基于FLAC-3D软件的顶管施工数值模拟分析方法探讨.pdfVIP

第7期 广东土木与建翁 No．7 2008年7月 GUANGD0NGARCHnECTURE CIVILENGINEERING JUL2008 基于FLAC一3D软件的顶管施工数值模拟分析方法探讨 徐显奇 1 廖建三 2 (1、广州大学土木工程学院 广州510006；2、广州建筑科学技术委员会办公室 广州510030) 摘 要：建立全面反映顶管施工主要因素的三维有限元模型。是研究顶管施工对周围环境效应影响的重要前提， 本文探讨顶管施工各参数的影响，三维有限元模型的建立及施工工艺重要参数的模拟方法等。提出较合理的模拟方 法和手段 ，旨在使顶管施工模拟分析更趋合理化和可视化 ，为今后研究顶管施工环境效应提供较有效的手段 。 关键词 ：数值模拟 ；顶管施工；Flac一3D；施工效应 性和合理性 。岩土体的三相体 。土体常具有复杂的应 1 引言 力应变特性 ，如非线性 、弹性 、塑性 、粘性及剪胀性 、 应变硬化(软化)和各向异性等，同时应力路径、应力 城市管道工程作为城市地下空间资源利用的重 历史及土的状态 、组成 、结构和温度等均对其有不 同 要组成部分，近年来越来越受到重视．其 中顶管施工 程度的影响。为了反映土的真实的力学状态 ．必须建 技术以其对环境影响小、开挖量小、不影响交通、不 立较为复杂的本构模型．但在实际工程应用 中．在满 受季节影响等优势 ．在城市地下空间开发建设方面 足一定精度的条件下，又要求本构模型简单实用 发挥着极其重要的作用 目前本构理论研究呈现两种倾向：一种是建立 顶管施工过程 中会对土体产生扰动 ．引起土体 用于解决实际工程问题 的实用性本构模型 ．另一种 变形和地表沉降，从而影响周围建 (构)筑物，因此有 则是 比较精细的模型研究．目的在于进一步揭示土 必要对施工环境效应及其影响因素进行深入了解 体应力应变特性的内在规律。随着计算机技术、计算 研究隧道土体变形和地表沉 降的方法很多．如现场 方法和土工技术的发展 ．促进 了采用复杂的本构模 监测分析法 、数值分析与数值模拟法 、理论分析法 型来解决工程问题。岩土分析和模拟的本构关系．由 等．其中数值模拟分析作为一种重要的研究方法而 简单的弹性过渡到非线性弹性 。再到弹塑性、粘弹塑 越来越受到重视。随着计算技术的发展 。顶管施工的 性等模型 目前数值模拟分析应用最广泛的土体本 三维模拟越来越精细。也越接近于实际工程 地下 构关系是 Duncan—Zhang模型(非线性弹性)，Druck． 隧道施工过程的数值模拟．常要借助不同的有限元软 e卜Prager模型 (弹塑性本构)。Mohr—eOUlomb模型 件或编程，如FLAC-2D／3D、ANSYS、ADINA、Marc、 (弹塑性)等，其中弹塑性的最大优点是既能反映岩 Sap、ABQIUS等。顶管施工三维有 限元模拟的研究 土材料抗压强度不 同的S—D效应和对静水压力的 重点不在有限元本身 ，而在于如何选择合适的模拟 敏感性 。又简单实用 ，材料参数 C和 可通过不同 手段以及对顶管施工的具体工艺进行模拟 本文借 的常规实验仪器和方法测定．本文 中采用的土体本 助 FLAC一3D软件及其 内部 FISH语言编程 ．对顶管 构模型即为其塑性屈服准则模型 施工工艺 的重要参数进行讨论 ．针对各种参数建立 较合理的模拟方法，同时结合工程实例分析 ．证明模