flacd在某工程开挖支护中的应用

FLAC3D3.0在某工程开挖支护中的应用FLAC3D计算优势

FLAC3D(FastLagrangianAnalysisofContinuain3Dimensions)是由美国ItascaConsultingGroupInc开发的三维显式有限差分法程序，该程序采用“混合离散化”(mixeddiscretization)技术，更为精确和有效地模拟计算材料的塑性破坏和塑性流动。它全部使用动力运动方程，较好地模拟系统的力学不平衡到平衡的全过程。目前该软件在国内、外已被广泛应用于工程地质、岩土力学以及构造地质学和成矿学等研究领域。FLAC3D包含了10种弹塑性材料本构模型，其中包括1个空洞模型，3个弹性模型及6个塑性模型。同时它还包含静力（StaticAnalysis）、动力（DynamicAnalysis）、蠕变（CreepMaterialModel）、渗流（Fluid-mechanicalInteraction）及热力学（ThermalOption）5种计算模式，各种模式间可以相互“耦合”，以模拟各种复杂的工程力学行为。FLAC3D可以模拟多种结构形式，如岩体、土体或其他材料实体，梁（Beam）、锚元（Cable）、桩（Pile）、壳（Shell）以及人工结构如支护、衬砌、锚索、岩栓、土工织物、摩擦桩、板桩等。另外，FLAC3D设有界面单元（Interfaces），可以模拟节理、断层或虚拟的物理边界等[2]。FLAC3D软件已成为工程技术人员较为理想的三维计算分析工具。FLAC3D计算缺点：由于没有一个类似autocad程序简洁可视化的建模操作程序，相比2d-σ、3d-σ、Ansys等数值模拟软件，用FLAC3D直接建立模型比较困难，一般情况下要么开发一个flac建模的前处理程序，要么从Ansys中建模，然后将节点和单元信息导出，根据flac建模的命令流格式将这些节点和单元信息改写。这里所要介绍的是利用flac建模的几种基本模块，来建立一个公路隧道的模型。某隧道建立的三维FLAC有限元计算模型如下。有限元计算结果是否符合实际以及可信度的大小取决于地质原型的正确抽象，为保证计算的可靠性，本模型的边界范围取为隧道有效高（宽）度的4倍，采用固定边界条件，底部采用固定约束，上部施加等效荷载，两端边界处沿X方向固定约束。表1工程场地内地质体物理力学计算参数材料名强风化钠长石英片岩中风化钠长石英片岩弹性模量（Gpa）0.60.8泊松比(μ)0.270.26密度（Kg/m3）23002300剪切强度（MPa）0.41.0内摩擦角（°）3035内聚力强度（MPa）1.82.6抗拉强度（MPa）0.81.0另外由于中文在flac中被认为是字符，不同的中文组合，被认为是不同的字符组合，因此可以在命令流中加入中文，隧道建模命令流入下：setlogon雪setlo技gfile悉yang.l腾og搁genzo战nradc刮ylp0棍000默p19.0竿00p诵2050垮0p3件008素&稍size4伴206灶4dim吹656毙5rat蝶111叫1grou泄p席肉围岩口总genzo盛ncshe锹llp0港000抵p16.0爹00p格2050晶0p3籍005.战0&寿size4线206折4dim晒5.6捷4.65.哀64.6澡rat1马111榨group泽惰初期支护资genzo标ncshe朵llp0托000变p15.6饱00p壤2050昏0p3蓄004.倦6&偷size4断206众4dim园5.04.揭05.0挣4.0ra醉t11消11gr雾oup僻羞二次衬砌华册fillg腥roup聪挎原岩轨genzo登nradc唉ylp0渴000扒p100消-8.0慕p205政00p3宁9.00肿0&蜘size4支206砍4dim废363像6rat呆111寄1grou患p鲜李围翅岩泄2坟genzo笔ncshe摸llp0绳000虾p100班-3.0猛p205偿00p3睬6.00奥0&听size4汽206边4dim例2.65.糟62.6宫5.6馆rat1也111山group陪利仰拱初期支护搁genzo易ncshe叛llp0械000助p100船-2.6衰p205侧00p3还5.60专0&绘size4茅206汗4dim养252耀5rat谢111国1grou侵p蜡异仰拱二次衬赶砌汽fill砍group营冻仰拱原岩艺genzo滤neref晨lectn井ormal萍-100蜡功genzo更nerad谢tunp0甩000奔p145饿00p喷2050陷0p3粒0020到&鉴size3正203态12dim价989馆8rat语111澡1.1g辨roup挪围兵岩坡3陵genzo陡nrefl喘ectdi平p0or仁i00六0rang俘ex0针9y0拴50z8婶20就genzo摸nrefl漆ectdi选p0or辈i00瞒0rang魄ex9渗45y0柱50z禽020蒸genzo箭nrefl征ectdi莫p90d味d270望ori0返00ra谊ngex欺09y吉050z宽820掏genzo仇nrefl王ectdi阻p90d获d270初ori0该00ra诉ngex础09y舌050z渣-8-2昂0技genzo步nrefl科ectdi把p90d连d270谋ori0犬00ra乌ngex辆945y蛛050须z-20夜20拿genzo面nbric筑kp0-翅450-刷20p1竿-450掠-40p2责-455李0-20桃p345冤0-20疾&倾size5锄206诵rat1.畅111孙group佳烫围板岩烈4血savet径un_mod玻el.sav逐假设围岩岩体酬符席合衔mohr-c舱oulom除b陈本构模型，给午围岩赋参数命鸦令流如下，溉;mohr脆-coulo瞒mbmod骡el近model劝mohr类defde倡rive训s_mod1旨=E_mod片1/(2.0桐*(1.0+甩p_rati倡o1))经b_mod1撑=E_mod雾1/(3.0仅*(1.0-受2.0*p_侍ratio1笼))床s_mod2趁=E_mod该2/(2.0沈*(1.0+戏p_rati轿o2))少b_mod2晃=E_mod冰2/(3.0雷*(1.0-遗2.0*p_缩ratio2命))end刺setE_灌mod1=0冷.6e9p膀_ratio白1=0.27页E_mod染2=0.8e历9p_ra乳tio2=0涛.26derive寇propb到ulkb_伍mod1s酸hears超_mod1理cohe1盯.8e6t决ens0.配8e6fr鲜ic30启range扩z4.5景20英propb柳ulkb_划mod2s挠hears沾_mod2芬cohe2艇.8e6t档ens1.励0e6fr穗ic35补range宜z-40或4.5碧inide缎ns=230矿0舌setgr卫av00葬-10到;boun哄darya社ndini适tialc蒸onditi毙ons排apply泳szz-1守.4e6r怠angez绸19.9掌20.1式fixz勒range逢z-40.迟1-39.跪1亦fixx副range萄x-45.宁1-44.窜9舌fixx掀range兔x44.9皮45.1变fixy慨range每y49.9尝50.1骤histu揪nbal触histg谎pxdis下6.0,0粱,0腊histg寺pzdis登0,0,5身histg循pxdis指6.0,5疾0,0皂histg婶pzdis嚼0,50,气5雪ploth乓ist3solve弱savet甘un_nat猎ure.sa浴v足对后面计算而鸦言，模型建立也时岩体在开挖灌前认为位移已遍经终了，因此断需要对位移进误行鄙“葵清询零诞”伪，而应力可以舞保留。假设隧洲道先开挖上断嗓面，中间不设担支护，直到进秧尺市50m婆，那么此时位衬移和应力的分查布情况可用如拌下命令流舞inixd变is=0y灭dis=0蔑zdis=0蛾环plotr腾e误model热nullr担angeg虚roup读米原岩怠璃model绪null很range胜group深吓二次衬砌松乘model饰nullr辨angeg耻roup俯务初期支护塑筑setla黎rge乌histu馆nbal且ploth纪ist3solve屑savet俊un_ext获1.sav辨如果在开挖后艳适时对隧道进姐行锚喷混凝土基初期支护，该蛇命令流如下：主restor悠etun_俘nature粗.sav甩inixd毙is=0y扶dis=0拦zdis=0级饶plotr牲e撑model牌nullr药angeg傲roup懒杰初期支护跃召model涛null辣range例group紧晨二次衬砌侮御model毛nullr哑angeg湾roup糊修原岩异step1北00伟histu馒nbal慎ploth晃ist3败moel郑range扑group期贵初期支护顽propb牧ulk1.命33e9s禁hear0鲜.8e9c添ohe2.解2e6te折ns1.2职e6fri眠c32r剪angez保4.57恢.0x-连7.07.袋0沿propb狠ulk10毒.9e9s屑hear8认.9e9d托ens依2500r固angeg跃roup辫扔初期支护抄setla馋rgesolve朵savet或un_ext院2.sav保在将位移清零捎后，对上断面院进行开挖，然读后哄在握"step茄螺100主"捕后及时采取了宴初期支护，拱吴顶艺（累0功，缸0渡，止5殖）的位移曲线既发生了明显的枝变化，在总步吊长业为团1834私7团时，沉降值趋物于收敛，拱顶弹最大沉降为笋2.44cm辽，底部隆起值梦也明显比不支浪护时要小，最极大隆起值为忌2.0cm驶。结论银通过以上分析因，可以得出以绒下结论：见（蓄1冰）通过开挖支快护模拟，可以轿动态地观察隧嘉道围岩在开挖碍过程中竖直位劳移及剪应变等鞭的变化情况，橡从而可以实现使对隧道开挖过踩程的全局动态愚模拟。较（屈2胳）由不同开挖凡与支护的位移场等值线图可以颤知道，适时采鞭用支护，可以亩有效减小拱顶盒沉降和底面卸头荷回弹等现象魂，这说明了隧偿道开挖中支护妄的重要性。递（盆3轿）适时采用支逐护可以有效地娱减少剪应力。质（喇4袋）在建模由于矛事先将开挖与纠支护的各个阶置段保留在模