數(shù)值模擬網(wǎng)格密度對土體沉降的影響

摘 要：為了得到網(wǎng)格密度對土體沉降的影響規(guī)律，建立了一個簡單的復(fù)合地基模型，應(yīng)用FLAC3D4.0進行數(shù)值模擬，通過改變水平向和豎向網(wǎng)格密度以及改變樁長來分析比較土的沉降隨網(wǎng)格密度及樁長變化的規(guī)律：豎向網(wǎng)格密度不宜太密，取0.2米為宜，當(dāng)樁端置于土層底部時，土體沉降不隨豎向網(wǎng)格密度的變化而變化，只與底端土層的約束情況有關(guān)；在X-Y平面，樁置于網(wǎng)格中不同于樁置于網(wǎng)格節(jié)點上的土體沉降變化規(guī)律，這是因為樁設(shè)在節(jié)點上，土體向四周傳力不均勻，擴散范圍小.相反，樁設(shè)在網(wǎng)格中，土體向四周傳力均勻，擴散范圍大，符合實際情況。

關(guān)鍵詞：FLAC3D4.0；沉降；網(wǎng)格密度

1 引言

隨著城市高層建筑的迅速發(fā)展，基坑規(guī)模越來越大，深度越來越深，地基處理更加復(fù)雜，沉降對環(huán)境的影響更加嚴(yán)重。在眾多的巖土工程分析軟件中，F(xiàn)LAC3D4.0是一個強有力的分析軟件。該軟件具有顯著的優(yōu)點，使其特別適合于對地基進行應(yīng)力和變形分析。

2 模型的建立[1][2]

取模型尺寸大小為1.2m*1.2m*4.7m，厚度方向分三層：頂層為底板，厚0.4m，網(wǎng)格為1個；中間層為墊層，厚0.3m，網(wǎng)格為1個；底層為均質(zhì)土，厚4.0m，網(wǎng)格為40個、20個和10個三種情況。詳見[3]。

樁頂與墊層及樁底與土層分別進行彈性連接，以此來測樁頂和樁底的位移，樁頂?shù)奈灰浦饕菈|層被壓縮，樁底位移主要是樁底土層被壓縮，樁本身的壓縮量很小，可以忽略不計。底板、墊層、樁與土層的連接由FLAC3D程序?qū)崿F(xiàn)自動連接。樁周土體采用Mohr-Coulomb彈塑性本構(gòu)模型；邊界條件是上邊界為自由邊界，側(cè)面邊界為水平向滑動支座，底面邊界為豎向滑動支座。在設(shè)置模型邊界條件時，采用Fix命令實現(xiàn)，即固定x方向和y方向的位移，z方向僅在模型底部固定。

3 數(shù)值模擬結(jié)果及分析

數(shù)值模擬主要分析內(nèi)容：在相同加載條件下，樁頂伸入墊層0.01m，樁底分別置于土層底層網(wǎng)格頂部、中部及底部，改變豎向網(wǎng)格密度，比較土體沉降隨水平向網(wǎng)格密度的變化情況。如下圖所示，圖（1.1）情況一：改變豎向網(wǎng)格密度，樁底置于土層底層網(wǎng)格頂部；圖（1.2）情況二：改變豎向網(wǎng)格密度，樁底置于土層底層網(wǎng)格中部；圖（1.3）情況三：改變豎向網(wǎng)格密度，樁底置于土層底層網(wǎng)格底部。

土的沉降分析：由圖（1.1）和（1.2）可以看出，樁端置于土層底層網(wǎng)格頂和中間，土的沉降隨豎向網(wǎng)格密度的增加而減小，由圖（1.3）可以看出，樁端置于土層底層網(wǎng)格底部，土的沉降基本不隨豎向網(wǎng)格密度的變化而變化。在X-Y平面，當(dāng)網(wǎng)格密度為1個/1.2m、3個/1.2m和5個/1.2m，即樁置于網(wǎng)格中時，土的沉降隨水平向網(wǎng)格密度的增加而增加，當(dāng)網(wǎng)格密度為2個/1.2m、4個/1.2m和6個/1.2m，即樁置于網(wǎng)格節(jié)點上時，土的沉降隨網(wǎng)格密度的增加也增加，但置于節(jié)點上比置于網(wǎng)格中土的沉降大得多。

4 結(jié)束語

（1）當(dāng)豎向網(wǎng)格密度為0.1m/個，即單元網(wǎng)格高為0.1m時，不論樁底置于土層底層網(wǎng)格的頂部、中部還是底部，土體沉降基本不變。

（2）當(dāng)樁置于土層底層網(wǎng)格的底部，不論豎向網(wǎng)格密度為0.1m/個、0.2m/個還是0.4m/個，土體沉降基本不變。

（3）在X-Y平面，網(wǎng)格密度為奇數(shù)個數(shù)不同于網(wǎng)格密度為偶數(shù)個數(shù)。這是因為樁設(shè)在節(jié)點上，土體向四周傳力不均勻，擴散范圍小。

參考文獻

[1]FLAC3D version 4.0 Example Application. ITASCA.

[2]彭文斌.FLAC3D [M].機械工業(yè)出版社，2008.

[3]虞春，周雄輝，張永清.基于特征的有限元網(wǎng)格劃分研究[J].機械科學(xué)與技術(shù)，1999（02）42-44.

作者簡介：李志鳶（1975，4-），女，籍貫：河北省陽原縣，學(xué)歷：在讀博士，現(xiàn)職稱：講師，研究方向：基坑變形方向。