深开挖有限元分析中释放荷载模拟——三种常用方法比较

论述深开挖有限元分析中释放荷载的三种模拟方法－－Ｍａｎａ法,单元应力内插法和位移法。通过实例对比分析指出：位移法精度最高,但程序处理较繁琐;单元应力内插法计算效果最差,编程也不方便,Ｍａｎａ法概念明确,易于程序处理,但第一级开挖荷载偏大,以致影响以后各级的计算效果。文中对Ｍａｎａ法改进后,计算精度明显提高。     

Marc软件中开挖释放荷载计算与施加的探讨

通过讨论开挖释放荷载的Mana法和界面应力释放法,以具体工程算例给出了Marc中开挖荷载施加的途径,并给出了开挖释放荷载的获得途径;文中获得的开挖释放荷载的计算与施加方法为后续研究岩体的蠕变行为提供了可行的思路．     

有限元法在围岩稳定性分析中应用

有限元法具有计算精度高、对结构形状和荷载形式有良好的适应性等优点.有限元法把分析的连续体划分成许多较小单元,在单元之间满足线性方程,因此有限元法为非线性问题转化为线性问题提供了方法.基于有限元法开发的有限元软件具有划分有限元网格、计算隧洞围岩在开挖后的有限元各节点应力大小和变形位移、模拟围岩变形图、应力场分布和应力的流动等功能,为设计、开挖和维护隧洞提供了可行性方法.     

大型洞室围岩计算中分期施工计算机程序处理

在有限元程序中设置"0"类区和虚单元,程序能自动识别新开挖边界节点号,并通过施加卸荷荷载的方法计算大型地下洞室分期施工各阶段的围岩变形和应力.虚单元不计算单元刚度矩阵,不参与形成总体刚度矩阵.虚节点无节点力,不形成方程.通过标志矩阵自动搜索新的开挖边界节点,并由单元应力计算出节点的卸荷荷载.     

有限元分析中开挖释放荷载的正确计算--对"有限元计算深开挖中挖方等效荷载的分析"一文的讨论

《河海大学学报》１９９８年第５期刊载了王勇等撰写的“有限元计算深开挖中挖方等效荷载的分析”一文［１］,文中介绍了计算开挖面上释放荷载的两种方法．从基本原理看,开挖问题即是将开挖面上的应力完全解除,使其成为应力自由面,就此而言,两种方法的本质是一致的,但计算结果却造成很大差异,文［１］将这种现象归结为由单元应力求结点力的过程中应力精度不足所引起的．笔者认为,这种解释很难令人信服,即使精度不够也不致引起规律性的不符,究其原因在于文［１］中引用的（２）式是错误的,并且不少有限元文献在论述该问题时均出现…     

基于薄板单元的水泥混凝土路面荷载应力分析

将刚性、半刚性基层上水泥混凝土路面结构简化为弹性地基上不等平面尺寸双层结构模型,在轴(轮)载作用下,采用薄板单元,讨论了模型网格划分和计算精度的关系.研究了移动轴载作用下路面结构最大荷载应力大小和位置的变化规律.分析了基层超宽对面层和基层自身最大荷载应力的影响,基层超宽降低了面层的荷载应力,幅度为0～33%;但基层自身荷载应力明显增大.比较了采用薄板单元及实体单元时面层和基层最大荷载应力的差异,当面、基层厚度增大时,采用薄板单元得到的面层荷载应力偏大0～20%;而基层荷载应力偏小2%～30%.给出了标准轴载作用于纵边中部荷位的荷载应力修正系数.     

桁架结构强度计算研究

分别采用轴力杆单元、弯曲-轴力梁单元和三维实体单元的有限元法对桁架结构进行静力分析.计算结果表明:采用轴力杆单元和采用梁单元的轴向应力接近,采用实体单元节点处的最大等效应力远高于杆单元模型和梁单元模型的应力,采用实体模型的位移大于杆单元和梁单元的位移;理想桁架中应力为零的杆件,用梁单元和实体单元计算应力并不为零;桁杆两端和节点存在应力集中,等效应力数值远大于杆件的应力.理想桁架的计算方法的杆件轴向应力虽然计算精度较高,但是不能反映节点的应力集中,桁架的强度计算应该考虑节点的应力集中.文中研究结果可以用于井架及电塔结构的强度设计.     

伽辽金无网格法和有限元法的比较

无网格法在计算力学中成为一种区别于有限元法的新的数值计算方法。文章通过对无单元无网法、应变光滑稳定法、常规有限元法和杂交应力元法进行位移误差和应力误差比较分析;结果表明,无单元无网法和有限元完全积分法在许多问题上精度是可比较的,而有限元中杂交应力元法则明显优于其他方法。     

预应力混凝土路面结构模型与数值分析(一)

采用三维等参数单元分析预应力混凝土路面应力,提出了更符合预应力混凝土路面工作状况的板底摩阻力的迭代处理模型,建立了纵向预应力等效模型和沿预应力筋线的摩阻力的计算模型,确定了预应力路面温度应力的处理方法,引入了具有较高精度的应力计算方法.通过考题验证,该分析方法和程序不论是荷载应力、位移的计算,还是温度应力的计算,都得出了令人满意的结果.     

单元类型对地下结构横向抗震分析方法精度影响的研究

地下结构横向抗震分析方法常用的有反应位移法、反应加速度法、时程法,从理论方程上看不出3种方法的精度会随模拟地下结构的有限元单元类型不同而变化.为简化说明,特设定一根悬臂梁,通过对比分析悬臂梁周期和梁端位移来讨论不同单元模拟时带来的误差.另外设定不同场地条件、不同埋深的矩形地下结构,采用梁单元或平面单元模拟地下结构,使用反应加速度法、反应位移法、修正反应位移法和时程法计算地下结构的结构内力,评价采用不同单元类型带来的精度变化.结果表明:地下结构采用梁单元或平面单元模拟均可,但梁单元模拟时,需要注意梁单元位置及其与土体单元的连接;若以时程法为基准,反应位移法精度低于反应加速度法和修正反应位移法,反应加速度法和修正反应位移法有类似精度,但反应加速度法比其余两种方法易于操作.     

连霍高速杏花村1号大跨扁平超大断面隧道开挖方案研究

为研究大跨扁平超大断面隧道围岩和支护结构受力变形影响,以连霍高速杏花村1号隧道为工程背景,采用有限元软件FLAC3D对V级围岩进行数值模拟,对双侧壁导坑法和三台阶四部开挖法在隧道开挖时的位移、塑性区、初期支护应力的影响规律进行了研究,提出适用于大跨扁平超大断面隧道不同地质条件下安全经济的开挖方法。对比分析结果表明：隧道开挖时,采用三台阶四部开挖法的隧道拱顶位移、临时支护结构的应力、隧道岩体周边位移较采用双侧壁导坑法大。双侧壁导坑法安全性更高,对围岩位移的控制效果更好,为今后此类工程的施工提供经验和理论指导。     

渗流对CRD法开挖浅埋偏压隧道洞口段影响的分析

针对在隧道洞口段采用CRD法开挖过程中,因渗流作用而导致围岩的物理力学状态发生变化和引发的问题。在考虑渗流的情况下,运用FLAC_3D软件,分析浅埋偏压隧道围岩在CRD法施工时物理力学状态的变化规律。结果表明：在开挖周围产生较集中的漏斗形状的孔隙水压力区域;地形的偏压造成隧洞右侧的应力大于左侧,随着CRD法的分步开挖,每步开挖后造成的导洞在拱顶、底板、边墙处横向均产生了应力集中,左洞在完全开挖与支护后,应力集中现象逐渐减少;在考虑渗流时第三步开挖对初始开挖处围岩变形影响最大;在CRD法开挖过程中,对围岩变形影响较大的是第七步;拱腰和拱顶发生的位移,在考虑渗流时大于未考虑渗流时的情况,但拱底出现与上述相反的现象。     

软土地基基坑开挖对坑底桩受力与位移影响的时效分析

深基坑开挖卸荷会对坑底工程桩的桩身受力和位移特性产生影响,同时在实际工程中,软土在开挖情况下具有较为明显的蠕变效应,但较少有人研究蠕变对坑底工程桩桩土相互作用的影响。采用两阶段分析方法,第一阶段基于H-K三参量模型推导出Mindlin的时域解,提出了一种用于计算基坑开挖卸荷引起的坑底土体竖向附加应力的计算方法,并进一步解得坑底土体竖向位移场的时域解。第二阶段通过建立桩身控制方程,利用有限差分法得到开挖卸荷后考虑坑底土体蠕变变形的单桩非线性分析方法。研究结果表明,得到的时域解能够较好地反映软土基坑开挖条件下考虑土体蠕变变形时坑底单桩的桩身轴力和位移特性发展趋势,为相关工程提供参考。     

考虑位移影响的支护桩内力计算有限差分法

传统的深基坑支护计算方法比较繁琐,而假定的土压力与内力计算结果在许多情况下与实际情况不太吻合.本文将基于有限差分法,根据支护桩位移与土压力的关系,编制了一个迭代的计算程序模拟开挖的土压力变化,进而计算出基坑支护桩每一个点的内力与位移,提高了有限差分法的计算精度,方便进行设计优化和施工监测.     

不同施工工法对既有隧道影响的数值模拟研究

文章通过数值分析手段,对拟建隧道采用不同的施工方法所引起交叉既有隧道的受力、变形变化状况进行研究。全断面法与上下台阶法对既有隧道的围岩应力及变形影响是一致的,两者均引起拱顶及边墙的围岩应力降低,拱底围岩应力的增高,既有隧道特征点均将产生下沉。全断面法开挖引起既有隧道的位移量要稍大于上下台阶法,同时2种开挖方法对既有隧道二衬的受力影响几乎相当,二衬经历对称—非对称—对称3个变化过程,随着开挖深入,其应力逐渐增大,但远小于容许应力值,处于安全状态。并据此提出相应的建议。     

斜井冻结凿井数值模拟方法

 为提高ANSYS 软件对斜井冻结凿井模拟的准确度, 提出一种双模型法与改进重叠单元法相结合的数值模拟方法。以某矿主斜井表土冻结段施工为背景, 考虑冻土为弹塑性介质, 建立斜井冻结掘砌平面模型, 采用本方法对掘砌模型进行模拟分析, 并与传统方法进行比较。结果显示, 采用双模型法模拟掘砌模型的初始应力-位移环境, 得到的应力场、位移场与围岩未扰动状态下的理论值吻合;改进重叠单元法模拟井帮完全卸载后支护井壁的掘砌过程, 得到不同模型顶面埋深下井壁内外缘的环向应力均小于10^-6 MPa, 井壁位移均小于10^-7 m, 与理论值接近, 且本方法的模拟结果均优于传统方法, 表明本方法具有较好的可行性和较高的模拟精度。     

软岩边坡开挖高度和坡率对边坡稳定性的影响

针对随机结构面的变质软岩边坡,依托实体工程,采用离散元通用程序UDEC进行数值分析,对比分析了在不同坡高、不同坡率条件下坡体的水平和垂直位移及安全系数的变化.研究结果表明,开挖坡率对边坡稳定性的影响较开挖高度的影响更大;当总开挖高度〈30m,单级边坡开挖高度的变化〈20%时,则不必考虑每级边坡开挖高度对边坡稳定性的影响.另外,还讨论了边坡开挖的经济性,为合理的边坡工程施工提供了理论依据.     

盾构隧道近接下穿既有地铁车站的数值模拟

以北京某盾构法施工的区间隧道下穿附近既有地铁车站工程为背景,在确定了合理的应力释放率并充分考虑了分步开挖及注浆加固区影响的基础上,采用三维有限差分计算软件FLAC3D进行了数值模拟.模型采用地层-结构模型,土体采用摩尔-库仑弹塑性模型.此外,隧道和车站结构采用结构单元模拟,既有车站变形缝采用连接单元模拟.预测盾构隧道施工后既有地铁车站的变形,为邻近既有车站的安全评估工作提供了依据.     

大跨度软岩隧道开挖方法及施工方案数值模拟研究

针对大跨度软弱围岩隧道自身稳定特点,分析了影响其稳定的主要因素,在此基础上选取对软弱围岩隧道稳定性影响较大的开挖方式这一因素,运用大型有限元程序ANYSYS,对安徽芜湖龙山隧道进行数值模拟,分析了上半断面超前法、两侧超前施工法和中壁CRD法3种不同施工方案下隧道围岩的应力场和位移场,得到了一些有益的结论.