數值模擬網格密度對土體沉降的影響

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

關鍵詞：FLAC3D4.0；沉降；網格密度

1 引言

隨著城市高層建筑的迅速發展，基坑規模越來越大，深度越來越深，地基處理更加復雜，沉降對環境的影響更加嚴重。在眾多的巖土工程分析軟件中，FLAC3D4.0是一個強有力的分析軟件。該軟件具有顯著的優點，使其特別適合于對地基進行應力和變形分析。

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，網格為1個；中間層為墊層，厚0.3m，網格為1個；底層為均質土，厚4.0m，網格為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，樁頂的位移主要是墊層被壓縮，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程序實現自動連接。樁周土體采用Mohr-Coulomb彈塑性本構模型；邊界條件是上邊界為自由邊界，側面邊界為水平向滑動支座，底面邊界為豎向滑動支座。在設置模型邊界條件時，采用Fix命令實現，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 數值模擬結果及分析

數值模擬主要分析內容：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格頂部、中部及底部，改變豎向網格密度，比較土體沉降隨水平向網格密度的變化情況。如下圖所示，圖（1.1）情況一：改變豎向網格密度，樁底置于土層底層網格頂部；圖（1.2）情況二：改變豎向網格密度，樁底置于土層底層網格中部；圖（1.3）情況三：改變豎向網格密度，樁底置于土層底層網格底部。

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格頂和中間，土的沉降隨豎向網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格底部，土的沉降基本不隨豎向網格密度的變化而變化。在X-Y平面，當網格密度為1個/1.2m、3個/1.2m和5個/1.2m，即樁置于網格中時，土的沉降隨水平向網格密度的增加而增加，當網格密度為2個/1.2m、4個/1.2m和6個/1.2m，即樁置于網格節點上時，土的沉降隨網格密度的增加也增加，但置于節點上比置于網格中土的沉降大得多。

4 結束語

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

（2）當樁置于土層底層網格的底部，不論豎向網格密度為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，網格密度為奇數個數不同于網格密度為偶數個數。這是因為樁設在節點上，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].機械工業出版社，2008.

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

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