基于flac3d的城市轨道施工对环境影响数值模拟研究

《基于flac3d的城市轨道施工对环境影响数值模拟研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在工程资料-天天文库。

1、基于Flac3D的城市轨道施工对环境影响数值模拟研究张之伟安徽省建筑科学研究设计院摘要：由于岩土体本身的离散性和不均匀性，目前一般的有限元软件的模拟很难满足实际工况要求。文章利用Abaqus建立基本模型，导入到有限差分软件Flac3D中,采用M-C模型模拟土体材料的非线性，研究在城市轨道交通施工过程中对土层体及周围建筑物影响，并进行了三维有限差分化分析。计算结果表明：随着轨道施工，周围土体发生沉降，从而导致周边建筑物产生沉降。利用有限差分软件Flac派数值模拟的结果合理可靠，可以为实际应用提供理论依据。关键词：城市轨道交通;施工;

2、沉降;数值模拟;作者简介：张之伟（1985-），男，安徽临泉人，毕业于东北大学材料加工工程专业，工学硕士。0引言轨道施工中不可避免地会产生土层的扰动和应力损失，这就必然产生不同程度的地面沉降，从而对周围环境的安全和轨道施工产牛不利的影响，特别是在盾构过程中必定会使周边土体的应力重分布，破坏了原来的平衡状态。因此，必须科学合理地确定地表沉降值，评估地表沉降造成的环境（周围建构筑物、地表道路、城市管线等）影响程度。开挖是一个动态的过程，这使得周围土体的应力变化随之发生，进而影响土体周边建筑物，尤其对于城市轨道这种浅埋轨道而言，这种影响

3、会延伸到地面，导致土体沉降，导致地面建筑物较大的下沉，进而导致建筑物损坏IH。因此，采用合理的方法进行数值模拟分析，并进行预测很有必要。杨福麟等针对武汉轨道用有限元软件MIDAS模拟轨道开挖工程，研究了轨道开挖对地表沉降的影响図;孟益平等针对青岛轨道用有限元软件ANSYS分析轨道开挖对地表沉降的影响RL但是由于岩土体本身的离散性和不均匀性，一般的有限元软件在分析岩土体的局限性越来越大。本文基于有限差分软件Flac建立三维计算模型，针对合肥市轨道4号线某标段内的建筑物进行三维有限差分化分析[4],很好地模拟城市轨道交通工程的开挖。利

4、用后处理分别得到土层的沉降云图、周边建筑物的沉降云图和位移曲线,预测轨道施工后周边环境的影响。2工程概况2.1轨道工程概况合肥市轨道交通4号线某标段，区间线路中心线间距为9.8m^l5.Om,覆土厚度约10.2m^20.Im,平面最小曲线半径为450m,最大坡度为26%。。区间设联络通道兼泵站一处，采用盾构法施工。轨道上方土层主要为人工填土、粉质粘土、粘土，轨道穿越土层主要为粘土，轨道下方土层主要为粘土，下卧层为强风化、中风化泥质砂岩层。2.2周边某建筑物概况该建筑物为教学楼，系地上4层框架结构，建筑物设计使用年限为50年，结构安

5、全等级为二级，抗震设防分类为丙类建筑，抗震设防烈度为7度，场地类别为II类，框架结构抗震等级为三级。主体框架结构混凝土构件强度等级均为C20o一层层高为3.9m,二~四层层高为3・6m。该建筑物平而布置图见图1。2.3建筑物与区间工程相对位置关系轨道线侧穿该教学楼，建筑物采用柱下独立基础，基础埋深约为2.Im,基础底距轨道拱顶约为18.4m,建筑物距离盾构区间水平方向上最小净距约为4.3m。轨道与建筑物相对位置关系平面示意图见图2,建筑物基础与轨道相对位置关系剖面示意图见图303利用Flac软件计算的方法3.1数值模型的建立Fla

6、c软件计算采用了显式有限差分格式结合混合离散模型來求解微分方程，可以准确地模拟材料的塑形流动、屈服、软化至大变形，它能够进行土体材料的三维结构特性模拟和塑性流动分析［5］。本文的本构模型采用M-C弹塑性模型，它具有工程实例多、经验丰富等特点的经典模型。软件算例中采用这一模型对轨道施工进行三维有限差分化分析，可以得到很好的结果。数值计算模型采用快速有限差分软件Flac进行计算分析，将Abaqus所建模型导入到Flac屮，建立的3D网格模型如图4和图5所示。模型共计259008个单元体，包含271656个网格节点，定义5个分组:轨道开

7、挖、衬砌层、注浆层、土层、建筑。土层分层如图6所示，轨道直径为6叫采用全断面法开挖，轨道衬砌厚0.3m,全部支护为一次施作。用实体单元模拟混凝土衬砌，并采用实体单元模拟注浆体如图7。为考虑盾构空隙的影响，开挖土体后，应力释放，再添加衬砌单元和注浆单元;采用在开挖面施加面力来模拟盾构机对掌子面的支护力。管片采用各项同性的弹性本构模型模拟。3.2计算参数根据地勘报告中提供的材料，相关土体的材料参数见表1,衬砌管片的材料参数见表2,注浆层材料参数见表3。3.3建筑荷载计算教学楼为地上四层框架结构建筑。根据相关规范回和建筑物设计资料，不考

8、虑爆炸、撞击、火灾及其他等偶然荷载，将建筑物结构自重、永久荷载和可变荷载相加，并等效为为均布荷载P总，计算得P总二60.15kN/m。表1土层条件下载原表表2管片参数下载原表表3注浆体参数下载原表4计算结果分析4.1数值模拟步骤（1）建立三维土体地