手册[M ].北京:中国建筑工业出版社,1997.[2]　J G J 120299,建筑基坑支护技术规程[S].[3]　DBJ 08261297,基坑工程设计规程[S].[4]　Wood D M.Soil behaviour and critical state soil me 2chanics [M ].Cambridge :Cambridge UniversityPress ,1990.[5]　范　巍,王建华,陈锦剑.连续墙与土体接触特性对深基坑变形分析的影响[J ].上海交通大学学报,2006,40(12):211822121.FAN Wei ,WAN G Jian 2hua ,CH EN Jin 2jian.The evaluation of deformation induced by excavation con 2sidering the properties of diaphragm 2soil interface [J ].Journal of Shangh ai Jiaotong U niversity ,2006,40(12):211822121.[6]　D G J 0823722002,岩土工程勘察规范[S].[7]　谢百钩.粘土层开挖引致地盘移动之预测[D ].中国台湾:国立台湾科技大学,1999.[8]　Clough G W ,O ′Rourke T D.Construction inducedmovements of in situ walls [C]//Proceedings ,ASCE Conference on Design and Perform ance of E arth R etai 2ning Structures .New Y ork :ASCE ,1990:4392470.[9]　Hsieh P G ,Ou C Y.Shape of ground surface settle 2ment profiles caused by excavation [J ].C anadian G eotechnical Journal ,1998,35(6):100421017.[10]　丁勇春,王建华,徐中华,等.上海软土地区某深基坑施工监测分析[J ].西安建筑科技大学学报(自然科学版),2007,39(3):3332338.DIN G Y ong 2chun ,WAN G Jian 2hua ,XU Zhong 2hua ,et al .Monitoring analysis of a deep excavation inShanghai soft soil deposits [J ].Journal of Xi ’an U ni 2versity of Architecture &T echnology (N atural Science Edition),2007,39(3):3332338.[11]　刘国彬,黄院雄,侯学渊.基坑回弹的实用计算法[J 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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。

基于FLAC 3D数值模拟的煤矿掘进巷道优化支护设计摘要：煤矿掘进巷道的顶板支护是煤巷安全管理的重点，如何合理优化支护设计，做好顶板安全管理是煤巷管理人员的工作重心。

本文从笔者的工作实际出发，通过观察现场地质条件，制定优化支护设计技术措施，并优化支护设计方案，结合FLAC 3D数值模拟技术，设计出更为合理的支护方式。

关键词：FLAC 3D；数值模拟；支护设计一、优化支护设计技术措施依据某工作面地质力学评估与巷道围岩变形分析结果提出以下支护优化方向。

1、顶板采用预应力锚索全长锚固技术由于顶板发生离层的位置主要在顶板软弱夹层，加上锚索预紧力大且延伸率低，使锚索受力高，易发生破断现象。

预应力锚索全长锚固技术，是在原中空注浆锚索的基础上进行了改进升级，它采用专用的无机复合锚固材料和高压注浆设备进行施工。

锚索先在迎头进行树脂端锚[1]，不用封孔，张拉预紧施加预应力，滞后通过锚索的中空结构注入无机复合锚固材料，当孔口流出无机锚固剂时停止注浆实现锚索的全长锚固。

采用该项支护技术的优点是顶板锚杆和锚索全部实现了全长锚固，锚杆、锚索同步承载，协调一致。

全长锚固锚索与端锚锚固锚索相比，提高了锚索的抗剪切能力和系统的刚性，消除了端锚锚索在非锚固段应力集中，将载荷进行了分散，也消除了锚索断裂弹出的现象。

围岩变形控制效果好，可降低锚索的支护密度，提高施工速度。

2、巷帮底角下扎45°锚杆控制底鼓底角锚杆的可起到三方面的作用：（1）底角锚杆将限制底角处岩层向巷道内发生水平位移，随着底板的松动及变形，底板上的水平应力也将逐渐传递到底角锚杆上。

这种情况下，底板岩石受的应力较无底角锚杆时会小很多，从而底板岩石不易发生破坏。

（2）施工底角锚杆有利于底板水平应力向底板深部转移，起到一定的卸压作用。

施加45°的底角锚杆，底板岩层承担水平应力将降低，水平应力将向深部转移，也有利于底板的稳定。

（3）施加底角锚杆有利于巷帮的稳定。

总667期第五期2019年2月河南科技Henan Science and Technology基于FLAC3D的深基坑土钉墙支护数值模拟周浩文邱丁山邹先义（中国十九冶集团有限公司，四川成都610031）摘要：以某小学深基坑工程为例，通过FLAC3D建立了基坑开挖的三维模型，对基坑开挖过程及土钉墙支护进行模拟，分析了水平位移及土钉墙受力特点，水平位移随开挖过程不断增大，沿基坑深度呈“C”型分布，最大位移达18mm；土钉最大应力在靠近坡面位置，混凝土面层弯矩沿深度逐渐增大。

研究表明，土钉墙支护方案是可行，能够有效地抑制基坑变形，保证基坑的安全稳定。

关键词：深基坑；土钉墙；FLAC3D；数值模拟中图分类号：TU476文献标识码：A文章编号：1003-5168（2019）05-0132-03 Numerical Simulation of Soil Nailing Wall Support for DeepFoundation Pit Based on FLAC3DZHOU Haowen QIU Dingshan ZOU Xianyi（China19th Metallurgical Corporation，Chengdu Sichuan610031）Abstract:Taking a deep foundation pit project in a primary school as an example,a three-dimensional model of foun⁃dation pit excavation was established by FLAC3D,and the process of foundation pit excavation and soil nailing wall support were simulated.The horizontal displacement and the stress characteristics of soil nailing wall were further an⁃alyzed.The horizontal displacement increased with the excavation process and distributed in a"C"shape along the depth of foundation pit,with the maximum displacement reaching18mm.The maximum stress of soil nail was near the slope,and the bending moment of concrete surface layer increased gradually along the depth.The research shows that the soil nailing wall support scheme is feasible,which can effectively restrain the deformation of foundation pit and ensure the safety and stability of foundation pit.Keywords:deep foundation pit；soil nailing wall；FLAC3D；numerical simulation随着城市建设规模不断扩大，深基坑工程越来越多。

图1　基坑开挖数值模型及维护结构
2.2数值结果分析
由于基坑开挖深度较深，在卸荷作用下基坑土会产生一定量的回弹，加之维护结构在主动土压力作用下的变形会对基坑土体产生影响，因此数值计算过程中对基坑侧壁以及坑底进行了位移监测。

分析不同开挖阶段土体
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2018.05 |
[5]邴启超, 马永峰. 某软土地区深基坑开挖数值模拟分析[J]. 西部探矿工程, 2011, 23(9):3-5.
[6]刘毅, 易书林. 软土基坑数值模拟技术相关问题讨论[J]. 水力发电, 2016, 42(9):29-32.
[7]Itasca Consulting Group, Inc. Fast Lagrangian analysis ofcontinua in three dimensions(version 2.1), user’s manual[R]. Minnesota: Itasca Consulting Group, Inc.,2003.
60|CHINA HOUSING FACILITIES。

基于 FLAC 3D的深基坑桩锚支护数值模拟分析陈　莘，时贤龙（南京市市政工程质量安全监督站，江苏 南京 210036） 【摘要】 随着城市可利用土地资源日益减少，深基坑工程已成为解决城市地下空间开发的重要途径。

本文以南京市某市政工程地下空间深基坑工程实例为研究背景，运用 FLAC 3D 软件对工程实际进行模拟分析，模拟结果与实际监测数据吻合，说明该模拟方法的合理性，为以后相似的工程提供了实用价值和理论研究参考。

【关键词】 深基坑；桩锚支护；数值模拟；FLAC 3D 【中图分类号】 TU473.2 【文献标志码】 A 【文章编号】 1671－3702（2020）12－0061－040　引言随着国民经济建设步伐的加快，高层建筑、城市地下交通以及大型地下市政设施的兴建使得基坑工程深度、宽度和体积在不断变大［1］，因此对基坑工程的支护体系不断提出更高的要求，不仅要确保坑壁自身的稳定性，还需要确保相邻建筑和基础设施的安全稳定［2］。

本文对深基坑的桩锚支护设计进行研究，针对具体工程，采用FLAC 3D 软件对支护结构模拟分析，分析基坑的最大不平衡力、水平位移以及锚杆轴力的变化规律，进而对支护结构进行优化，为类似工程中支护结构设计优化提供参考。

1　项目概况1.1　工程概况该工程为南京某地下空间及其配套附属设施，位于南京市秦淮区，拟建场地基本平坦，东西约 60 m 、南北约 90 m 。

建筑总用地面积 7 478.57 m 2，总建筑面积 47 846.54 m 2，其中地上建筑面积 25 385.26 m 2，地下建筑面积 22 461.28 m 2。

地下建筑 5 层，地上建筑 12层。

基础采用筏板基础，埋深 ±0.00 以下 30.10 m （局部埋深 31.70 m ），基础筏板应力约为 350 kN/m 2。

设计室内 ±0.00 标高为 47.20 m ，室内外高差为 0.30～0.60 m 。

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]。

基于FLAC3D的深基坑支护数值模拟应用随着城市现代化建设脚步的加快,城市人口数量的不断增多,城市建筑开始向更高和更深层次发展。

越来越多的高层建筑,超高层建筑,地铁,地下停车场,地下超市等在城市中建造,伴随而来的是深基坑工程的出现。

基坑研究由来已久,能够因地制宜选择合适合理的基坑支护方案以及施工开挖方式方法等是检验每个工程技术人员技术能力的最高标准。

本文依托呼和浩特市轨道交通1号线地铁博物馆站深基坑工程。

运用有限差分软件FLAC3D对深基坑开挖各阶段进行数值模拟计算,结合现场实际监测数据。

研究分析了地铁深基坑支护结构、支撑轴力、周边地表沉降变形变化特征。

研究发现:该深基坑开挖引起的支护结构地下连续墙变形曲线为“弓形”变形形态,引起的周边地表沉降变形曲线为“漏斗形”变形形态。

数值模拟结果与实际监测数据不同,但总体趋势基本一致,表明深基坑开挖的数值模拟具有一定的预测效果。

结合现场实际监测工作,能够更好的指导施工。

该深基坑支护方案及深基坑开挖方式方法合理可行,对今后该地区类似工程有一定的参考价值。