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文檔簡介

1、wordFLAC深基坑的開挖與支護的命令流一、實例工程南寧地區地層屬于河流階地二元地層,廣泛分布有較厚的圓礫層,國內尚無在類似地層條件下建設地鐵基坑的經驗,為此,可使用 FLAC3D 對基坑開挖的全過程進行三維數值模擬,在比照實測數據的根底上,總結圓礫層中地鐵車站深基坑的地下連續墻水平變形及周圍地表沉降變形特征。 該基坑位于大學路與明秀路交叉路口處,沿大學東路東西向布置。車站基坑長465m,標準斷面寬度為20.7m,為地下兩層式結構,底板埋深為 15.535m相對地面,頂板覆土厚度大于 3m。本工程主體建筑面積 21163.6m2,主要結構形式為雙柱三跨框架箱型結構。 本工程所處的大學路為南寧

2、市東西向的主要交通樞紐,車流量大,人流密集,地面條件復雜。基坑施工采用明挖順作法施工,圍護結構為 800mm厚地下連續墻+內撐三道內支撐加一道換撐的支護體系。第一道支撐采用鋼筋混凝土支撐,尺寸為800×900mm,冠梁同時作為第一道鋼筋混凝土支撐的圍檁。第二、三道支撐及換撐使用鋼支撐并施加預加力,直徑為 609mm,壁厚為 t=16mm,斜撐段采用800×1000mm鋼筋砼腰梁,其余為 2×I45C鋼圍檁。2、 模型建立建模工作由兩局部組成,實體模型局部,包括土體和地下連續墻;結構單元局部,包括混凝土支撐和鋼支撐。 根據對稱性原理,擬選取 1/2 的實際工程尺寸進

3、行分析。考慮到實際的基坑長度將近 500m,根據以往的經驗,選取全部長度的一半雖然能夠得到滿意的結果,但是由于中間局部的基坑根本處于同樣的受力狀態,這樣會使大局部的計算長度變為重復的計算,降低了計算效率。根據初步計算結果和經驗,最終確定的基坑尺寸為,寬度取基坑的最大寬度 24m,開挖深度 19m,基坑長度 36m。根據地勘報告,合并相似土層,模型中共劃分了 7個土層。 在 FLAC3D 中,圍護結構可以用襯砌單元(liner)或實體單元模擬。根據Zdravdovi的研究,在二維平面基坑模擬中,分別采用實體單元和梁單元(相當于三維模型中的襯砌單元)計算所產生的墻體變形差異小于4%,而引起地表沉降

4、的主要原因是圍護結構變形造成的地層損失,可見上述兩種方法計算結果的差異可忽略不計。相比于襯砌單元(liner),實體單元物理模型清晰,參數相對較少且容易確定,因此本例圍護結構采用實體單元模擬。模型的范圍必須要足夠大以覆蓋基坑開挖可能影響的區域,同時又要兼顧計算效率。根據現行國家和個地方標準的要求,參考已有的研究成果,影響范圍為4 倍開挖深度,整個模型的尺寸為 96×144×39長×寬×高 m 。為減少不必要的網格,網格劃分原那么為基坑附近密集,遠處稀疏,模型共有節點 10890個,單元9408個。模型如下圖。 圖 建立模型命令流如下:n ;開挖土體 ge

5、n zone brick size 12 4 10 p0 0,0,0 p1 36,0,0 p2 0,12,0 p3 0,0,19 ;開挖下部土體 gen zone brick size 12 4 4 p0 0,0,-20 p1 36,0,-20 p2 0,12,-20 p3 0,0,0 group exc ;實體地連墻 gen zone brick size 12 1 10 p0 0,12,0 p1 36,12,0 p2 0,12.8,0 p3 0,12,19 gen zone brick size 12 1 4 p0 0,12,-20 p1 36,12,-20 p2 0,12.8,-20 p

6、3 0,12,0 gen zone brick size 1 4 10 p0 -0.8,0,0 p1 0,0,0 p2 -0.8,12,0 p3 -0.8,0,19 gen zone brick size 1 4 4 p0 -0.8,0,-20 p1 0,0,-20 p2 -0.8,12,-20 p3 -0.8,0,0 gen zone brick size 1 1 10 p0 -0.8,12,0 p1 0,12,0 p2 -0.8,12.8,0 p3 -0.8,12,19 gen zone brick size 1 1 4 p0 -0.8,12,-20 p1 0,12,-20 p2 -0.8

7、,12.8,-20 p3 -0.8,12,0 group wall range group exc not ;- ;土體 gen zone brick size 12 5 10 p0 0,12.8,0 p1 36,12.8,0 p2 0,32,0 p3 0,12.8,19 gen zone brick size 1 5 10 p0 -0.8,12.8,0 p1 0,12.8,0 p2 -0.8,32,0 p3 -0.8,12.8,19 gen zone brick size 5 5 10 p0 -20.8,12.8,0 p1 -0.8,12.8,0 p2 -20.8,32,0 p3 -20.8

8、,12.8,19 gen zone brick size 5 1 10 p0 -20.8,12,0 p1 -0.8,12,0 p2 -20.8,12.8,0 p3 -20.8,12,19 gen zone brick size 5 4 10 p0 -20.8,0,0 p1 -0.8,0,0 p2 -20.8,12,0 p3 -20.8,0,19 gen zone brick size 12 5 4 p0 0,12.8,-20 p1 36,12.8,-20 p2 0,32,-20 p3 0,12.8,0 gen zone brick size 1 5 4 p0 -0.8,12.8,-20 p1

9、0,12.8,-20 p2 -0.8,32,-20 p3 -0.8,12.8,0 gen zone brick size 5 5 4 p0 -20.8,12.8,-20 p1 -0.8,12.8,-20 p2 -20.8,32,-20 p3 -20.8,12.8,0 gen zone brick size 5 1 4 p0 -20.8,12,-20 p1 -0.8,12,-20 p2 -20.8,12.8,-20 p3 -20.8,12,0 gen zone brick size 5 4 4 p0 -20.8,0,-20 p1 -0.8,0,-20 p2 -20.8,12,-20 p3 -20

10、.8,0,0 group nearsoil range group exc not group wall not ;- gen zone brick size 12 9 10 p0 0,32,0 p1 36,32,0 p2 0,92,0 p3 0,32,19 gen zone brick size 1 9 10 p0 -0.8,32,0 p1 0,32,0 p2 -0.8,92,0 p3 -0.8,32,19 gen zone brick size 5 9 10 p0 -20.8,32,0 p1 -0.8,32,0 p2 -20.8,92,0 p3 -20.8,32,19 gen zone b

11、rick size 3 9 10 p0 -60,32,0 p1 -20.8,32,0 p2 -60,92,0 p3 -60,32,19 gen zone brick size 3 5 10 p0 -60,12.8,0 p1 -20.8,12.8,0 p2 -60,32,0 p3 -60,12.8,19 gen zone brick size 3 1 10 p0 -60,12,0 p1 -20.8,12,0 p2 -60,12.8,0 p3 -60,12,19 gen zone brick size 3 4 10 p0 -60,0,0 p1 -20.8,0,0 p2 -60,12,0 p3 -6

12、0,0,19 ;深部土體 gen zone brick size 12 9 4 p0 0,32,-20 p1 36,32,-20 p2 0,92,-20 p3 0,32,0 gen zone brick size 1 9 4 p0 -0.8,32,-20 p1 0,32,-20 p2 -0.8,92,-20 p3 -0.8,32,0 gen zone brick size 5 9 4 p0 -20.8,32,-20 p1 -0.8,32,-20 p2 -20.8,92,-20 p3 -20.8,32,0 gen zone brick size 3 9 4 p0 -60,32,-20 p1 -2

13、0.8,32,-20 p2 -60,92,-20 p3 -60,32,0 gen zone brick size 3 5 4 p0 -60,12.8,-20 p1 -20.8,12.8,-20 p2 -60,32,-20 p3 -60,12.8,0 gen zone brick size 3 1 4 p0 -60,12,-20 p1 -20.8,12,-20 p2 -60,12.8,-20 p3 -60,12,0 gen zone brick size 3 4 4 p0 -60,0,-20 p1 -20.8,0,-20 p2 -60,12,-20 p3 -60,0,0 group farsoi

14、l range group exc not group wall not group nearsoil not gen merge 0.01plot block group ;鏡像對稱 gen zone ref nor 0 -1 0 ;顯示坐標軸 plot add axes red ;邊界條件- fix x range x -60.1 -59.9 fix x range x 35.9 36.1 fix y range y 91.9 92.1 fix y range y -91.9 -92.1 fix z range z -20.1 -19.9 ;重力- set grav 0 0 -9.81 ;

15、土體材料屬性- model mohr ;填土 pro bulk 6e6 she 2.22e6 fric 9 coh 20000 dens 1850 range z 16.9 19.1 ;淤泥質土 pro bulk 3e6 she 1.07e6 fric 4 coh 5000 dens 1830 range z 12.9 17.1 ;粘土 pro bulk 12e6 she 4.62e6 fric 15 coh 27500 dens 1970 range z 10.9 13.1 ;粉土 pro bulk 10e6 she 3.8e6 fric 18 coh 8000 dens 2000 rang

16、e z 8.9 11.1 ;中砂,粗砂,礫砂 pro bulk 25e6 she 9.68e6 fric 30 coh 0 dens 2050 range z 2.9 9.1 ;圓礫層 pro bulk 32e6 she 12.8e6 fric 32 coh 0 dens 2200 range z -4.1 3.1 ;泥巖 pro bulk 50e6 she 22.5e6 fric 70 coh 0 dens 2200 range z -21.1 -3.9 ;給地連墻賦本構,屬性- m e range group wall ini density 2500 range group wall p

17、ro young 40e9 poisson 0.167 range group wall ;計算初始平衡plot set rotation 20 0 30 set mech ratio 1e-4plot con szzSolveSave inidis0.sav ;保存初始平衡,后面再調用通過上述命令流可得如下列圖所示:圖 初始平衡應力3、 開挖與支護該工程分四次開挖,架設三道支撐第一道為鋼筋混凝土支撐,第二、三道為鋼支撐,故把工程分成四個工況。第一工況:開挖0.5m;第二工況:開挖6.7m,架設第一道支撐;第三工況:開挖11.8m,架設第二道支撐;第四工況:開挖至坑底19m,架設第三道支撐。命

18、令流如下:工況一命令流:restore inidis0.sav ;恢復前面的初始平衡;速度、位移、塑性區歸零 ;開挖前將其清零initial xdisplacement 0 ydisplacement 0 zdisplacement 0 initial xvelocity 0 yvelocity 0 zvelocity 0 initial state 0 ;監測內撐軸力- ;因工況一未架設支撐,故前面用分號隔開;h id 1 sel beams force Fx cid=1 ;h id 2 sel beams force Fx cid=2 ;h id 3 sel beams force Fx

19、cid=3 ;h id 4 sel beams force Fx cid=7;h id 5 sel beams force Fx cid=8;h id 6 sel beams force Fx cid=9;監測地表沉降- ;- h id 7 gp zdis id 7172 h id 8 gp zdis id 7523 h id 9 gp zdis id 8313 h id 10 gp zdis id 8326 h id 11 gp zdis id 8339 h id 12 gp zdis id 8352 h id 13 gp zdis id 8365 h id 14 gp zdis id 10

20、633 h id 15 gp zdis id 10646 h id 16 gp zdis id 10659 h id 17 gp zdis id 10672 h id 18 gp zdis id 10685 h id 19 gp zdis id 10698 h id 20 gp zdis id 10711 h id 21 gp zdis id 10724 h id 22 gp zdis id 10737 ;監測地連墻水平位移- ;中段- h id 41 gp ydis id 7172 h id 42 gp ydis id 7120 h id 43 gp ydis id 7068 h id 44

21、 gp ydis id 7016 h id 45 gp ydis id 6964 h id 46 gp ydis id 6912 h id 47 gp ydis id 6860 h id 48 gp ydis id 6808 h id 49 gp ydis id 6756 h id 50 gp ydis id 6704 h id 51 gp ydis id 6703 h id 52 gp ydis id 7380 h id 53 gp ydis id 7328 h id 54 gp ydis id 7276 h id 55 gp ydis id 7275 ;邊角- h id 56 gp ydi

22、s id 704 h id 57 gp ydis id 639 h id 58 gp ydis id 574 h id 59 gp ydis id 509 h id 60 gp ydis id 444 h id 61 gp ydis id 379 h id 62 gp ydis id 314 h id 63 gp ydis id 249 h id 64 gp ydis id 184 h id 65 gp ydis id 108 h id 66 gp ydis id 106 h id 67 gp ydis id 964 h id 68 gp ydis id 899 h id 69 gp ydis

23、 id 823 h id 70 gp ydis id 821 ;開挖-;第一步開挖model null range x 0 36 y -12 12 z 18.5 19 SolveSave stage1.sav ;保存工況一,方便下一工況調用運行上面命令流,得到位移云圖,如下所示:圖 工況一水平位移云圖工況二命令流:restore stage1.sav;第二步開挖model null range x 0 36 y -12 12 z 12.8 18.5;設置第一道混凝土 beam內撐- ;設置斜撐 sel beam begin 3,12,19 end 0,9,19 sel beam begin 6

24、,12,19 end 0,6,19 sel beam begin 9,12,19 end 0,3,19 sel beam begin 3,-12,19 end 0,-9,19 sel beam begin 6,-12,19 end 0,-6,19 sel beam begin 9,-12,19 end 0,-3,19 ;設置對撐 ;對撐一- ;通過結構節點建立結構單元也可通過坐標指定建立,然后再刪除節點創立新的節點陳育民書P150sel node id=101 12 12 19sel node id=102 15 12 19sel node id=103 18 12 19sel node id

25、=104 15 6 19sel node id=105 15 -6 19sel node id=106 12 -12 19sel node id=107 15 -12 19sel node id=108 18 -12 19sel beamsel node 101 104 sel beamsel node 102 104 sel beamsel node 103 104sel beamsel node 104 105sel beamsel node 106 105 sel beamsel node 107 105sel beamsel node 108 105 sel link id 101 1

26、01 target zonesel link id 102 102 target zonesel link id 103 103 target zonesel link id 104 106 target zonesel link id 105 107 target zonesel link id 106 108 target zone;對撐二- sel node id=109 21 12 19sel node id=110 24 12 19sel node id=111 27 12 19sel node id=112 24 6 19sel node id=113 24 -6 19sel no

27、de id=114 21 -12 19sel node id=115 24 -12 19sel node id=116 27 -12 19sel beamsel node 109 112 sel beamsel node 110 112 sel beamsel node 111 112sel beamsel node 112 113sel beamsel node 114 113 sel beamsel node 115 113sel beamsel node 116 113 sel link id 107 109 target zonesel link id 108 110 target z

28、onesel link id 109 111 target zonesel link id 110 114 target zonesel link id 111 115 target zonesel link id 112 116 target zone;對撐三- sel node id=117 30 12 19sel node id=118 33 12 19sel node id=119 36 12 19sel node id=120 33 6 19sel node id=121 33 -6 19sel node id=122 30 -12 19sel node id=123 33 -12

29、19sel node id=124 36 -12 19sel beamsel node 117 120 sel beamsel node 118 120 sel beamsel node 119 120sel beamsel node 120 121sel beamsel node 122 121sel beamsel node 123 121sel beamsel node 124 121 sel link id 113 117 target zonesel link id 114 118 target zonesel link id 115 119 target zonesel link

30、id 116 122 target zonesel link id 117 123 target zonesel link id 118 124 target zone;內撐賦屬性 Sel beam prop emod=32e9 nu=0.167 sel beam prop XCArea=7.2e-1 XCIz=4.86e-2 XCIy=3.48e-2 XCJ=0.0 ;監測內撐軸力- h id 1 sel beams force Fx cid=1 h id 2 sel beams force Fx cid=2 h id 3 sel beams force Fx cid=3 h id 4 se

31、l beams force Fx cid=7h id 5 sel beams force Fx cid=8h id 6 sel beams force Fx cid=9;顯示結構單元plot con zdisp plot add sel geom node offplot add sel beam force fxplot set rot 40 0 280SolveSave stage2.sav ;保存工況二,方便下一工況調用運行上面命令流,得到位移云圖,如下所示:圖 工況二水平位移云圖工況三命令流:restore stage2.sav;第三步開挖model null range x 0 36

32、 y -12 12 z 6.2 12.8 ;設置第二道鋼 beam內撐-;設置斜撐 sel beam begin 3,12,13.3 end 0,9,13.3 sel beam begin 6,12,13.3 end 0,6,13.3 sel beam begin 9,12,13.3 end 0,3,13.3 sel beam begin 3,-12,13.3 end 0,-9,13.3 sel beam begin 6,-12,13.3 end 0,-6,13.3 sel beam begin 9,-12,13.3 end 0,-3,13.3 ;設置對撐 sel beam begin 12,

33、12,13.3 end 12,-12,13.3 sel beam begin 15,12,13.3 end 15,-12,13.3 sel beam begin 18,12,13.3 end 18,-12,13.3 sel beam begin 21,12,13.3 end 21,-12,13.3 sel beam begin 24,12,13.3 end 24,-12,13.3 sel beam begin 27,12,13.3 end 27,-12,13.3 sel beam begin 30,12,13.3 end 30,-12,13.3 sel beam begin 33,12,13.

34、3 end 33,-12,13.3 sel beam begin 36,12,13.3 end 36,-12,13.3 ;內撐賦屬性- Sel beam prop emod=200e9 nu=0.3 range z 13.2 13.4 sel beam prop XCArea=3.05e-3 XCIz=1.31e-3 XCIy=1.31e-3 XCJ=0.0 range z 13.2 13.4 ;顯示結構單元plot con zdisp plot add sel geom node offplot add sel beam force fxplot set rot 40 0 280SolveS

35、ave stage3.sav ;保存工況三,方便下一工況調用運行上面命令流,得到位移云圖,如下所示: 圖 工況三水平位移云圖工況四命令流:restore stage3.sav;第四步開挖model null range x 0 36 y -12 12 z 0 6.2;設置第三道鋼 beam內撐-;設置斜撐 sel beam begin 3,12,6.7 end 0,9,6.7sel beam begin 6,12,6.7 end 0,6,6.7sel beam begin 9,12,6.7 end 0,3,6.7 sel beam begin 3,-12,6.7 end 0,-9,6.7 se

36、l beam begin 6,-12,6.7 end 0,-6,6.7sel beam begin 9,-12,6.7 end 0,-3,6.7;設置對撐 sel beam begin 12,12,6.7 end 12,-12,6.7 sel beam begin 15,12,6.7 end 15,-12,6.7 sel beam begin 18,12,6.7 end 18,-12,6.7 sel beam begin 21,12,6.7 end 21,-12,6.7 sel beam begin 24,12,6.7 end 24,-12,6.7 sel beam begin 27,12,6

37、.7 end 27,-12,6.7sel beam begin 30,12,6.7 end 30,-12,6.7 sel beam begin 33,12,6.7 end 33,-12,6.7sel beam begin 36,12,6.7 end 36,-12,6.7 ;內撐賦屬性- Sel beam prop emod=200e9 nu=0.3 range z 13.2 13.4 sel beam prop XCArea=3.05e-3 XCIz=1.31e-3 XCIy=1.31e-3 XCJ=0.0 range z 13.2 13.4 ;顯示結構單元plot con zdisp plo

38、t add sel geom node offplot add sel beam force fxplot set rot 40 0 280SolveSave result.sav ;保存最后結果,通過print write n file.文件名.dat 提取數據運行上面命令流,得到位移云圖,如下所示:圖 工況三水平位移云圖四、計算結果為了更清晰的反映計算結果,尋找內在規律,可將五個工況的地下連續墻側移繪制在一張圖中,通過Origin 作圖等繪圖軟件。很明顯,只有對數據進行更深入的處理,才能發現計算結果的規律,反映問題的本質。同時也能夠讓讀者以最直觀、最清晰的方式解讀計算成果。 提取數據命令流如下:hist write 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 file 中段水平位移.dathist write 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 file 邊角水平位移.dathist write 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 file 地表沉降.dathist write 1 2 3 4 5 6 file 軸力.dat魚知水恩,乃幸福之源也。魚離不開水,人離不開親人和朋友,當你處于逆境和

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