FLAC3D深基坑的开挖与支护的命令流.docx
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FLAC3D深基坑的开挖与支护的命令流
FLAC
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。
相比于衬砌单元(liner),实体单元物理模型清晰,参数相对较少且容易确定,因此本例围护结构采用实体单元模拟。
模型的范围必须要足够大以覆盖基坑开挖可能影响的区域,同时又要兼顾计算效率。
根据现行国家和个地方规范的要求,参考已有的研究成果,影响范围为4倍开挖深度,整个模型的尺寸为96×144×39(长×宽×高m)。
为减少不必要的网格,网格划分原则为基坑附近密集,远处稀疏,模型共有节点10890个,单元9408个。
模型如图所示。
图建立模型
命令流如下:
n
;开挖土体
genzonebricksize12410p00,0,0p136,0,0p20,12,0p30,0,19
;开挖下部土体
genzonebricksize1244p00,0,-20p136,0,-20p20,12,-20p30,0,0
groupexc
;实体地连墙
genzonebricksize12110p00,12,0p136,12,0p20,12.8,0p30,12,19
genzonebricksize1214p00,12,-20p136,12,-20p20,12.8,-20p30,12,0
genzonebricksize1410p0-0.8,0,0p10,0,0p2-0.8,12,0p3-0.8,0,19
genzonebricksize144p0-0.8,0,-20p10,0,-20p2-0.8,12,-20p3-0.8,0,0
genzonebricksize1110p0-0.8,12,0p10,12,0p2-0.8,12.8,0p3-0.8,12,19
genzonebricksize114p0-0.8,12,-20p10,12,-20p2-0.8,12.8,-20p3-0.8,12,0
groupwallrangegroupexcnot
;--------------------------------------------------------------------------------
;土体
genzonebricksize12510p00,12.8,0p136,12.8,0p20,32,0p30,12.8,19
genzonebricksize1510p0-0.8,12.8,0p10,12.8,0p2-0.8,32,0p3-0.8,12.8,19
genzonebricksize5510p0-20.8,12.8,0p1-0.8,12.8,0p2-20.8,32,0p3-20.8,12.8,19
genzonebricksize5110p0-20.8,12,0p1-0.8,12,0p2-20.8,12.8,0p3-20.8,12,19
genzonebricksize5410p0-20.8,0,0p1-0.8,0,0p2-20.8,12,0p3-20.8,0,19
genzonebricksize1254p00,12.8,-20p136,12.8,-20p20,32,-20p30,12.8,0
genzonebricksize154p0-0.8,12.8,-20p10,12.8,-20p2-0.8,32,-20p3-0.8,12.8,0
genzonebricksize554p0-20.8,12.8,-20p1-0.8,12.8,-20p2-20.8,32,-20p3-20.8,12.8,0
genzonebricksize514p0-20.8,12,-20p1-0.8,12,-20p2-20.8,12.8,-20p3-20.8,12,0
genzonebricksize544p0-20.8,0,-20p1-0.8,0,-20p2-20.8,12,-20p3-20.8,0,0
groupnearsoilrangegroupexcnotgroupwallnot
;---------------------------------------------------------------------------------
genzonebricksize12910p00,32,0p136,32,0p20,92,0p30,32,19
genzonebricksize1910p0-0.8,32,0p10,32,0p2-0.8,92,0p3-0.8,32,19
genzonebricksize5910p0-20.8,32,0p1-0.8,32,0p2-20.8,92,0p3-20.8,32,19
genzonebricksize3910p0-60,32,0p1-20.8,32,0p2-60,92,0p3-60,32,19
genzonebricksize3510p0-60,12.8,0p1-20.8,12.8,0p2-60,32,0p3-60,12.8,19
genzonebricksize3110p0-60,12,0p1-20.8,12,0p2-60,12.8,0p3-60,12,19
genzonebricksize3410p0-60,0,0p1-20.8,0,0p2-60,12,0p3-60,0,19
;深部土体
genzonebricksize1294p00,32,-20p136,32,-20p20,92,-20p30,32,0
genzonebricksize194p0-0.8,32,-20p10,32,-20p2-0.8,92,-20p3-0.8,32,0
genzonebricksize594p0-20.8,32,-20p1-0.8,32,-20p2-20.8,92,-20p3-20.8,32,0
genzonebricksize394p0-60,32,-20p1-20.8,32,-20p2-60,92,-20p3-60,32,0
genzonebricksize354p0-60,12.8,-20p1-20.8,12.8,-20p2-60,32,-20p3-60,12.8,0
genzonebricksize314p0-60,12,-20p1-20.8,12,-20p2-60,12.8,-20p3-60,12,0
genzonebricksize344p0-60,0,-20p1-20.8,0,-20p2-60,12,-20p3-60,0,0
groupfarsoilrangegroupexcnotgroupwallnotgroupnearsoilnot
genmerge0.01
plotblockgroup
;镜像对称
genzonerefnor0-10
;显示坐标轴
plotaddaxesred
;边界条件-------------------------------------------------------------------------
fixxrangex-60.1-59.9
fixxrangex35.936.1
fixyrangey91.992.1
fixyrangey-91.9-92.1
fixzrangez-20.1-19.9
;重力-----------------------------------------------------------------------------
setgrav00-9.81
;土体材料属性----------------------------------------------------------------------
modelmohr
;填土
probulk6e6she2.22e6fric9coh20000dens1850rangez16.919.1
;淤泥质土
probulk3e6she1.07e6fric4coh5000dens1830rangez12.917.1
;粘土
probulk12e6she4.62e6fric15coh27500dens1970rangez10.913.1
;粉土
probulk10e6she3.8e6fric18coh8000dens2000rangez8.911.1
;中砂,粗砂,砾砂
probulk25e6she9.68e6fric30coh0dens2050rangez2.99.1
;圆砾层
probulk32e6she12.8e6fric32coh0dens2200rangez-4.13.1
;泥岩
probulk50e6she22.5e6fric70coh0dens2200rangez-21.1-3.9
;给地连墙赋本构,属性------------------------------
merangegroupwall
inidensity2500rangegroupwall
proyoung40e9poisson0.167rangegroupwall
;计算初始平衡
plotsetrotation20030
setmechratio1e-4
plotconszz
Solve
Saveinidis0.sav;保存初始平衡,后面再调用
通过上述命令流可得如下图所示:
图初始平衡应力
三、开挖与支护
该工程分四次开挖,架设三道支撑(第一道为钢筋混凝土支撑,第二、三道为钢支撑),故把工程分成四个工况。
第一工况:
开挖0.5m;
第二工况:
开挖6.7m,架设第一道支撑;
第三工况:
开挖11.8m,架设第二道支撑;
第四工况:
开挖至坑底(19m),架设第三道支撑。
命令流如下:
工况一命令流:
restoreinidis0.sav;恢复前面的初始平衡
;速度、位移、塑性区归零;开挖前将其清零
initialxdisplacement0ydisplacement0zdisplacement0
initialxvelocity0yvelocity0zvelocity0
initialstate0
;监测内撑轴力---------------------------------;因工况一未架设支撑,故前面用分号隔开
;hid1selbeamsforceFxcid=1
;hid2selbeamsforceFxcid=2
;hid3selbeamsforceFxcid=3
;hid4selbeamsforceFxcid=7
;hid5selbeamsforceFxcid=8
;hid6selbeamsforceFxcid=9
;监测地表沉降--------------------------------
;--------------------------------------------
hid7gpzdisid7172
hid8gpzdisid7523
hid9gpzdisid8313
hid10gpzdisid8326
hid11gpzdisid8339
hid12gpzdisid8352
hid13gpzdisid8365
hid14gpzdisid10633
hid15gpzdisid10646
hid16gpzdisid10659
hid17gpzdisid10672
hid18gpzdisid10685
hid19gpzdisid10698
hid20gpzdisid10711
hid21gpzdisid10724
hid22gpzdisid10737
;监测地连墙水平位移------------------------
;中段------------------------------------------
hid41gpydisid7172
hid42gpydisid7120
hid43gpydisid7068
hid44gpydisid7016
hid45gpydisid6964
hid46gpydisid6912
hid47gpydisid6860
hid48gpydisid6808
hid49gpydisid6756
hid50gpydisid6704
hid51gpydisid6703
hid52gpydisid7380
hid53gpydisid7328
hid54gpydisid7276
hid55gpydisid7275
;边角----------------------------------------
hid56gpydisid704
hid57gpydisid639
hid58gpydisid574
hid59gpydisid509
hid60gpydisid444
hid61gpydisid379
hid62gpydisid314
hid63gpydisid249
hid64gpydisid184
hid65gpydisid108
hid66gpydisid106
hid67gpydisid964
hid68gpydisid899
hid69gpydisid823
hid70gpydisid821
;开挖------------------------------------
;第一步开挖
modelnullrangex036y-1212z18.519
Solve
Savestage1.sav;保存工况一,方便下一工况调用
运行上面命令流,得到位移云图,如下所示:
图工况一水平位移云图
工况二命令流:
restorestage1.sav
;第二步开挖
modelnullrangex036y-1212z12.818.5
;设置第一道混凝土beam内撑-------------------------------------
;设置斜撑
selbeambegin3,12,19end0,9,19
selbeambegin6,12,19end0,6,19
selbeambegin9,12,19end0,3,19
selbeambegin3,-12,19end0,-9,19
selbeambegin6,-12,19end0,-6,19
selbeambegin9,-12,19end0,-3,19
;设置对撑
;对撑一------------------------------------------;通过结构节点建立结构单元(也可通过坐标指定建立,然后再删除节点创建新的节点)—(陈育民书P150)
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;对撑二----------------------------------------
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;对撑三----------------------------------------
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