FLAC-3D深基坑的開挖與支護(hù)的命令流

1、FLAC深基坑的開挖與支護(hù)的命令流一、實(shí)例工程南寧地區(qū)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(nèi)尚無在類似地層條件下建設(shè)地鐵基坑的經(jīng)驗(yàn)，為此，可使用 FLAC3D 對基坑開挖的全過程進(jìn)行三維數(shù)值模擬，在對比實(shí)測數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，總結(jié)圓礫層中地鐵車站深基坑的地下連續(xù)墻水平變形及周圍地表沉降變形特征。 該基坑位于大學(xué)路與明秀路交叉路口處，沿大學(xué)東路東西向布置。車站基坑長465m，標(biāo)準(zhǔn)斷面寬度為20.7m，為地下兩層式結(jié)構(gòu)，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(jié)構(gòu)形式為雙柱三跨框架箱型結(jié)構(gòu)。 本工程所處的大學(xué)路為南寧市東

2、西向的主要交通樞紐，車流量大，人流密集，地面條件復(fù)雜?；邮┕げ捎妹魍陧樧鞣ㄊ┕?，圍護(hù)結(jié)構(gòu)為 800mm厚地下連續(xù)墻+內(nèi)撐（三道內(nèi)支撐加一道換撐）的支護(hù)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(yù)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部分組成，實(shí)體模型部分，包括土體和地下連續(xù)墻；結(jié)構(gòu)單元部分，包括混凝土支撐和鋼支撐。 根據(jù)對稱性原理，擬選取 1/2 的實(shí)際工程尺寸進(jìn)

3、行分析?？紤]到實(shí)際的基坑長度將近 500m，根據(jù)以往的經(jīng)驗(yàn)，選取全部長度的一半雖然能夠得到滿意的結(jié)果，但是由于中間部分的基坑基本處于同樣的受力狀態(tài)，這樣會使大部分的計算長度變?yōu)橹貜?fù)的計算，降低了計算效率。根據(jù)初步計算結(jié)果和經(jīng)驗(yàn)，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(jù)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(hù)結(jié)構(gòu)可以用襯砌單元(liner)或?qū)嶓w單元模擬。根據(jù)Zdravdovi的研究，在二維平面基坑模擬中，分別采用實(shí)體單元和梁單元(相當(dāng)于三維模型中的襯砌單元)計算所產(chǎn)生的墻體變形差別小于4%，而引起地表沉降

4、的主要原因是圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形造成的地層損失，可見上述兩種方法計算結(jié)果的差別可忽略不計。相比于襯砌單元(liner)，實(shí)體單元物理模型清晰，參數(shù)相對較少且容易確定，因此本例圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用實(shí)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(qū)域，同時又要兼顧計算效率。根據(jù)現(xiàn)行國家和個地方規(guī)范的要求，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(wǎng)格，網(wǎng)格劃分原則為基坑附近密集，遠(yuǎn)處稀疏，模型共有節(jié)點(diǎn) 10890個，單元9408個。模型如圖所示。 圖 建立模型命令流如下：n ;開挖土體

5、gen 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(shí)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

6、 p3 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

7、.8,12.8,-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 p

9、1 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 -

10、20.8,0,0 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

11、 brick 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

12、-60,0,19 ;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

13、-20.8,32,-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 fars

14、oil 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(biāo)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(zhì)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 ra

16、nge 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(gòu)，屬性- m e range group wall ini density 2500 range group wall

17、 pro 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(diào)用通過上述命令流可得如下圖所示：圖 初始平衡應(yīng)力3、 開挖與支護(hù)該工程分四次開挖，架設(shè)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(shè)第一道支撐；第三工況：開挖11.8m，架設(shè)第二道支撐；第四工況：開挖至坑底（19m），架設(shè)第三

18、道支撐。命令流如下：工況一命令流：restore inidis0.sav ;恢復(fù)前面的初始平衡;速度、位移、塑性區(qū)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(jiān)測內(nèi)撐軸力- ;因工況一未架設(shè)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 forc

19、e Fx 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(jiān)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

20、id 10633 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(jiān)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

21、id 44 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 g

22、p ydis 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

23、 ydis 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(diào)用運(yùn)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(shè)置第一道混凝土 beam內(nèi)撐- ;設(shè)置斜撐 sel beam begin 3,12,19 end 0,9,19 sel beam be

24、gin 6,12,19 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(shè)置對撐 ;對撐一- ;通過結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)建立結(jié)構(gòu)單元（也可通過坐標(biāo)指定建立，然后再刪除節(jié)點(diǎn)創(chuàng)建新的節(jié)點(diǎn)）（陳育民書P150）sel node id=101 12 12 19sel node id=102 15 12 19sel node id=103 18 12 19se

25、l node id=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

26、 id 101 101 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

27、 19sel node 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

28、 target zonesel 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=12

29、3 33 -12 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 zone

30、sel link id 116 122 target zonesel link id 117 123 target zonesel link id 118 124 target zone;內(nèi)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(jiān)測內(nèi)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

31、h id 4 sel beams force Fx cid=7h id 5 sel beams force Fx cid=8h id 6 sel beams force Fx cid=9;顯示結(jié)構(gòu)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(diào)用運(yùn)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 ran

32、ge x 0 36 y -12 12 z 6.2 12.8 ;設(shè)置第二道鋼 beam內(nèi)撐-;設(shè)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(shè)置對撐 sel beam

33、begin 12,12,13.3 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

34、33,12,13.3 end 33,-12,13.3 sel beam begin 36,12,13.3 end 36,-12,13.3 ;內(nèi)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(jié)構(gòu)單元plot con zdisp plot add sel geom node offplot add sel beam force fxplot set rot 40 0 280SolveSave stage3.sav ;保存工況三，方便下一工況調(diào)用運(yùn)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(shè)置第三道鋼 beam內(nèi)撐-;設(shè)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.