用FLAC3D分析某路堤桩板墙的加固机理

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据调查，路堤顶面及其右侧拱形骨架护坡没有出现明显的变形迹象，但是路堤下部桩板墙中部分出露地面较高的桩身出现水平裂缝，已贯通桩截面，缝宽0.5～1mm；桩身混凝土有被压爆的现象，钢筋外露；桩之间的挡土板普遍被压裂；挡土板间见多处出水点；两端的路堤墙有整体外移迹象，在靠万州端的路堤墙和端墙之间的伸缩缝错开3cm左右，在靠梁平端的路堤墙底部有一水平裂缝，与桩接触部位因外移而错开1～2cm，两端路堤端墙均有竖向的拉张裂缝。
（1） 计算模型如下图

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计算剖面上的岩土材料概化为3类，为模拟路堤的分层填筑施工方法，将路堤分为三部分，因此概化地质模型如图6-36所示，岩体材料为：基岩滑床（材料号①）、路堤填方（材料号②、③、④）、重力式桩挡墙（材料号（11））。另外滑带及桩土接触面采用接触面单元模拟。

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根据地质概化模型确定滑坡的计算模型。模型水平距离106m、竖直高64m、纵向宽8m，为准三维计算模型。左边界除受x方向的水平位移约束外，还受三角形分布的自重侧压力作用，其上任一点的侧压力值为 ；底边界受垂直位移约束，右侧边界受x方向的水平位移约束，两侧边界受z方向的水平位移约束。采用八面体单元对模型离散，离散为9390个单元，12198个节点，如图6-37所示。
为更好的反映路堤填方的变形特性和固结过程，计算中路堤填方采用修正剑桥模型（Cam-Clay model），基岩滑床采用Mohr-Coulomb 模型，相对而言，本工点中抗滑桩的尺寸效应不容忽视，因此计算中也采用Mohr-Coulomb模型模拟，同时，为简化计算，将桩板墙理想化为连续墙，具有统一的截面尺寸，在参数取值中将墙的参数适当降低。

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（3）计算方案
为了解路堤填方在不同填筑阶段的固结变形情况以及不同填方高度对抗滑挡墙的影响，将填方过程分为3个阶段，因此对应3个计算工况。每一填方计算工况各分为三步计算，具体如下：
工况I1：填方2，分为堆填－强夯－固结三个阶段；
工况I2：填方3，分为堆填－强夯－固结三个阶段；
工况I3：填方4，分为堆填－强夯－初步固结三个阶段；
工况I4：在工况I3的基础上进一步固结计算；

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（4） 计算参数
根据试验资料，部分参照工程地质经验类比数据，确定滑坡各类材料的计算参数如表6-4所示。填方采用剑桥模型材料，其材料参数为：重度 、剪切模量 、体积模量 、正常固结初压曲线斜率 、回弹曲线斜率 、模型参数 。

表6-4
坡体材料计算参数

坡体结构	(KN/m3)	(KPa)	(°)	(KPa)	E(MPa)
基岩滑床	23	300	40	160	400	0.25
抗滑挡墙	76	1000	50	800	60000	0.25

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.3
计算结果
（1）工况I1，第一次填方



第一次填土与桩顶平齐，工程结束后的填土位移也较小（图6-38），最大值仅为7.55mm，桩头位移也不明显，最大值为1.733mm。经过第一次填方的填压，无论是水平应力还是剪应力均在桩的中部有较大的集中或性质突变，显示该区域为应力变化的敏感区域，也是潜在的最危险部位。坡体的塑性区则主要位于填方中因为填方材料选用剑桥模型，所以塑性流动全部为剪切塑性流动。

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（2）工况I2，第二次填方
本工况下，范围③的位移增长较为明显，由位移等值线可见（图6-40），最大位移为45.25mm，位于填方③的前部，且在较大区域内的位移也基本一致。位移等值线呈竖向条带状向两端扩散降低，在填方②的表面形成梯度较大的位移等值线分布区。抗滑桩的位移以水平位移为主，桩头最大位移为16.49mm，可见填方③对桩头位移影响较为明显。

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（3）工况
I3，第三次填方




第三次填方以后，不但填土④中产生了较大的位移，即有填土③的位移也获得进一步的发展，本工况计算结束时的最大位移为0.217m，位于填土④表层前部，填土3前部的最大位移为0.207m（说明：所有位移均是自填方②开始以来的累积位移）。位移等值线呈弧形自坡外向坡内逐渐减弱，等值线自由端的分界部位（以下简称分界带）后部拉应力十分明显，最大值达799.6kPa，较上一工况增加了454kPa，已经是材料的容许抗拉强度800kPa，即此时抗滑挡墙已经开始了拉张塑性破坏。分界带前部则承受极大的压应力，最大值为3592kPa，分界带同时也是剪应力集中的部位，最大剪应力达500.42kPa。

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（4）工况
I4，填方完成后计算



在工况I3结束时，系统并没有达到新的平衡，路堤的变形和位移仍在继续发展，为分析不同计算时步以及边坡的长期稳定性，本工况在工况I3的基础上对系统继续进行计算，以模拟在不增加抗滑支挡结构条件下的边坡长期稳定性。直到抗滑挡墙发生倾倒破坏时，系统仍未达到新的平衡。
图6-43所示的状态时，路堤边坡已经整体失滑，若以位移超过1m的位移等值线圈定滑体范围，则滑带形状整体呈弧形，上端开口于路基面中部，下端从桩顶剪出，最大深度为原边坡面。从图6-43可见滑体的范围和路基面的变形情况。

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此时的抗滑挡墙已经发生了倾倒破坏，从图6-44可见其破坏外形，其破坏形式为沿墙底折断，分界带内侧的拉应力超过了材料的容许拉应力值，最高达831.6kPa，表明抗滑挡墙已经产生了持续的拉张塑性流动，从图6-45可见，墙体内侧三分之二的区域已经发展成为拉张塑性区，表明墙体已经完全折断。墙体前部最大压应力为3415kPa，最大剪应力为525.3kPa。

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（5）增加支挡结构后的计算结果



前述计算结果表明，在路基填方完全结束后，如果不增加抗滑支挡结构，路堤边坡的最终变形结果将导致路堤边坡的整体失稳滑移，公路安全不能保障。因此，本节在工况I3计算结果的基础上增加抗滑支挡结构，包括三品框架和12束预应力锚索，然后进行平衡计算，加结构后经5466步计算后系统达到新的平衡

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完了，支持的请顶一个！！！

chunhuo420

以后要多点工程实例的应用。。。支持了。。。

可是，图片太小了啊，看不清啊。。。

feiyulx

看了楼主的分析，很不错，有几点疑问
1.离散单元是八面体单元还是六面体单元?
2.就现有的2.5维建模来说,板桩墙是可以很容易模拟的,这点不需简化.
3.为什么滑带及桩土接触面采用接触面单元模拟,理由何在?接触面参数又用什么方法确定?
4.填土采用修正剑桥模型,参数又是怎么确定的?
5.结构物板桩墙用实体模拟,楼主采用的是什么模型?

ssw1216

原帖由 feiyulx 于 2007-10-9 20:32 发表
看了楼主的分析，很不错，有几点疑问
1.离散单元是八面体单元还是六面体单元?
2.就现有的2.5维建模来说,板桩墙是可以很容易模拟的,这点不需简化.
3.为什么滑带及桩土接触面采用接触面单元模拟,理由何在?接触 ...

该模型为ANSYS前处理所得,多为六面体单元;
滑带与桩土接触面不用interface单元,看你用什么

feiyulx

滑带与桩土接触面间用interface单元,如果参数取低了的话，有些人为划定软弱结构面了吧，除非楼主有现实的勘察依据或钻孔变形数据，另外该面的参数也不好取．

wdxxxybby

接触面单元参数选取确实不易,不知道谁有没有好的方法

xigang

我也觉得，滑带土用接触单元模拟有点太牵强了，
人为因素太严重了，滑带土那部分可以设置抗剪强度低一点，与实际接近一些

婴儿乐

能附上命令流就好了阿。

weekly007

楼主能附上命令流就好了