3种模拟方法在基坑降水开挖分析中的差异

以某基坑开挖工程为例,从基坑位移、稳定安全系数和连续墙受力变形3个方面比较了不考虑地下水、考虑静水压力和渗流—应力耦合3种模拟方法在分析基坑稳定性中的差异。计算结果表明:相比不考虑地下水和考虑静水压力,渗流—应力耦合计算的基坑位移最大、稳定安全系数最小、墙体所受弯矩最大,结果偏安全。建议在基坑稳定性计算中采用渗流—应力耦合法,有利于保障基坑降水开挖的施工安全。     

基于ABAQUS的复杂泵房结构三维数值模拟

基于有限元软件ABAQUS,对某电灌站泵房筒体及进口控制闸整体结构进行了三维有限元数值模拟。结果表明:泵房筒体竖向全部受压,水平向应力在四边墙角外侧处较大,中部处较小。完建工况下,泵房底板边缘处基底应力过大,但其分布范围很小,集中在底板边缘的角点位置;底板中间较大区域内基底应力分布均匀,且值较小;建议对边缘地基进行强化处理,以达到主体结构对基底的强度要求。泵房基础边缘部位基底应力分布不均,可能会导致基础产生不均匀沉降。应减小泵房两侧的回填土高度,增加拉应力较大部位的配筋量,加强对泵房底板沉降、水平位移、基础受力、渗透压力等方面的监测。     

ABAQUS渗流应力耦合分析中渗透荷载施加问题探讨

渗流应力耦合问题是目前数值分析的热点之一,渗流对应力的影响主要体现在渗透荷载上,然而不同学者应用ABAQUS进行渗流应力耦合分析建模时,在水荷载边界条件施加方面出现2种个问题:定义了孔压边界后,是否还有必要施加静水压力;考虑了坝基的渗流作用,是否还需要在坝底面定义扬压力荷载。通过竖向应力平衡和孔隙静水压力平衡理论及算例对这2个问题进行分析,结果表明:在应用ABAQUS进行渗流应力耦合分析时应同时考虑静水压力和孔压边界;当不考虑坝体渗透性时,应施加扬压力,而考虑坝体渗透性时,则无需再单独施加扬压力。分析成果可为研究ABAQUS进行混凝土重力坝渗流应力耦合分析时渗流荷载和水边界条件的施加问题提供参考。     

基于ABAQUS的拱坝等效应力研究

该文基于ABAQUS结合工程实例进行了拱坝三维有限元计算,利用FORTRAN编制了拱坝等效应力的计算程序,将计算结果与拱梁分载法的计算结果进行了对比,验证了其实用性,并利用SCR文件在AutoCAD中输出了整体和关键剖面的等效应力图。     

基于ABAQUS的降雨条件下鄂东南崩岗侵蚀分析

以研究崩壁在地下水抬升与不同类型降雨联合作用下的失稳模式与渗流场特性为目标,基于野外勘查和相关物理分析获取的鄂东南崩岗区典型风化岩土体剖面各层次基本指标数据,尝试从崩壁渗流场与应力场两场耦合的角度,运用数值试验探讨单次降雨诱发下水力因素影响崩岗侵蚀的过程与机理。结果发现:长期小雨环境下,崩壁破坏方式属于崩壁中下部土层局部被淘空与砂土层上覆土体整体滑移相结合;短时强雨环境下则表现为坡面浅层（分层）流滑破坏。但无论何种降雨类型都存在一个促使崩壁砂土层被水蚀并退去后形成凹腔(龛)的降雨前期阶段,直到龛深达到一极限值,龛体积不再扩大,转为历时较短的崩壁失稳前的降雨后期阶段。强降雨入渗产生的渗流区域主要分布在崩壁浅层地表,引起浅层土体持续软化,剪应力明显增大。伴随降雨历时的延长,坡面浅土层出现暂态饱和区且湿润峰(零压面)逐渐向崩壁深处推移,地下水位线逐渐抬升并以出露泉方式对砂土层下部造成机械潜蚀。分析结果与野外观测现象较为一致。     

基于应力-渗流-损伤耦合模型的重力坝三维水力劈裂数值模拟

裂缝的高压水力劈裂是混凝土高坝安全评估的重要部分。目前,重力坝水力劈裂的数值模拟绝大多数是二维的,对于坝体上游面经常出现的竖直裂缝的三维水力劈裂的数值研究几乎为零。本文提出一种应力-渗流-损伤耦合模型,用于混凝土重力坝三维水力劈裂的模拟。采用该耦合模型,模拟了一个内置裂缝的圆柱体试件的水力劈裂,数值结果与试验结果吻合很好,验证了所提耦合模型的合理性。在此基础上,采用该耦合模型,进行了国内某混凝土重力坝三维水力劈裂的模拟,数值模拟得到的损伤区域与设计院根据安全监测实测结果得到的范围基本吻合。研究结果表明:本文耦合模型可以方便、有效地进行重力坝三维水力劈裂的模拟,评估表面裂缝的危险程度。     

基于三参数强度准则的煤矿立井井壁 流固耦合理论分析

将煤矿立井混凝土井壁视为多孔介质,考虑地下水渗流作用的影响,应用三参数强度准则和弹塑性力学理论,推导出了立井混凝土井壁弹性区和塑性区应力的解析表达式,以及井壁承受的地下水压力P₀与塑性区半径r_p之间的解析表达式。计算结果表明当不考虑渗流作用时,井壁的极限承载力最大,井壁的环向压应力σ_θ是混凝土立方体单轴抗压强度的2.7倍左右;考虑渗流作用时,井壁所能承受的极限水压力P_c随混凝土孔隙率β增加而逐渐减小,当β=0.2时,井壁的环向压应力σ_θ是混凝土单轴抗压强度的2.4倍左右,故渗流作用对井壁应力分布影响很大;随着地下水压力的增大,处于弹性区的井壁混凝土径向压应力σ_r和环向压应力σ_θ逐渐增加,而当地下水压力增加,达到塑性半径所对应的极限荷载后,该位置的井壁混凝土径向和环向应力则保持不变。该成果为立井井壁结构设计提供了一定的理论参考。     

风化砂岩公路隧道渗流-应力耦合数值模拟

以江西省宜春市宜遂高速公路风化砂岩高且隧道工程为例,利用有限元分析软件Midas/GTS三维模拟了高且隧道的施工和开挖过程,将所得结果与现场监测数据进行比较,研究了渗流-应力耦合对隧道稳定性的影响,比较了耦合与非耦合条件下隧道稳定性的变化。结果表明,在渗流-应力作用下,隧道稳定性受到明显影响,渗流主要发生在隧道仰拱和边墙处,各施工阶段断面孔隙水压力在拱底处最大,在拱顶处最小;对比非耦合条件,在耦合条件下隧道拱顶、拱底和水平收敛值均有所增加,孔隙水压力对不同岩性的隧道拱顶沉降有很大影响。     

基于ABAQUS复杂闸室结构的有限元分析

闸室结构复杂时,简化对结构应力计算影响较大,利用ABAQUS建立模型计算结构应力可以减小简化对结果的影响。以底板结构中空的某节制闸为例,对其进行有限元仿真分析,计算水闸在正常蓄水位工况时的应力与变形。根据计算结果可知,水闸在正常蓄水位工况时的安全状况良好;闸墩支座部位的应力较大,特别是在不利工况时;地基土层软且分布不均匀,翼墙处位移较大。     

深基坑降水与地面沉降变形三维全耦合模型及其数值模拟

针对第四纪松散沉积层地区深基坑降水引起的地面沉降问题,以比奥固结理论为基础,并将其推广应用于非线性问题。考虑到土的渗透性随应力状态的动态变化,将地下水渗流场和土体应力场相耦合,建立水土全耦合模型,并以上海市环球金融中心深基坑降水为例,采用三维有限元数值分析方法,详细模拟分析了降水引起的基坑内外地下水位和地面沉降变形的变化特征,据此获得的基坑中心水位降至-22m时基坑周围的地下水位与地面沉降变形量,经后续工程验证正确、可靠,该模型具有重要的工程实用价值。     

基坑工程桩降水对邻近双线隧道影响的数值模拟分析

基坑大面积降水会引起周边土体产生沉降,从而对邻近隧道的运营产生影响,在基坑降水过程 中,邻近既有隧道的应力变形特性仍有待了解。基于深圳某基坑坑底工程桩降水工程,采用有限元软件 ＰＬＡＸＩＳ,探讨了基坑开挖后工程桩降水对临近双向水平隧道的应力及变形的影响。结果表明:坑底工程 桩降水会引起基坑周边土体水位大幅度下降,靠近基坑开挖侧的隧道其水位下降程度要显著大于远侧 的隧道;邻近双线隧道竖向沉降受降水影响显著,左、右线隧道其最大变形值分别增长了91．5％、 144．6％;双线隧道其内力值均由于坑底工程桩降水施工而有所增大,远离基坑开挖侧隧道内力增长更 为显著。     

基于不同降水等级的城区降水径流过程模拟

采用衡水市城区降水径流实测资料,建立了暴雨及大暴雨、大雨、中小雨次降水径流关系,并进行参数检验。通过对3个不同降水量等级降水径流过程模拟分析,构建了变化环境下衡水市城区降水径流预报模型。经过检验,模型预报精度较高,为城区防洪排涝及管网设计提供参考依据。     

大埋深高水压地层盾构端头加固技术数值模拟研究

滇中引水龙泉倒虹吸隧洞接收端埋深高达72．3ｍ,地层的水土压力较大,盾构接收过程易发生涌水涌砂事故。为此,建立考虑渗流影响的盾构接收端三维模型,分析大管棚注浆和冻结法加固措施下盾构接收过程中引起的地连墙变形、地层变形和地下水渗流场变化规律,研究结果表明:盾构接收过程中,冻结法加固对限制基坑地连墙水平变形及周边土体变形的能力优于大管棚加固;大埋深盾构接收对地表沉降影响较小,可不作为重点风险源进行控制;地下水孔压场形成一个包围开挖面的低压力区,远离开挖面的孔压等值面分布较为均匀;盾构掘进至冻结加固区后地下水的渗流速度远小于大管棚加固区,对于大埋深高水压地层盾构接收工程,冻结法在抗涌泥涌砂方面明显优于大管棚加固。研究成果可为今后类似的大埋深盾构接收工程起到一定的借鉴作用。     

应用ABAQUS进行渗流作用下基坑边坡稳定性分析

渗流作用下的基坑稳定性分析一直是基坑工程中的难点,传统基坑设计方法在计算基坑整体稳定性时存在不考虑渗流和假定圆弧滑裂面等不足。文章采用ABAQUS程序模拟基坑的开挖过程,通过渗流有限元计算出单元渗透节点力,与强度折减法相结合对某工程基坑进行计算,并与常用的简化计算方法进行对比。结果表明:采有限元强度折减法分析得到的滑动面比传统设计方法中假定的圆弧滑动面更加合理、直接,且能适应边界条件比较复杂的渗流场计算。     

ABAQUS在水电站厂房地基应力 分析中的应用

ABAQUS软件是目前国际上先进的大型通用非线性有限元分析软件,在工程领域得到了广泛的应用,对岩土工程中的实际模型所取的各种边界条件以及土体的非线性本构关系有着很好的适应性。文章利用ABAQUS软件建立了三维有限元模型,对龙溪口水电站厂房的机组段和安装间段的地基应力进行了分析,为龙溪口水电站厂房的稳定设计提供了技术支撑,对同类水电站厂房的设计和施工具有参考意义。     

基于ABAQUS的边坡降雨入渗边界的开发及其验证

为了克服ABAQUS在进行降雨入渗模拟方面的局限性,采用Python语言对ABAQUS软件的降雨入渗边界进行二次开发,将降雨边界作为不定边界,采用迭代算法对降雨入渗边界进行处理,开发出基于ABAQUS软件的降雨模块。该模块可以根据降雨强度与土壤入渗能力之间的关系,即时改变降雨边界条件,从而准确的反映降雨过程中降雨边界的动态变化过程,这克服了ABAQUS软件中只能模拟降雨全部入渗,入渗率保持不变的单一情况,完善了ABAQUS软件的降雨入渗分析功能。结果表明:开发出的降雨模块是稳定可靠的,可以用于边坡降雨入渗的分析;同时,借助于ABAQUS的强大功能,该模块可以为以后进行更复杂的降雨相关问题的研究提供一个良好的研究平台。     

基于ABAQUS对风机基础加固前后应力与损伤分析

针对风机基础加固后是否能有效降低承台应力水平,在极端荷载工况下是否出现损伤破坏等问题,以华东某49.8 MW风电场项目为例,利用ABAQUS及混凝土损伤塑性理论建立了风机基础加固前后数值模型,并对钢筋及混凝土的应力与损伤进行了计算分析.结果 表明,加固前台柱部分基础环外侧混凝土的损伤较为严重,承受拉、压应力的能力较低;...     

基于ABAQUS软件的土石坝应力应变分析

利用有限元通用分析软件ABAQUS的用户子程序,实现Duncan-Chang模型的开发;同时利用热传导模块进行渗流分析。以此对某土石坝坝体进行应力与变形非线性有限元计算,得到坝体在施工期与稳定渗流期的应力与变形值。计算结果表明：利用ABAQUS软件,通过二次开发可以有效的实现土石坝的应力、应变计算。     

立井井筒涌水量预测的优化数值法

本文将煤矿立井井筒涌水量的预测视为求解地下水运动问题中的反演问题，根据求解逆问题的思想，建立预测井筒涌水量的优化模型，结合有限单元法求解地下水的运动模型，通过一维搜索的方对井筒涌水量作出预测。     

渗流井取水数值模拟及应用

天然滤床渗流井取水工程是近年来发展起来的一种集取河流渗漏补给量的新技术,利用河床砂砾石层的净化作用,将河水转化为地下水以获得水资源。渗流井取水时,"渗流井—含水层"多种流态并存,水力条件复杂,边界条件很难确定。现以等效渗透系数为纽带将"井管"内外不同介质不同流态耦合起来,建立起渗流井取水的"渗流—管流"耦合模型。将所建模型应用于陕西省绥德县枣林坪水源地渗流井取水工程,计算了当地渗流井取水平水期、枯水期的出水量,最终确定允许开采量为47 600m3/d。计算结果表明建立的模型能够较好地反映渗流井取水时的井流特征,对于指导渗流井取水工程的勘探、设计、施工有着积极的理论指导意义。