地下工程开挖计算的广义有限元法

基于传统有限元理论，将每个结点位移的Lagmnge型插值空间推广为具有任意多个广义位移的函数展开式，在不增加结点个数的前提下，仅通过提高结点插值函数的阶数，达到提高有限元精度的目的，建立了三维广义8结点等参单元和一维广义杆单元。首先推导单元的广义形函数，并给出单元的位移模式；然后进一步推导单元应变矩阵和劲度矩阵以及单元等效荷载列阵等有限元列式。针对地下工程开挖问题，提出联合运用广义有限元和传统有限元，在开挖边界附近和加锚区围岩采用高精度的广义有限元，在远离开挖区域岩体采用高效率的传统有限元，既改善有限元的计算精度，又提高有限元的计算效率，并探讨了广义有限元的程序实施细则。通过对若干算例及工程实例的计算，其结果表明广义有限元法的优越性，为地下工程开挖计算提供了一种合理的数值方法。     

用ANSYS软件分析不同岩土工程问题的若干思考

提出了用ANSYS软件对岩土工程进行有限元分析的优越性，并对不同类型的岩土工程使用ANSYS软件进行有限元分析提出了若干思考。针对边坡稳定性问题、边坡开挖应力重塑问题、岩体出现不连续面问题提出一些想法，同时，利用工程实例，对边坡稳定性问题加以分析。     

大型地下工程三维弹塑性并行有限元分析

有限单元法是岩土工程中最常用的一种数值计算方法,但是面对大型岩土工程,地质条件复杂、分析范围大,其计算精度往往不够,为了提高计算精度而细化计算网格,增加单元的数量,又会造成计算量大,单机计算能力不足的矛盾。针对以上问题,在区域分解和共轭梯度算法的基础上,采用VisualC++6.0开发基于Windows平台的三维弹塑性并行有限元程序ParallelGeoFEM3D,并在分布式网络环境中调试通过。对水布垭电站尾水洞阶段洞室的开挖过程进行详细的模拟,单元数量达到100×104个,开挖步为20步。计算结果表明,该程序可以对大型岩土工程施工方案进行快速准确的分析计算。     

基于单元重构的岩土工程复杂地质断层建模方法

 针对岩土工程数值分析中地质断层建模困难的问题,提出基于单元重构的岩土工程复杂地质断层建模方法。该方法首先对分析对象进行独立离散,建立不考虑地质断层的模型。再通过单元重构,可将地质断层嵌入已建模型,实现复杂地质断层的自动建模。所谓单元重构,是首先使用八节点六面体单元,建立不考虑断层的分析模型,再借助四节点四面体,五节点四棱锥和六节点三棱柱等单元形态,对地质断层穿过的网格进行处理,重构为由多种单元形态构成的模型。然后结合岩土工程断层建模实例,将该方法应用于复杂地下岔管、重力坝坝肩和坝基以及大型地下洞室群的断层建模,可证明其有效性。进一步以大型地下洞室群为例,将考虑地质断层的洞室群模型导入通用软件,采用实体单元模拟地质断层进行开挖计算,并与不考虑断层的情形对比分析发现,考虑地质断层后,围岩位移和应力分布都呈现出不连续性,被断层切割部位的围岩变形增大,应力出现松弛。这表明含有地质断层的重构模型可以用于数值计算,且能有效反映出地质断层对洞室围岩稳定的影响,从而可证明该建模方法的可靠性,为岩土工程的复杂地质断层建模提供便捷的实现途径。     

地下厂房洞室群围岩开挖过程数值模拟

以某水电站为背景,对地下厂房洞室施工开挖过程进行数值模拟计算,通过大型有限元软件ANSYS建立三维模型,然后将节点与单元信息转换出三维岩土工程数值分析软件FLAC3D能识别的节点与单元信息,最后导入三维FLAC3D进行分析。该文主要研究了在开挖过程中洞室群围岩的主要变形特征和开挖塑性区变化规律,所分析结果可以为相关测试工作以及施工过程中的支护提供参考。     

基于有限元理论的深路堑边坡稳定性分析

基于有限元理论,采用岩土工程应力应变分析软件SIGMA/W,分别对深路堑边坡开挖前后的应力应变特性进行数值模拟,结果表明:开挖前后边坡处于稳定状态。用极限平衡法所计算的稳定性安全系数进行验证,结果表现为一致性,边坡整体较稳定,开挖时坡顶可能发生浅表滑移。此结果为公路建设提供了依据。     

软弱夹层分布部位对洞室稳定性影响研究

应用奥地利大型岩土工程有限元分析系统FINAL研究了软弱夹层分布部位(拱顶、拱肩、边墙)对地下洞室围岩稳定性以及喷锚支护结构受力性状的影响。数值试验研究采用FINAL中独有的模拟接触面的COJO单元,该单元能够准确地反映软弱夹层在地下洞室开挖过程中的力学特性;数值试验成果对地下洞室的选址、支护结构的设计以及施工设计等具有广泛的借鉴意义与指导作用。     

大型复杂洞室稳定性三维弹塑性有限元分析

有限单元法是岩土工程界最常用的一种数值模拟方法,但在实际模拟复杂的岩土工程问题时,模拟的结果往往还不够精确,结合某大型复杂地下洞室稳定性分析,从有限元网格剖分及锚固作用的模拟等方面详细论述了提高有限元法分析复杂岩土工程稳定性的计算精度的问题.     

盾构隧道开挖数值模拟研究与现状

盾构法在隧道施工中的应用越来越广泛,为了分析其开挖对环境的影响,往往需要借助数值分析软件对整个开挖过程进行模拟。数值分析软件通常包含多种材料本构模型,可真实有效的反映土体的工程特性,解决岩土工程问题。首先介绍有限元法数值模拟盾构开挖的国内外研究实例,然后借助数值分析软件ABAQUS,阐述其模拟盾构隧道开挖的有限元理论,最后对数值模拟盾构隧道开挖进行总结。     

重庆时尚园工程洞室地基稳定性分析

重庆时尚园工程3号楼在规划的公路隧道上修建而形成洞室地基,为此,如何分析评价高层建筑洞室地基的稳定性是主要的岩土工程问题。本文通过理论计算及三维弹塑性有限元数值分析,评价了隧洞开挖后建筑物与隧洞的相互影响,得出了有意义的结论,并提出了适宜的建议。该分析方法为以后类似问题的评价具有重要的参考价值。     

邻近地铁基坑开挖影响有限元参数化分析

基于大型有限元平台ABAQUS和常见基坑开挖数值模拟方法,借助脚本语言Python对ABAQUS前后处理模块进行二次开发。针对不同断面形式的地铁隧道,如单圆、双圆或矩形断面,开发了邻近地铁深基坑开挖影响有限元参数化分析功能,并形成使用便捷的界面程序(GUI)。该程序能够通过控制参数自动创建几何模型、划分网格、定义荷载工况并自动获取隧道关键变形结果,从而简化基坑开挖环境影响分析流程,弥补ABAQUS在岩土工程领域专业化功能的不足,适用于工程技术人员快速评估地铁周边基坑和地铁隧道结构的安全性。     

面向对象三维非线性有限元程序设计

计算分析在岩土工程应用和研究中占有相当大的比重。传统的结构化编程方式需花费大量工时，而且在可扩充性和代码可重用性方面也受到许多约束。因此，将面向对象编程技术应用于有限元程序编制正成为岩土工程计算程序设计的主流。作者根据土体的邓肯-张（E-U）模型、成都科技大学提出的K-G模型、弹塑性的修正剑桥模型和Drucker-Prager模型，用VC＋＋语言编制了用于地基基础分析的三维非线性面向对象有限元程序，作为对有限元新方法的一次有益尝试。     

某在建住宅楼倾倒的三维数值分析

本文采用岩土工程数值分析软件zsoil.pc v2009对上海某大楼的倾倒进行了建模分析。模型中考虑了在建住宅楼一侧两次堆土以及另一侧的基坑开挖,并采用HSS模型模拟土的应力应变强度特性。分析结果表明:(1)建筑物以向基坑侧平移为主,平移最大值达12cm;(2)桩基(角桩)的最大竖向力约为1200kN,最大弯矩约为140kN.m;(3)桩基弯矩的分布形式影响了桩基的破坏顺序;(4)堆土引起的附加水平推力估算值约为3000T。     

Finite element analysis of a deep excavation: A case study from the Bangkok MRT

The Bangkok metropolitan area, located on a thick river soft clay deposit, has recently started a construction project on a mass rapid transit underground railway (MRT). This paper presents a finite element study on the Bangkok MRT underground construction project. The excavation of Sukhumvit Station was selected as the case study for the FEM numerical modelling in this paper. The numerical study focuses on the initial input on the ground conditions and the constitutive soil models. The geotechnical parameters were selected based on the soil investigation reports carried out for the purpose of the construction. The parameters selected for the constitutive models used in the FEM analysis were calibrated against the laboratory testing results. Finally, all the FEM simulations were compared with the data from field investigations.     

基坑工程变形性状研究

用空间有限单元法研究了基坑开挖过程中围护结构变形、周围地表沉降、基坑底部隆起的空间分布以及影响围护结构变形的主要因素 ,并通过杭州市某基坑开挖的工程实例验证了有限元分析模式的合理性     

建设行业岩土工程五十年

本文扼要地回顾了五十年来建设行业岩土工程的主要成就,包括桩基础、地基处理、基坑支护、地下工程施工技术等;并展望未来２０年,为适应我国工程建设的需求,提出了发展土的测试技术、桩基与地基处理新技术、新工艺、新设备;完善基坑支护技术;开发利用地下空间;发展环境岩土工程和地震岩土工程;研究设计计算理论与方法等的建议。     

ANSYS有限元三维仿真分析预测与预控基坑变形技术

基坑工程围护体系稳定和变形是岩土工程领域的研究热点,对其的数值模拟及分析较多采用有限元法,从而获得深基坑周边地表及支护结构变形分布规律,为基坑施工提供指导及优化设计方案.文中应用ANSYS软件模拟某项目基坑开挖的变形,并据此调整施工工艺和进行重点监控,可供同行参考.     

坑中坑对软土基坑变形影响的有限元分析

以福州某设有坑中坑的软土深基坑工程为研究对象,采用土工有限元分析技术,考虑桩土相互作用,建立基坑开挖模型,土体采用HS模型模拟,分析围护桩水平位移变化特性,研究坑中坑开挖对外坑基坑变形的影响。通过与实际监测资料的对比分析,表明了坑中坑的存在对外坑围护结构的变形有很大影响,数值模拟计算方法在坑中坑工程中有良好适用性,对于类似工程具有指导意义。     

武汉地铁站深基坑支护结构参数优化系统研究

以武汉地铁站二号线一期深基坑工程为研究背景,针对武汉地铁站深基坑岩土条件特殊、地铁站沿线工程条件复杂等问题,分析深基坑支护结构设计和优化设计的基本原理,建立支护结构计算分析求解模型,应用有限元法、非线性规划方法、遗传算法、以及MATLAB语言编程等研究手段,对地铁深基坑的支护结构参数进行优化,建立科学、合理的优化模型和优化软件,并据其选择相关支护结构参数,为地铁深基坑支护结构设计提供合理的依据。以武汉市地铁积玉桥站基坑工程中的应用为例,分析结果表明优化软件的计算结果可靠准确。研究成果对武汉市地铁站工程具有重要的经济意义及指导意义。     

基于强度折减法的斜坡软弱地基填方工程特性分析

在斜坡软弱地基上填筑路堤时,易出现滑塌失稳等重大工程事故。运用强度折减有限元法,研究随着路堤填筑施工的进行,斜坡软弱地基填方工程的变形与稳定性变化情况,重点比较斜坡软弱地基填方工程与水平软弱地基填方工程的特性,分析放缓路堤边坡与设置反压护道对填方工程的影响,探讨复式滑面出现的可能性。在斜坡软弱地基上填筑路堤,将在路堤下坡脚处出现较大的侧向变形;放缓路堤边坡及设置反压护道能较好地提高填方工程的稳定性;在斜坡软弱地基上填筑路堤是否出现复式滑面与斜坡软弱土层厚度有着重要关系,斜坡软弱土层厚度较厚时不会出现复式滑动,理论分析结果与室内土工离心模型试验成果相当吻合,为工程科学设计、施工直接提供可靠的理论依据。