FLAC3D对基坑开挖数值模拟分析

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基于FLAC3D的深基坑开挖过程地表沉降及围护结构受力数值模拟研究

基于FLAC3D的深基坑开挖过程地表沉降及围护结构受力数
值模拟研究
张程
【期刊名称】《四川水泥》
【年(卷),期】2024()3
【摘要】为了掌握基坑工程支护开挖中地表沉降及围护结构受力情况,以苏州市某商业建筑深基坑工程为背景,基于FLAC3D有限差分软件,对基坑支护开挖全过程进行了数值模拟计算分析。

数值计算结果显示:在桩、挡墙开挖成孔过程中,由于突然卸荷,地层向孔内发生变形,有塌孔的风险;当桩、挡墙开挖与浇筑过程中,基坑外围5m范围内的地层沉降比较明显。

基坑内开挖也出现5m范围内离基坑越近变形越小,5m范围以外离基坑越远变形越小。

分层开挖厚度越大,地表沉降越明显。

【总页数】3页(P63-65)
【作者】张程
【作者单位】重庆市勘测院
【正文语种】中文
【中图分类】TU443
【相关文献】
1.基于FLAC3D的深基坑开挖与支护数值模拟应用
2.基于FLAC3D数值模拟的地铁异型深基坑开挖阳角效应研究
3.深基坑开挖支护结构水平变形对地表沉降影响
的数值模拟4.建筑群内深基坑开挖的地表沉降特性数值模拟研究5.基于FLAC3D 数值模拟预测采煤工作面上覆地表沉降研究
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FLAC-3D深基坑的开挖与支护的命令流

FLAC D3深基坑的开挖与支护的命令流一、实例工程南宁地区地层属于河流阶地二元地层，广泛分布有较厚的圆砾层，国内尚无在类似地层条件下建设地铁基坑的经验，为此，可使用FLAC3D 对基坑开挖的全过程进行三维数值模拟，在对比实测数据的基础上，总结圆砾层中地铁车站深基坑的地下连续墙水平变形及周围地表沉降变形特征。

该基坑位于大学路与明秀路交叉路口处，沿大学东路东西向布置。

车站基坑长465m，标准断面宽度为20.7m，为地下两层式结构，底板埋深为15.535m（相对地面），顶板覆土厚度大于3m。

本工程主体建筑面积21163.6m2，主要结构形式为双柱三跨框架箱型结构。

本工程所处的大学路为南宁市东西向的主要交通枢纽，车流量大，人流密集，地面条件复杂。

基坑施工采用明挖顺作法施工，围护结构为800mm厚地下连续墙+内撑（三道内支撑加一道换撑）的支护体系。

第一道支撑采用钢筋混凝土支撑，尺寸为800×900mm，冠梁同时作为第一道钢筋混凝土支撑的围檩。

第二、三道支撑及换撑使用钢支撑并施加预加力，直径为609mm，壁厚为t=16mm，斜撑段采用800×1000mm钢筋砼腰梁，其余为2×I45C 钢围檩。

二、模型建立建模工作由两部分组成，实体模型部分，包括土体和地下连续墙；结构单元部分，包括混凝土支撑和钢支撑。

根据对称性原理，拟选取1/2 的实际工程尺寸进行分析。

考虑到实际的基坑长度将近500m，根据以往的经验，选取全部长度的一半虽然能够得到满意的结果，但是由于中间部分的基坑基本处于同样的受力状态，这样会使大部分的计算长度变为重复的计算，降低了计算效率。

根据初步计算结果和经验，最终确定的基坑尺寸为，宽度取基坑的最大宽度24m，开挖深度19m，基坑长度36m。

根据地勘报告，合并相似土层，模型中共划分了7个土层。

在FLAC3D 中，围护结构可以用衬砌单元(liner)或实体单元模拟。

根据Zdravdovi的研究，在二维平面基坑模拟中，分别采用实体单元和梁单元(相当于三维模型中的衬砌单元)计算所产生的墙体变形差别小于4%，而引起地表沉降的主要原因是围护结构变形造成的地层损失，可见上述两种方法计算结果的差别可忽略不计。

基于FLAC3D的深基坑支护三维数值模拟分析

ＶｏＩ．２９Ｎｏ．１，Ｆｅｂ．２０１７
ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１６７１ — ８７９８．２０１７．０１．００７
基于ＦＬＡＣ３Ｄ的深基坑支护三维数值模拟分析
ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎｐｉｔｓｕｐｐｏｒｔｉｎｇｂａｓｅｄｏｎＦＬＡＣ３Ｄ
ＣＨＥＮＧＺｅｈａｉ。ＹＵＺｈｅｎｓｈｕａｉ（ＳｃｈｏｏｌｏｆＣｉｖｉｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇａｎｄＡｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ，ＺｈｅｊｉａｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｈａｎｇｚｈｏｕ３１００２３，Ｚｈｅｊｉａｎｇ，Ｃｈｉｎａ）
中图分类号：ＴＵ４７６．４文献标志码：Ａ文章编号：１６７１ — ８７９８（２０１７）０１ — ００３７ — ０６
Ｔｈｒｅｅ — ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌｎｕｍｅｒｉｃａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎａｎａｌｙｓｉｓｏｆｄｅｅｐ
程泽海，于振帅
（浙江科技学院土木与建筑工程学院，杭州３１００２３）
摘要：为研究基坑不同支护方式对围护结构变形及稳定性的影响，利用ＦＩＡＣ３Ｄ三维快速拉格朗日差分方法对某地铁深基坑分步开挖与支护进行数值模拟，并对两种支护方案进行对比分析。研究结果表明：地下连续墙最大水平位移出现在墙顶，且位于地下连续墙长度方向的中部；在分步开挖时，第一步开挖时地下连续墙的位移

利用FLAC 3D 对基坑支护数值模拟分析

ｃｍ，最大位移为４５ａｍ。采用土钉墙支护后，边墙的位移为２～４ａｍ，最大位移为６ｃｍ。对比表明，土钉墙支护能够有效的阻止基坑的变形，维持基坑的稳定。同时，根据土钉的轴力分布特征，分析基
坑在不采取支护措施的情况下将发生滑移破坏。
ｄａｔｉｏｎｐｉｔｉｎｓｏｍｅｄｉｓｔｒｉｃｔ，ｔｈｅａｕｔｈｏｒｓｐｒｏｊｅｃｔｅｄｔｈｅｓｏｉｌｎａｉｌｅｄｗａｌｌｓｕｐｐｏｒｔｉｎｇｄｅｓｉｇｎａｎｄｃａｒｒｉｅｄｏｕｔｎｕｍｅｉｒｃａｌ
第３２卷
第４期
世
界地
质
Ｖ０ｌ＿３２Ｎｏ．４ＤｅＣ．２０１３
２０１３年ｌ２月
ＧＬＯＢＡＬＧＥＯＬＯＧＹ
文章编号：１００４— ５５８９（２０１３）０４— ０８５７— ０５
利用ＦＬＡＣ３Ｄ对基坑支护数值模拟分析
马宏，季聪，杨瑞刚，刘录君
１．吉林大学建设工程学院，长春１３００２１；
２．中水东北勘察设计研究有限责任公司，长春１３００２１
摘要：ＦＬＡＣ３Ｄ是岩土工程中广泛应用的软件。本文以某地区基坑为背景，进行土钉墙支护设计，并利用ＦＬＡＣ３Ｄ软件对土钉墙支护前后进行数值模拟。在基坑开挖完成后，边墙位移一般为２０～４０

FLAC3D在深基坑工程开挖中的数值模拟分析

２．ＧｅｏｔｅｃｈｎｉｃｌａＥｎｇｉｎｅｅｉｒｇｎＲｅｓｅａｒｃｈＩｓｔｎｉｔｕｔｅ，ＨｏｈａｉＵｉｎｖｅｒｓｉｔｙ，Ｎａｎｊｉｇ，Ｊｎｉａｇｓｎｕ２１００９８，Ｃｈ／ａ）ｎ
随着基坑开挖深度的增加而加大，基坑壁向坑内的水平位移变化趋势仍然是中间部分最大，边角处最小，而且基坑壁的长边由于开挖的范围相对较大，其变形量相对于短边也增大，这充分体现了基坑开挖
过程中的时空效应，数值模拟计算结果可以为工程设计提供指导和参考。关键词：ＦＬＡＣ３Ｄ；深基坑；位移；数值模拟中图分类号：ＴＵ４７０．３文献标识码：Ａ文章编号：１６７２＿ｌ１４４（２０１３）０４ —０ｏ１７ —０４
第１１卷第４期
２０１３年８月
水利与建筑工程学报
ｏｕｒｎａｌｏｆＷａｔｅｒＲｅｓｏｕｒｃｅｓａｎｄＡｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒａｌＥｎｎｅｅ血ｌｇ
Ｖｏ１．１１Ｎｏ．４
ＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆＦＬＡＣ３ＤｉｎＮｕｍｅｒｉｃａｌＳｉｍｕｌａｔｉｏｎＡｎａｌｙｓｉｓｆｏｒＤｅｅｐＦｏｕｎｄａｔｉｏｎＰｉｔＥｘａｖｃａｔｉｏｎ
ｔｒａｌｂｓｅａｍｅｎｔ，ｔｈｅｕｐｌｉｆｔｇｒｏｗｓｔｏｈｅｔｌａｒｇｅｓｔｖｌａｕｅ，ａｎｄｎｅｒａｈｅｔｆｏｕｎｄａｔｉｏｎｐｉｔｗｌｌａ，ｉｔｉｓｓｍａｌｌｅｒ．Ａｔｔｈｅｓａｍｅｔｉｍｅ，ｔｈｅ Leabharlann Ａｕｇ．，２０１３

FLAC3D对基坑开挖数值模拟分析

平衡状态，此时得到的模拟计算结果见图 2 ～ 6，图 2 为
基坑 Z 方向应力云图，在模型中共分为 9 个区域，各区
域的应力值范围分别为：－ 7． 3827e + 005 to － 7． 0000e
+ 005、－ 7． 0000e + 005 to － 6． 0000e + 005、－ 6． 0000e
536
资源环境与工程
以下取 30 m。因此模型 X 方向长 50 m，Y 方向长 40 m，Z 方向长 38 m。在初始条件中，不考虑构造应力，仅考虑自重应力产生的初始应力场。模型共有 10 500个单元，12 012 个节点（图 1）。
2013 年
移为 47. 35 cm，位移变形的影响范围沿基坑边缘向外约 6. 0 m。通过对位移变形矢量图及剪应变增量矢量
图分析，可知基坑边墙可能产生滑动破坏的现象。
关键词： FLAC3D; 基坑; 应力; 位移
中图分类号： TV551． 4 + 2
文献标识码： B
文章编号： 1671 － 1211( 2013) 04 － 0535 － 03
GPa，土体的体积模量 K 和剪切模量 G 与弹性模量 E 及泊松比 μ 之间的转换关系为［4］：
K
=
3（
1
E － 2μ）
（ 1）
G
=
2（
E 1+
μ）
（ 2）
由式（ 1）和式（ 2）计算得：体积模量 K = 202． 90 MPa，
剪切模量 G = 110． 24 MPa。将求得的物理力学参数，
+ 005 to － 5． 0000e + 005、－ 5． 0000e + 005 to －

基于FLAC3D的深基坑支护数值模拟应用

基于FLAC3D的深基坑支护数值模拟应用基于FLAC3D的深基坑支护数值模拟应用摘要：本研究利用有限元数值模拟软件FLAC3D对深基坑支护进行了数值模拟。

通过对建筑施工现场实际参数的调查和相关文献的研究，我们建立了一个三维数值模型，并进行了不同支护方案的比对分析。

结果表明，采用加强钢支撑和地下连续墙的支护方案，能够有效地减少土壤变形、保证建筑物的安全性。

关键词：深基坑、支护、FLAC3D、数值模拟、加强钢支撑、地下连续墙1. 引言近年来，城市建设和基础设施建设快速发展，深基坑建设越来越普遍。

但是，深基坑工程施工过程中的安全问题一直备受关注。

其中，深基坑支护是工程中的一个重要环节。

为了确保施工期间的安全性，提高深基坑工程的质量和效率，数值模拟成为了深基坑支护研究的重要方法。

本文利用FLAC3D有限元软件，对深基坑支护进行了数值模拟，探究了不同支护方案对支护效果的影响。

2. 建立数值模型本文选取了某施工现场所需建设的深基坑作为研究对象，通过现场实际参数的调查和相关文献的研究，建立了一个三维数值模型，包括土体、加强钢支撑和地下连续墙等要素。

我们选用FLAC3D软件，采用三维非线性、非弹性有限元法建立了深基坑支护数值模型。

3. 数值模拟分析本文通过数值模拟的方法，分别对三种支护方案进行了分析和比较。

根据实际工程情境和可行性，将基坑侧壁加强钢支撑和地下连续墙结合起来，分别分析了它们分别对基坑支护的影响。

3.1 仅加强钢支撑采用钢支撑作为支护方案，计算结果表明，在基坑侧壁进行局部加强支撑的情况下，土体变形量和基坑下沉量都可控制在较小的范围内。

但是，当钢支撑的纵向间距较大时，局部土体变形较大。

3.2 仅连续墙支护采用地下连续墙作为支护方案，计算结果表明，连续墙的设置是很有必要的。

连续墙的加固作用可以有效地控制土体侧向位移和基坑下沉量。

但是，如果连续墙质量不好，可能会导致工程安全事故发生。

3.3 加强钢支撑和连续墙结合支护我们采用加强钢支撑和地下连续墙结合的支护方案，计算结果表明，在相同的施工条件下，结合支护方案的基坑下沉量更小，变形量也更小。

基于FLAC 3D的地铁基坑开挖数值模拟分析

收稿日期：2021-01-12 作者简介：倪建航（1988—），男，本科，工程师，研究方向：工程管理。
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关键词：明挖法；地铁区间；基坑开挖支护；FLAC 3D；数值模拟；变形分析
中图分类号：TU753
文献标识码：A
文章编号：1003-5168（2021）14-0101-04
Numerical Simulation Analysis of Metro Foundation Pit Excavation Based on FLAC 3D
NI Jianhang
（Hangzhou Chengdong New City Construction Investment Co., Ltd.，Hangzhou Zhejiang 310000）
Abstract: Based on the foundation pit project between Wubao Station and Liubao Station of Hangzhou Qianjiang New City Metro Line 9, the foundation pit excavation and support process was simulated by FLAC 3D software in this paper, and the surrounding rock deformation and surface settlement process caused by the excavation of the founda⁃ tion pit were numerically simulated. The foundation pits between Wubao Station and Liubao Station of the subway are constructed by the open-cut method and excavated in two layers, among them, the second floor is the main monitor⁃ ing location, the two sides are supported by undergd concrete beams are used as support during the excavation process. In the meantime, numerical simulation was used to analyze the deformation and supporting effect of the foundation pit excavation process in combination with the field monitoring value. It has been verified that the numerical simulation technology has certain guidance in the process of foundation pit excava⁃ tion and can provide a certain reference for engineering construction. Keywords: open cut method；subway section；foundation pit excavation support；FLAC 3D；numerical simulation；de⁃ formation analysis

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的手段，在基坑工程中得到广泛的应用。本文以某地区基坑开挖为背景，运用有限差分法计算模拟基坑开挖后周围土体的变形和受力情况。为基坑边墙的稳定性分析及支护方式提供依据 … 。
② 粉质粘土：黄褐色、灰黑色，可塑。摇振反应无，稍有光泽，干强度中等，韧性中等。该层分布连续。地层的物理力学参数见表１。
ＡｎａｌｙｓｉｓｏｆＣｏｎｔｉｎｕａｉｎ３Ｄｉｍｅｎｓｉｏｎｓ的简写，是三维岩体力学有限差分计算机程序。由著名的国际学者Ｐｅ —
ｔｅｒＣｕｎｄａｌｌ博士开发的面向土木建筑、采矿、交通、水
（２）定义本构模型和赋予材料参数，来限定模型对于外界扰动做出的变化规律；
于基坑为轴对称图形，因此取基坑的１／４建立模型。
（３）定义边界条件、初始条件，来定义模型的初始
为了减少边界条件对计算结果的影响，在ｘ轴上向基坑外取３０ｍ，在Ｙ轴上向基坑外侧取３１ｍ，基坑底面
阶地。地下水类型为第四系孔隙潜水。稳定水位埋深
为９．３～１１．５ｍ。地下水位年变化幅度约为２．０ｍ，该
利、地质、石油及环境工程的通用软件系统。可以对土质、岩石或其它材料进行三维岩土工程三维数值分析。ＦＬＡＣ３Ｄ可以解决分步开挖、大变形及大应变、非线性和非稳定系统等有限元难以实现的诸多复杂的工程问
状态。２基坑开挖模型的建立及结果分析
２．１工程概况
工程区位于辽宁省抚顺市，地上为２４层住宅楼，
地下为２层停车场。基坑开挖范围为长４０ｍ，宽１８ｍ，深８ｍ。区内地形平坦，地貌单元属于浑河冲积
表１物理力学参数表
Ｔａｂｌｅ１Ｐｈｙｓｉｃａｌａｎｄｍｅｃｈｎｉａｃａｌｐａｒａｍｅｔｅｒｓ
１ＦＬＡＣ３Ｄ程序建模步骤
ＦＬＡＣ３Ｄ通过建立数值模型求解各种工程地质问题］。要建立一个可以用ＦＬＡＣ３Ｄ来模拟的计算模
收稿日期：２０１３—０５— ２９；改回日期：２０１３— ０５— ３０
型，首先要做以下三步工作：（１）建立模型的有限差分网格，来定义所要模拟的几何空问；
２．２基坑计算模型的建立及结果分析
模型根据具体实际地形建立，坐标系以基坑长边
方向为ｘ轴，短边方向为Ｙ轴，深度方向为ｚ轴。由
移为４７．３５ＣＩＲ，位移变形的影响范围沿基坑边缘向外约６．０ｍ。通过对位移变形矢量图及剪应变增量矢量图分析，可知基坑边墙可能产生滑动破坏的现象。
关键词：ＦＬＡＣ３Ｄ；基坑；应力；位移中图分类号：ＴＶ５５１．４２文献标识码：Ｂ文章编号：１６７１ —１２１１（２０１３）０４— ０５３５— ０３
题。因此ＦＬＡＣ３Ｄ迅速成为基坑工程研究的一个有效
地下水主要以大气降水为补给来源。
根据现场钻探所揭露地层表明，构成工程区地层为：
① 填土：由粘性土和少量砖块、碎石等组成，松
散。该层分布不连续。层厚０．３—０．６ｍ。对基坑稳定影响较小。
第２７卷第４期
２０１３年８月
资源环境与工程
ＲｅｓｏｕｒｃｅｓＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ＆Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ
Ｖ０ｌｌ２７．Ｎｏ．４Ａｕｇ．，２０１３
ＦＬＡＣ３Ｄ对基坑开挖数值模拟分析
０引言
随着中国经济的快速发展，城市的规模不断扩大，地下工程尤其基坑工程越来越多，但是在基坑开挖的稳定性及变形特征上，并没有直接的手段分析，往往需
要大量工程实践的总结。ＦＬＡＣ３Ｄ是ＦａｓｔＬａｇｒａｎｇｉａｎ
季聪，田作印，刘录君，张大龙，郑以宝
（中水东北勘察设计研究有限责任公司，吉林长春１３００２１）
摘要：ＦＬＡＣ３Ｄ是岩土工程中广泛应用的软件，主要通过ＦＬＡＣ３Ｄ软件对某基坑在自重作用达到初始化平衡状态时，基坑竖向最大应力为７３８．２７ｋＰａ，竖向最大位移为４２．１８ｅｍ，总位