下载文档原格式
基于FLAC3D的深基坑开挖过程地表沉降及围护结构受力数
值模拟研究
张程
【期刊名称】《四川水泥》
【年(卷),期】2024()3
【摘要】为了掌握基坑工程支护开挖中地表沉降及围护结构受力情况,以苏州市某商业建筑深基坑工程为背景,基于FLAC3D有限差分软件,对基坑支护开挖全过程进行了数值模拟计算分析。
数值计算结果显示:在桩、挡墙开挖成孔过程中,由于突然卸荷,地层向孔内发生变形,有塌孔的风险;当桩、挡墙开挖与浇筑过程中,基坑外围5m范围内的地层沉降比较明显。
基坑内开挖也出现5m范围内离基坑越近变形越小,5m范围以外离基坑越远变形越小。
分层开挖厚度越大,地表沉降越明显。
【总页数】3页(P63-65)
【作者】张程
【作者单位】重庆市勘测院
【正文语种】中文
【中图分类】TU443
【相关文献】
1.基于FLAC3D的深基坑开挖与支护数值模拟应用
2.基于FLAC3D数值模拟的地铁异型深基坑开挖阳角效应研究
3.深基坑开挖支护结构水平变形对地表沉降影响
的数值模拟4.建筑群内深基坑开挖的地表沉降特性数值模拟研究5.基于FLAC3D 数值模拟预测采煤工作面上覆地表沉降研究
因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
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。
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 ].土木工程学报,2000,33(4):61267.L IU Guo 2bin ,HUAN G Yuan 2xiong ,HOU Xue 2yuan.A practical method for calculating a heave of excavated foundation [J ].China Civil E ngineering Journal ,2000,33(4):61267.89上 海 交 通 大 学 学 报第43卷 。
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。
某地铁车站深基坑支护方式的FLAC3D模拟分析林春【期刊名称】《湖南文理学院学报（自然科学版）》【年(卷),期】2018(030)001【摘要】As an example of excavation and supporting of university eastern subway station in Nanning, the combining diaphram wall with interior bracing support in deep pits is numerically simulated. A numerical simulation software named FLAC3Dis used to build a numerical model, in order to analyze contour map of displacement and shear strain increment about soil during different excavation steps. Under the support of inner bracing and diaphram wall, the maximum vertical displacement of foundation pit soil is about 9.5 cm and the uplift grows to the largest value in the central basement but it is smaller when the soil nears the foundation pit wall; the maximum horizontal displacement of foundation pit soil is about 2.0 cm and it appears on the central axis of the long side in the foundation pit; with the increase of excavation depth, scope of the shear strain increment slightly decreases firstly, and then increases significantly. Axial force of interior bracing is proportional to the excavation depth, and within the first interior bracing appeared on the tensile force.%以南宁市大学鲁班路地铁车站基坑开挖支护为背景, 对深基坑地下连续墙内支撑支护结构进行数值模拟分析.运用数值模拟软件 FLAC3D构建数值模型, 分析基坑在不同开挖阶段下的位移、剪应变增量及内支撑轴力等.在地下连续墙内支撑支护下基坑底部最大竖向位移约为9.5 cm, 基坑底部隆起位移量中间大, 两边小; 基坑侧壁最大水平位移为2.0 cm, 出现在基坑长边中轴处; 随着开挖深度的增大, 剪应变增量影响范围呈现先略微减小再增大的趋势; 内支撑轴力大小与基坑开挖深度成正比, 且在第1道内支撑上出现了拉力.【总页数】5页(P70-74)【作者】林春【作者单位】华侨大学福建省隧道与城市地下空间工程技术研究中心, 福建厦门, 361021【正文语种】中文【中图分类】TU470【相关文献】1.地铁车站深基坑支护体系的数值模拟分析 [J], 张军;郝林林2.某停车场深基坑支护方式的FLAC3D模拟分析 [J], 于丹;郭举兴;庄岩;吕勇3.兰州地铁车站深基坑支护选型分析与数值模拟研究 [J], 朱彦鹏;杨校辉;周勇;冉国良4.某地铁车站基坑工程的FLAC3D数值模拟分析 [J], 曹日跃5.基于FLAC3D的深基坑支护三维数值模拟分析 [J], 程泽海;于振帅因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
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。
