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《flac程式之深開挖案例分析 - 財(cái)團(tuán)法人中華顧問》由會員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在應(yīng)用文檔-天天文庫。
1、軟弱黏土深開挖之FLAC程式分析地工部工程師林士誠地工部經(jīng)理陳福勝摘要本文應(yīng)用FLAC-2D程式，藉由進(jìn)行軟弱黏土層之假設(shè)深開挖案例分析，來說明使用FLAC-2D程式所需採用之指令及分析時(shí)所需選取之參數(shù)。由分析結(jié)果顯示，應(yīng)用FLAC-2D程式分析深開挖擋土支撐系統(tǒng)，不僅可獲得合理之擋土壁體變位同時(shí)也可以求得地表沉陷量，對於進(jìn)行建物保護(hù)或監(jiān)測系統(tǒng)之佈設(shè)有極大之助益。一、前言近二十年來，國內(nèi)深開挖工程在實(shí)務(wù)經(jīng)驗(yàn)上累積了相當(dāng)多的經(jīng)驗(yàn)，並且在學(xué)術(shù)研究上也有極豐碩之成果，而一般進(jìn)行深開挖擋土支撐設(shè)計(jì)時(shí)，也
2、都會仰賴數(shù)值分析方法模擬開挖、抽水、支撐架設(shè)與預(yù)力施加、樓板施築及拆除支撐等施工步驟，來預(yù)測擋土壁體可能產(chǎn)生之變位及地表沉陷，同時(shí)也依據(jù)分析結(jié)果來配置監(jiān)測系統(tǒng)或進(jìn)行建物保護(hù)之設(shè)計(jì)。對於所採用之?dāng)?shù)值分析程式有早期的WALL4及SOIL-STRUCT，到目前的RIDO、CRISP、FLAC、PLAXIS及ABAQUS等，而在工程界上較廣為使用的有RIDO、FLAC及ABAQUS等程式，其中RIDO程式是以結(jié)構(gòu)觀點(diǎn)，將擋土壁體視為一彈性基礎(chǔ)梁，而土壤及支撐系統(tǒng)則簡化成等值彈簧進(jìn)行分析，由於參數(shù)輸入簡便
3、、運(yùn)算速度快，縱使其分析模式之理論依據(jù)仍有諸多不清楚之處，然在國內(nèi)大地工程界多年來努力的結(jié)果，不僅掌握了RIDO應(yīng)用於臺灣區(qū)深開挖之工程經(jīng)驗(yàn)，同時(shí)對於程式之輸入?yún)?shù)敏感度也有相當(dāng)?shù)牧私?，因此，RIDO程式可以說是目前採用最為廣泛之分析程式。ABAQUS是以有限元素為基礎(chǔ)之分析程式，其可使用之分析模式極廣，功能極強(qiáng)，使用者需花較長的時(shí)間才能瞭解程式之分析邏輯，同時(shí)亦是目前較為昂貴的分析程式，除非有極特殊之工程問題，大都很少使用；FLAC程式為有限差分程式，是一個(gè)針對如巖石隧道開挖、深開挖、邊坡分析
4、及壓密等大地工程問題而發(fā)展的分析程式，由於其分析模式之理論頗為明確，又可分析一些重要或較為複雜的工程。同時(shí)對於RIDO無法滿足工程需求(如地表沉陷、不對稱開挖或地層位移等)之分析，採用FLAC程式均可迎刃而解，加上目前電腦容量及計(jì)算速度的增加，F(xiàn)LAC程式已逐漸被廣泛的應(yīng)用，並有取代RIDO的趨勢?；渡鲜鲋f明，本文乃針對FLAC程式應(yīng)用於深開挖分析之方法，以一假設(shè)案例來說明。6二、FLAC程式簡介FLAC(FastLagrangianAnalysisofContinua)係基於連體力學(xué)理論(
5、ContinuumMechanical)，將控制方程式以外顯有限差分法(ExplicitFiniteDifferenceMethod)來求解，由於有限差分法所撰寫之程式不像有限元素法需求得總體勁度矩陣，因此在運(yùn)算上的速度較快，且所佔(zhàn)之記憶體空間較為節(jié)省，同時(shí)目前的4.0版中可以由視窗來建立網(wǎng)格，及給定材料性質(zhì)等在使用上更加方便，圖一即為本文所建立之網(wǎng)格圖。FLAC程式之求解過程是以時(shí)階型態(tài)(Time-SteppingFashion)來求得每一節(jié)點(diǎn)的運(yùn)動方程式，其運(yùn)算方式如圖二所示。於運(yùn)算開始時(shí)給
6、予元素一接近臨界阻尼(CriticalDamping)的阻尼值，然後藉由外力使系統(tǒng)受力或變形而產(chǎn)生不平衡力，經(jīng)由運(yùn)動方程式求得相對應(yīng)之速度與位移，並求得應(yīng)變率，再由應(yīng)變率求得新的應(yīng)力增量。經(jīng)反覆運(yùn)算結(jié)果，當(dāng)不平衡力達(dá)到平衡時(shí)(即ΣF=0)，系統(tǒng)即可稱為達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)(Steadystate)，所求得之解即稱為靜態(tài)穩(wěn)定解，至於受力是否收斂至靜態(tài)解，則可由(1)當(dāng)不平衡力趨於零時(shí)，即顯示應(yīng)力已達(dá)平衡狀態(tài)；(2)速度趨於零時(shí)，顯示靜力平衡下沒有速度產(chǎn)生；(3)位移趨於定值時(shí)，表示達(dá)穩(wěn)定狀態(tài)等三種方式來檢
7、核。由於FLAC程式本身內(nèi)建有較為常用之土壤(或巖石)材料之組合律模式如：彈性、等向(elastic、isotropic)模式、Mohr-Coulomb模式、Cam-clay模式及應(yīng)變軟化(strainsoftening)模式等，而使用時(shí)各組合律模式均有其應(yīng)輸入之力學(xué)參數(shù)，惟使用者若要自行定義所需之模式，如：雙曲線模式(註1)，程式亦供FLACish語言(Fish)，讓使用者利用Fish撰寫副程式，以達(dá)到所欲運(yùn)算之目的。對於FLAC程式應(yīng)用於開挖分析中較常使用之指令如表1所示。三、深開挖分析模擬
8、本文針對FLAC程式進(jìn)行深開挖分析加以說明，而其模擬流程大致如圖三所示，其中各階段之開挖模擬方法、土壤模式及參數(shù)的決定，說明如下。(一)土壤模式FLAC程式提供許多材料之組合律模式(可參考FLAC程式使用手冊[1])，而一般工程較常採用之Mohr-Coulomb模式在程式中係採用線彈性完全塑性的土壤應(yīng)力應(yīng)變行為，所需輸入?yún)?shù)包括土壤密度ρ、凝聚力c、摩擦角ψ、膨脹角Ψ、彈性體積模數(shù)Κ、彈性剪力模數(shù)G及張力強(qiáng)度等七個(gè)參數(shù)，其中Κ、G值之輸入較為重要，可經(jīng)由土壤彈性模數(shù)E值和柏松比μ應(yīng)用式(1)和式
