PLAXIS 应用案例 · 第 6 页
PLAXIS 应用案例、建模方法与工程分析实践。
双排混凝土灌注桩基坑支护的数值模拟分析
近年来，随着计算机技术及岩土工程数值计算理论的发展，数值模拟分析在岩土工程中的应用越来越多。该 文结合青岛某深基坑实例，利用岩土工程有限元软件 PLAXIS，模拟双排桩基坑支护的全过程，分析了水平位移的变化 趋势，并与实测数据进行了对比分析。同时对单排桩支护方案进行了比较分析，证明了双排桩支护在限制水平位移的 明显优势。由此认为数值模拟工作能对基坑支护方案比选工作和基坑稳定性分析提供有效的帮助。点
阅读详情渗透各向异性圆形围堰稳态渗流场解析解
对渗透各向异性土层中的圆形围堰渗流场进行解析研究。将圆形围堰周围渗流场分为 3 个区域，通过坐标变换以及 将边界条件齐次化后，用分离变量法分别得到柱坐标系下 3 个区域的水头分布级数解形式，结合区域间的连续条件，并利用 贝塞尔函数正交性得到渗透各向异性土层中圆形围堰稳态渗流场的显式解析解，与 Plaxis2D 软件的计算结果进行对比，验证 了解析解的正确性。基于解析解，进一步推导出了涌水量、出逸比降公式，并与不同方法的计算结果作了对比，最后对稳态 渗流情况下的水压力进行了计算分析。结果表明：相比于其他近似法，解析解求取的流量、出逸比降以及渗流情况下水压力 与数值计算结果高度吻合；渗流水压力会随着围堰半径、纵横向渗透系数比值的增大而减小，而后逐渐趋近于一个稳定值。
阅读详情水平荷载下桩身侧阻抗力矩的作用机制 与计算模型研究
为探讨摩阻力增强效应影响下的水平受荷桩承载机制，建立了水平荷载作用下考虑增强效应影响的桩侧摩阻力-s 曲线模型，并在此基础上推导了桩身单位长度侧阻抗力矩数值解。随后开展了桩径、临界位移、极限侧摩阻力等因素影响下 Ms,ini /Msu,ini- / ref,ini 无量纲化曲线规律分析。结合摩阻力增强效应理论进而分别建立了线弹性-塑性、双曲线、API 规范砂土 与黏土 -s 曲线模型作用下的桩身侧阻抗力矩简化理论解，并基于传递矩阵法原理，解得了考虑桩侧摩阻力作用时基桩水平 承载力半解析解。通过多组验证工况和工程实例分析验证了所建立的侧阻抗力矩简化解以及考虑侧阻抗力矩影响的基桩水平 承载力方法的正确性，同时也证明了摩阻力增强效应对基桩水平承载力的影响不能忽略，并得出如下结论：无试验数据参考 时，砂土、黏土与桩接触面的刚度指数可分别取 0.725 和 0.600；桩身侧阻抗力矩随着桩径、极限摩阻力的增加以及临界位 移的减小而增加，其中桩径对侧阻抗力矩影响更为明显。
阅读详情隧道拱顶渗漏稳态渗流场的解析研究
针对隧道运营中发生拱顶渗漏且无泥沙涌入的稳态渗流情况，结合保角变换法和分离变量法推导出隧道 拱漏稳态渗流场的显式解析解. 应用 PLAXIS 有限元软件建立数值模型，从渗流场分布、衬砌水压力两方面 验证所得解的正确性，通过与现有解析解、数值解、试验结果的渗流量对比来验证所得解的准确性. 进行参数分 析，探究隧道埋深、渗漏宽度对衬砌水压力和渗流量的影响规律. 结果表明，衬砌水压力在以渗漏位置为中 心±60°范围内明显降低；随着隧道埋深的增大，衬砌最大水压力减小，渗流量先减小后增大，且渗流量最小值对 应的隧道埋深随着地表水头的增大而增大；随着渗漏宽度的增大，衬砌最大水压力减小，渗流量增大，当渗漏宽 度大于 0.05 m 时，渗漏宽度变化对水压力和渗流量的影响较小；在渗漏宽度较小时进行渗漏控制的效果明显.
阅读详情水平旋喷桩施工引起周围土体变形分析
水平旋喷桩施工期间，大量高压流体注入土层，引起土层内部产生较大的膨胀作用，致使周围一定区域的土体发生 变形。水平旋喷桩施工引起土体变形可以归结为压力膨胀和体积膨胀共同作用的问题。依托单根水平旋喷桩施工的现场实例， 建立了水平旋喷桩施工引起土体变形的数值模型。将水平旋喷桩施工引起的土体变形问题简化为圆孔的膨胀问题，可以统筹 考虑注浆压力和注浆流量的影响。首先需要确定注浆压力的影响半径和注浆流量引起的体积膨胀比，然后可以通过数值模型 计算膨胀引起的土体变形。数值分析结果与现场实测值的对比表明，当注浆压力影响半径为成桩半径的 6 倍时，数值计算结 果与现场实测值吻合较好。
阅读详情水位波动条件下有封底基坑渗流场孔压解析解
对水位波动条件下有封底基坑二维渗流场孔压响应进行了解析研究。将基坑周围土体划分为多个区域，应用叠加原 理和分离变量法将各区域超静孔压响应分布用级数形式进行表达，结合区域间边界条件和连续条件求解系数矩阵，得到水位 波动条件下有封底层基坑二维渗流场超静孔压分布的显式解析解。将解析解结果与数值计算结果进行对比，验证了解析方法 的正确性。基于该解析解进一步给出了水位波动引起出逸比降和涌水量的计算公式，对封底层作用效果和封底层厚度、渗透 系数变化产生的影响进行了探讨，并结合基坑工程实例进行了分析。结果表明：随着封底层厚度减小和渗透系数增大，出逸 比降和单宽渗流量均增大，但增大的速率降低。
阅读详情太湖隧道软土基坑长期稳定性分析与变形预测
以太湖隧道某大型基坑工程为背景，构建基于支持向量机方法的智能反演系统，开展室内软土蠕变实验， 提出结合智能反演和蠕变实验的分析方法. 结合现场监测数据，综合确定相关土层的基本物理力学参数及蠕变 相关参数. 结合现场超载作用下软土基坑的变形进行分析，验证了该方法在进行软土基坑超载作用下长期稳定 性分析及变形预测中的可适用性. 将该方法应用于太湖隧道的超载优化设计，取得了良好的效果.
阅读详情天津软土地区盾构掘进对上方建筑物影响分析
以天津地铁 2 号线下穿多层建筑物的盾构隧道为例，建立了盾构下穿空旷场地以及下穿建筑物的有限元模型，计算 结果与现场实测数据进行了对比验证。在此基础上分析了在天津软土地区盾构隧道施工对地表沉降及多层砌体结构建筑物差 异沉降的影响，并对采用小应变土体本构模型与硬化土本构模型的计算结果进行比较。结果表明，采用小应变本构模型的地 表最大沉降和横向沉降槽宽度与实测数据吻合良好。盾构斜下穿砌体结构房屋时，建筑物有偏向隧道轴线方向的倾斜，采用 小应变土体本构模型的计算结果可以更好地反映建筑物的倾斜斜率的变化。因此，研究软土地区盾构掘进对上方建筑物沉降 影响的精细化分析时应考虑土体小应变的影响。
阅读详情土工合成材料加筋土挡墙运行期筋材拉力塑性 力学分析方法
土工合成材料加筋土挡墙结构具备优越的力学性能, 与此同时, 该类支挡结构可大大降低水泥及钢筋用量, 从而降低碳排放, 对于“碳达峰”“碳中和”具有重要意义. 相较于其他支挡结构, 加筋土挡墙结构历史较短, 现有设 计规程中挡墙的设计以稳定校核为主, 但加筋土挡墙为柔性结构, 其运行期的服役性能非常关键. 本文总结了本 研究团队10多年来在加筋土挡墙筋材拉力分析方面的研究成果, 建立了一套正常荷载作用下筋材拉力的塑性力 学分析方法. 该方法以加筋土潜在内部滑移面处的筋土协调变形为基础, 充分考虑填土非线性应力应变关系、填 土塑性变形、筋材长期刚度、主动区填土的力学平衡以及面层的力学平衡, 可比较合理地估算直立及倾斜面板 加筋土挡墙在运行期的筋材拉力. 本文以文献中的加筋土挡墙筋材拉力实测结果和数值模拟分析的结果验证了 筋材拉力塑性力学分析方法的有效性.
阅读详情西宁盆地黄土区荷载条件下植被护坡力学效应
为探讨西宁盆地黄土区边坡在荷载条件下植物根系对边坡稳定性的影响，该项研究以西宁盆地西山长岭沟流域为 试验区，在自建边坡上种植草本植物垂穗披碱草（Elymus nutans）和灌木植物柠条锦鸡儿（Caragana korshinskii），通过在 边坡坡顶施加载荷，边坡坡面布设位移计与土压力盒的方式，监测荷载条件下边坡坡面土体位移与土压力变化；在此基础 上，对边坡植被根-土复合体开展剪切试验，分析荷载条件下边坡坡面不同位置处根-土复合体抗剪强度及其变化特征。试 验结果表明：在坡顶荷载条件下，在边坡相同位置处的根-土复合体粘聚力 c 值均大于施加载荷前；3 种植物边坡的根-土复 合体粘聚力 c 值均大于相同条件的未种植素土边坡；在荷载条件下，组合植被边坡的坡面土体位移量显著小于单一植被边 坡和素土边坡，组合植被边坡在竖直和水平方向的位移量与草本植被边坡相比减小 1.60～1.77 mm，与灌木植被边坡相比减 小 3.78 和 4.11 mm，与素土边坡相比减小 7.39 和 6.29 mm。研究结果对防治高寒半干旱地区坡面水土流失、浅层滑坡等地 质灾害，具有参考价值和指导意义。
阅读详情土工结构安全系数定义及相应计算方法讨论
以地基承载力、土坡稳定等常见土工结构问题为例，讨论土工结构安全系数的两种不同定义，一是极限 荷载与容许荷载之比，一是已有强度参数与保持稳定所需强度参数之比。分析表明，前一定义仅对某些结构适用， 而后一定义原则上可用于各种结构，具体选用要看结构及其所处环境的情况。当两种定义均适用时，允许安全系 数的取值可有较大差别，具体设计时应予注意。此外，还对两种安全系数的计算方法进行了讨论，包括滑移线法、 极限平衡法、极限分析法等传统方法以及近年来应用日趋广泛的弹塑性有限元法、有限元极限分析法等，对各类 方法的优缺点及应用时需注意的问题给出自己的看法。
阅读详情土压平衡盾构渗流场解析解及喷涌判别研究
考虑土压平衡盾构土舱的二维渗流效应，用解析方法分析了土压平衡盾构的喷涌问题。将土舱渗流场划分成两个区 域，利用分离变量法并结合区域间连续条件得到土舱水头显式级数解，将螺旋输送机内流场视为一维渗流，通过土舱与螺旋 输送机交界面水流量及水头连续条件得到盾构的渗流场解析解。分别将土舱和螺旋输送机渗流场解析解与数值软件计算结果 和试验结果进行对比，结果吻合较好，验证了解的正确性。分析盾构及土层参数对螺旋输送机排土口水流量及水压力的影响， 分析结果表明：在螺旋输送机排土口内外水压力差为 0 的情况下，螺旋输送机内水流量及水压力与刀盘面中心水头近似线性 关系；增加螺旋输送机长度和倾角、减小螺旋输送机的直径有利于防止喷涌。基于已有的喷涌研究成果，给出了典型盾构喷 涌判别图。通过对盾构喷涌实例进行判别，并与盾构一维解析解的喷涌判别结果进行对比，证明基于本解析解的喷涌判别更 为准确。
阅读详情相邻基坑有限宽度土条主动土压力的计算
同步开挖的相邻基坑间有限宽度土条不同于以往的邻近既有建筑基坑的有限土条，其破坏方向未知，破坏形式多样， 土条两侧的主动土压力计算不能沿用以往的研究成果来扩展应用。借鉴筒仓受力原理应用于相邻基坑间的土条分析计算，通 过力学平衡分析和微分方程求解，得出基坑开挖中两侧均为支护结构的有限宽度土条（砂土和黏性土）的主动土压力计算公 式，该公式输入参数少、假设条件少，使用方便。对比朗肯主动土压力计算公式和有限元数值模拟计算结果，该计算公式与 有限元模拟计算结果基本一致，在相同深度处计算的土压力远小于朗肯土压力。
阅读详情土岩复合地层中深基坑开挖 对邻近管线变形影响分析
为探究土岩复合地层中深基坑开挖对邻近管线变形的影响规律，开展了土岩复合地层中深基坑开 挖的现场监测和数值模拟研究． 以南京地铁一号线北延工程二桥公园站车站基坑为工程依托，基于现场 实测数据进行了管线沉降变形分析，并使用 ＰＬＡＸＩＳ ３Ｄ 有限元分析软件进行数值模拟，揭示了管线与基 坑间距、管线埋深等因素对管线变形的影响规律，并定量分析了各种因素的影响程度． 结果表明：管线的 不均匀变形主要发生在基坑端角部 ２０％ 开挖长度范围内；与单一土层相比，在上土下岩的土岩复合地层 中进行基坑开挖对邻近管线沉降变形影响相对较小；管线竖向位移和水平位移与管线埋深、管线与基坑间 距成负相关，与基坑开挖深度成正相关；相对而言管线与基坑的间距对管线变形影响最大，管线埋深次之， 基坑开挖深度影响相对较小．
阅读详情土岩深基坑桩−撑−锚组合支护体系变形特性
以青岛地区特有的土岩组合地质条件为背景，通过 Plaxis 有限元模拟和现场监测相结合的方法，探讨土岩 组合深基坑中围护桩、钢支撑与锚索组合支护体系的协同作用及基坑变形规律。通过不同支护形式的对比分析得 到围护桩桩身水平位移、基坑周边地表沉降分布规律；从开挖步、钢支撑预应力及锚索预应力的变化分析得到围 护桩桩身水平位移、弯矩及剪力的分布规律。研究结果表明：基坑变形和周边地表沉降模拟结果与实测值结果吻 合较好，基坑的变形主要发生在基坑上部软弱土层，采用桩–撑–锚组合支护体系在青岛地区具有很好的实用性。 研究成果可为类似土岩结合地区深基坑支护设计提供参考。
阅读详情斜直交替基坑支护桩现场实测及机理研究
斜直交替基坑支护结构是利用冠梁将交替布置的竖直悬臂桩与倾斜桩连接到一起形成的无支撑支护体系。已 有工程实测表明，斜直交替支护具有较好的抗倾覆和变形控制能力，然而目前还缺乏从桩身受力角度对斜直交替支护 受力机理进行系统研究。结合天津市某基坑工程进行斜直交替支护桩现场监测，首次对支护斜桩的桩身受力进行测试 和分析，在此基础上利用 PLAXIS 有限元软件进行数值建模，对斜桩轴力发挥机理以及斜桩倾斜角度、斜直桩排布形 式对支护性能的影响展开研究。结果表明，斜直交替支护比单排倾斜桩和双排桩支护桩的桩身轴力更大，斜桩对直桩 存在着斜撑效应，且斜撑效应对支护结构变形的控制效果明显，斜撑效应的发挥主要来源于斜桩与被动区土体相对位 移产生桩侧摩阻力；同时发现增大斜桩倾斜角度有利于增强斜桩的斜撑效应，使得支护桩侧移减小，但同时支护桩的 桩身最大正弯矩会增加；此外，在用桩量相同的情况下，不同斜直桩组合及布置形式对支护变形影响较小，采用一斜 两直的布置形式，能够在降低施工难度的同时减少直桩的受力。
阅读详情新型桩–土–撑组合支护体系工程应用研究
以上海某基坑工程为背景，应用 Plaxis 2D 有限元软件、采用土体硬化本构模型（HS）对新型桩–土–撑组合支 护体系进行计算分析，得到了该组合支护体系在基坑开挖时的变形规律。计算值通过与现场实测值对比分析发现：Plaxis2D 能够较好地预测新型桩–土–撑组合支护体系实际基坑开挖的围护结构变形；钢管斜撑的存在改变了传统双排桩的变 形规律，能够有效减小围护桩顶位移；基坑变形满足基坑安全和变形要求；该基坑支护体系无内支撑，不仅方便基坑 开挖，而且不会因为临时支撑的施工和拆除产生大量建筑垃圾，安全经济、绿色环保，可以为软土地区的深大基坑工 程提供参考。
阅读详情悬臂挡墙–微型桩加固填土边坡地震响应 特征研究
悬臂挡墙是一种适用于地震地区的支挡结构，应用广泛，墙后填料一般具有一定的坡度角，其抗震设计仍 面临如何确定地震土压力大小及其作用点、变形及破坏模式等诸多问题。另外，微型桩具有较好的抗震性能，其 在浅层滑坡治理加固等领域得到了广泛的应用，针对其在横向动荷载作用下的受力特征、荷载与变形累积等方面 的研究还相对较少。为此开展了悬臂挡墙支护的微型桩加固边坡地震响应特性的离心振动台模型试验研究，同时 对典型工况进行了数值模拟。主要从 3 个方面对微型桩–悬臂挡墙支护边坡的地震响应特征进行了分析讨论：(1) 边 坡的地震加速度响应及其坡顶沉降变形；(2) 微型桩地震响应与弯矩分布；(3) 悬臂挡墙动土压力大小及作用点、 弯矩大小及惯性弯矩的影响、地震位移变形模式、残余弯矩累积发展趋势。对输入输出加速度的传递函数分析表 明，边坡土体对输入地震波中接近其自振频率的频率分量具有显著的放大效应；微型桩结构上部设置刚性连接梁 能明显改善其受力性能，微型桩的柔韧性与延性等使其在地震荷载作用下可以耗散更多能量；悬臂挡墙上的惯性 弯矩超过动弯矩的 22%以上，不容忽视，当挡土墙后部填土坡度角较大且同时坡顶上部有荷载时，得到的动土压 力系数 ΔKae显著大于挡土墙后部填料为水平且无附加荷载的情况，试验数据表明多级地震后悬臂挡墙与微型桩的 残余弯矩显著增加，这在其抗震设计中需引起重视。
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