基于FLAC^3D深基坑土钉墙支护数值模仿

周浩文，邱丁山，邹先义

（中国十九冶团体有限公司 四川 成都 610031）

择要：以某小学深基坑工程为例，经过FLAC^3D创建了基坑开挖的三维模子，对基坑开挖历程及土钉墙支护举行模仿，剖析了程度位移及土钉墙受力特点，程度位移随开挖历程不停增大，沿基坑深度呈“U”型散布，最大位移达18mm；土钉最大应力在接近坡面地位，混凝土面层弯矩沿深度渐渐增大。研讨标明土钉墙支护方案是可行，可以无效地克制基坑变形，包管基坑的宁静波动。

要害词：深基坑 土钉墙 FLAC^3D 数值模仿

Numerical Simulation of Soil Nailing Wall Support for Deep Foundation Pit Based on FLAC^3D

ZHOU Haowen  QIU Dingshan  ZOU Xianyi

(China 19th Metallurgical Corporation, Sichuan Chengdu 610031)

Abstract: Taking a deep foundation pit project in a primary school as an example, a three-dimensional model of foundation pit excavation is established by FLAC^3D, and the process of foundation pit excavation and soil nailing wall support are simulated. The horizontal displacement and the stress characteristics of soil nailing wall are further analyzed. The horizontal displacement increases with the excavation process and distributes in a "U" shape along the depth of foundation pit, with the maximum displacement reaching 18 mm. The maximum stress of soil nail is near the slope, and the bending moment of concrete surface layer increases 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 pi; soil nailing; FLAC^3D; numerical simulation

1 弁言

随着都会建立范围的增大，深基坑工程越来越多。土钉墙支护具有施工利便、经济牢靠等特点，在基坑施工中使用较广^[1]，但关于基坑的波动和变形剖析每每是经过工程履历总结，不克不及定量地对基坑宁静举行评价^[2]。FLAC3D（Fast Lagrangian Analysis of Contunua）步伐是由美国ITASCA征询团体公司开辟的三维有限差分盘算软件，现在已普遍用于岩土工程数值剖析^[3]，该步伐内置了11种质料本构模子，包括空模子、3种弹性模子和7种塑性模子，此中空模子十分合适于基坑开挖模仿，其丰厚的布局单位如梁单位、锚索单位、桩单位、壳单位、土工格栅单位、衬砌单位等可以模仿基坑工程中种种罕见的支护布局情势。本文基于FLAC^3D三维有限差分步伐，创建了某深基坑土钉墙支护FLAC^3D模子，对基坑开挖历程举行了定量剖析，有助于引导实践工程施工，帮助工程决议计划。

2 工程概略

四川省遂宁市某小学深基坑工程，基坑深6m，施工厂地地层由上至下次要为粉质黏土层，卵、砾石层和强风化泥岩层，产状程度，土层参数见表1。思索到基坑开挖大概会发生较大变形，接纳土钉墙对深基坑举行支护，联合实践地质状况，共设置4排土钉，入射角度15°，长度9m，土钉接纳Ф20二级螺纹钢筋，程度间距和垂直间距均为1.5m。

表1 土层物理力学参数

3 三维有限差分模子

研讨标明模子影响范畴按右边界至坡脚的间隔取1.5H（基坑深度），坡顶至左边界取2.5H，坡顶至底部取2H较为公道^[4]。模子两侧限定程度位移，底部牢固，起首求解初始应力场至均衡态，然后分四步开挖，每步开挖1.5m，开挖后施加土钉和混凝土面层，土钉施加于间隔每次开挖坡底0.5m处。

土体的本构模子接纳基于Mohr-Coulomb屈从原则的抱负弹塑性模子。土钉接纳cable单位模仿，FLAC^3D中的cable单位由多个两节点之间具有相反截面积及质料参数的直线段构件构成，为弹塑性质料，可以受拉和受压，但不克不及抵挡弯矩，可以较好地模仿土钉的力学功能；混凝土面层（C20，厚度100mm）接纳shell单位模仿，shell单位由多个3节点等厚度三角形构件构成，每个构件可视为各向异性的线弹性质料，且无毁坏极限，实用于模仿疏忽横向剪切变形的薄膜布局^[5]，此处用来模仿土钉墙的混凝土面层较为符合。

图2 FLAC^3D深基坑支护模子

4 盘算后果

4.1 位移剖析

依据盘算后果可知，基坑边坡程度位移随着开挖的举行渐渐增大，程度位移的形状沿着基坑深度呈类似“U”字型散布，两头大，两端下，基坑深度2~4m范畴内变形较大；第4步开挖时（即开挖4.5~6.0m时），间隔地表2.5m处程度位移最大，达17.1mm，绝对位移为0.3%，未到达国度标准（GB50497）要求的预警值，这标明该支护方案是可行的。为了确保基坑是指处于宁静波动的形态，实践施工时应亲密存眷两头部位的程度位移，增强监测，须要时对部分地区进一步加固。

图3 各开挖步基坑程度位移随深度变革干系

4.2 土钉墙受力剖析

基坑开挖完成后，各层土钉应力及混凝土面层最大弯矩散布如图4所示，各层土钉应力最大值位于接近坡面约1m处，第三层土钉受力最大，应力达105.8MPa，但仍在屈从极限范畴内。面层弯矩根本上随着深度渐渐增大，最大值位于间隔坡脚0.5~1.0m处，最大弯矩到达7.89KN·m。

图4 土钉和混凝土面层受力求

总体而言，基坑程度位移较小，土钉和混凝土面层受力在宁静范畴之内，阐明该土钉墙支护方案可以无效克制基坑变形，坚持基坑波动。

5 结论

本文以某学校深基坑为例，经过FLAC^3D创建了深基坑开挖和土钉支墙护的三维有限差分模子，模仿了基坑开挖静态历程，对基坑程度位移和土钉墙受力状况举行了剖析。盘算后果标明土钉墙支护方案是宁静牢靠的，可以无效克制基坑变形，维持基坑波动，对实践工程施东西有紧张的引导意义。

参考文献：

[1]罗晓辉, 何立红. 基坑开挖土钉墙支护波动性的优化剖析[J]. 岩土工程技能###

[2]马宏,季聪,杨瑞刚,刘录君. 使用FLAC3D对基坑支护数值模仿剖析[J]. 天下地质###57-861.

[3]Itasca Consulting Group, Inc. FLAC3D users manuals[M]. USA: Itasca Consulting Group Inc, 2003.

[4]张鲁渝,郑颖人,赵尚毅,等.有限元强度折减系数法盘算土坡波动宁静系数的精度研讨[J]水利学报###27.

[5]陈育民, 徐鼎平. FLAC/FLAC3D底子与工程实例（第二版）[M]. 北京: 中国水利水出书社, 2013.

 

 

 

责任编辑：刘现刚