節理裂隙巖體地基輸電線路復合基礎數值模擬算例分析

程 峰 徐玉波 潘曉冬 謝 文 李 俊 殷 飛

（國網新疆電力有限公司經濟技術研究院，新疆 烏魯木齊 830002）

隨著新疆特高壓工程的快速建設，新疆輸電線路越來越多地需要途徑低山丘陵或高山地形地貌，在這些丘陵或山地地區，比較廣泛地存在一類“上土下巖”地層分布條件，針對“上土下巖”的地質條件，理想的基礎型式是將掏挖基礎與巖石錨桿基礎結合起來，形成上部掏挖基礎與下部巖石錨桿基礎聯合承載的新型復合式基礎（以下簡稱復合基礎）。這種新型復合基礎能夠顯著減少基礎埋深，減小基礎材料耗量，降低基礎工程造價，還提高了基礎整體的承載力特性[3]。

在掏挖＋巖石錨桿新型環保型復合基礎的抗拔承載力設計過程中，關鍵要解決的是上部掏挖部分極限強度發揮度k1 、巖石錨桿部分極限強度發揮度k2的取值參數[2]。因此新疆節理裂隙巖體地基就需開展適用于覆蓋層不同的復合錨桿基礎等理論與試驗的系統化研究，本文通過FLAC3D 數值計算方法對掏挖＋巖石錨桿新型復合基礎進行模擬分析，對其承載力的傳遞機理提供參考。

1 數值計算方法簡介

FLAC3D (Fast Lagrangian Analysis of Continuain 3 Dimensions)是美國ITASCA咨詢集團公司（Itasca Consulting GroupInc.）開發的三維快速拉格朗日分析程序。該程序較好地模擬地質材料在達到強度極限或屈服極限時發生的破壞或塑性流動的力學特性，特別適用于分析漸進破壞失穩以及模擬大變形[1]。

2 計算模型與邊界條件

復合基礎的的影響范圍取決于基礎的尺寸與開挖深度及周圍的地質條件。在確定計算邊界時，根據掏挖基礎的上拔角確定周圍的影響邊界，根據上下土層相對堅硬程度來確定下邊界，如在粘土層下的弱風化巖可作為豎向零位移邊界，一般認為當下層材料的變形模量為上層材料的500～1000 倍時，則可以取接觸面處為計算邊界。

通常模型的邊界條件分為兩類：位移邊界條件和應力邊界條件，而土體自由表面僅僅是應力邊界條件的一種特殊情況。邊界條件的確定原則為：在模型兩側施加位移邊界條件，使得模型在該方向上的水平位移為零；而在模型上表面施加應力邊界條件，模擬基礎的上拔應力狀態或水平應力狀態；在模型底部邊界條件通常簡化為固定邊界條件，即固定底部不產生豎向與水平位移。

3 算例模擬

3.1 算例概況

數值模擬共包括 6 種不同的工況，其中工況二與工況五的取值參數均相同，為基準工況，其土體力學參數根據現場試驗的地質勘察資料獲得，其基礎尺寸與現場試驗基礎基本一致。

工況一、工況二、工況三對比分析了不同土體力學參數條件下的基礎上拔承載力比較分析，其中工況一的土體彈性模量比工況二的土體彈性模量低10 倍，工況三的土體彈性模量比工況二的土體彈性模量高2.5 倍，與下部巖體的彈性模量一致。

3.1.1 力學參數取值

數值計算中巖土體采用理想彈塑性本構模型－摩爾庫侖（Mohr-Coulomb）模型，它是最通用的巖土本構模型，摩爾庫侖模型中的相關特性參數取值如表1所示，工況一、工況二、工況三的土體硬度不同，工況四、工況五、工況六的上部土體厚度不同，其余土體參數一樣；數值模擬中的巖體強度參數全部一致。

表1 巖土體Mohr-Coulomb 模型特性參數

3.1.2 復合基礎模型模擬尺寸

以工況二為例，掏挖＋巖石錨桿新型復合基礎的計算模型寬度為 8m、模擬深度為6m。網格單元共劃分為13392 個立體單元，其尺寸大小不同，平均尺寸為0.1m×0.1m×0.1m。模型采用半模結構，模型左右兩側限制X 向水平約束，模型前后兩側限制Y向水平約束，模型底部限制X、Y、Z 三個方向的約束（相當于固定支座）。

3.2 荷載位移結果分析

復合基礎的荷載位移曲線表明，復合基礎的上拔極限承載力不能簡單的疊加，其中巖石錨桿部分極限強度發揮程度k2可取1.0，掏挖部分的極限強度發揮程度k1小于1.0，具體取值范圍仍需要進行理論分析與大量現場試驗的佐證。

4 結 語

通過FLAC3D 數值計算方法對掏挖＋巖石錨桿新型復合基礎進行模擬分析，確定出上部掏挖部分極限強度發揮度k1 、巖石錨桿部分極限強度發揮度k2的參數取值，為新疆山區巖體地基的輸電線路桿塔基礎模塊化和標準化設計及施工技術提供依據。

中國建材集團副董事長、黨委副書記劉志江到中國建材總院調研

3月1 日，中國建材集團副董事長、黨委副書記劉志江一行到中國建材總院調研指導工作。 中國建材集團副董事長、黨委常委，中國建材總院院長姚燕對劉志江一行的到來表示歡迎，并詳細介紹了總院歷史沿革、組織結構、經營發展、科技創新和黨建工作情況。中國建材總院深入貫徹落實黨的十九大精神以及黨中央和國資委“穩中求進”等要求，在中國建材集團的正確領導下，堅持集團“穩增長、抓改革、防風險、強黨建”十二字工作方針和“早細精實、干字當頭”“穩價、保量、降本、收款、壓庫、調整”等經營管理原則，2017年實現收入68.37億元，同比增長24%，利潤總額7.75億元，同口徑增長22%，取得良好的經營業績。姚燕對中國建材集團的正確領導和中材股份的大力支持表示感謝。

劉志江對總院多年來貫徹落實集團戰略部署，大力實施調整轉型、科技創新和黨建文化等工作所取得的成績給予了充分肯定和高度評價，并對總院下一步工作提出了希望和具體要求。一是強化戰略引領。總院要緊緊圍繞集團“創新驅動、綠色發展、國際合作”的三大戰略部署和集團“六大業務平臺”發展方向，加強頂層設計和戰略布局，切實發揮科技引領作用，促進集團科技平臺的升級，支撐集團轉型發展；二是加大創新驅動。創新是企業發展的第一動力，關鍵在人才。總院要加大科研設計院所的體制機制的改革探索，豐富創新模式，創新激勵機制，充分激發企業發展動力和人才創新活力；三是加強業務協同和資源配置。充分利用集團和總院在技術、產品和市場優勢，服務于集團戰略，切實做好產學研業務協同和科技資源的優化配置，加大技術推廣和成果產業化，探索新的協同共享方式，拓展協同合作空間，提升總院可持續發展的軟實力；四是突出綠色發展。大力構建符合國家發展戰略的產業模式，為行業和集團的綠色發展提供有力科技支撐；五是著眼開放視野。要勇于解放思想，加大國際交流與合作，積極實施“走出去”戰略，以國際化的視野、勇于開放的信心和國際化的人才隊伍，構建總院發展新格局，拓展發展新空間，培育發展新動能；六是強黨建促發展。以十九大精神為指引，始終牢記兩個“一以貫之”，切實加強基層黨建，探索黨建工作新模式，在四個結合上下功夫，開創總院改革發展和黨建工作的新局面。

調研期間，劉志江參觀了總院光纖面板生產基地、綠色建材國家重點實驗室、國檢集團實驗室和總院展室。

中材股份總裁、黨委副書記彭建新，中材股份黨委副書記、副總裁傅金光，中材股份副總裁、中材科技董事長薛忠民，中國建材總院黨委書記、副院長王益民，總院副院長、總會計師朱全英，總院副院長、瑞泰科技黨委書記、董事長曾大凡，總院黨委副書記、國檢集團黨委書記、總經理馬振珠，總院副院長、北京凱盛總經理馬明亮等陪同調研參觀。