基于基于MidasGTS方案三维数值结果

1、川双龙800千伏换流站大件运输道路修复工程治理方案三维模型有限元数值分析结果1、基于MIDAS/GTS边坡稳定性数值模拟软件简介岩体作为一种地质结构体，具有非均质、非连续、非线性等特点，而且加卸载条件和边界条件都相当复杂，用传统的解析方法求解并不容易，而数值分析方法的主要特点是能够很好的考虑介质的非线性、各向异性和受到其他外界因素影响下的性质变化，解决了经典解析法在分析过程中存在的一些问题，随着现代计算机技术的发展，数值分析方法现已成为解决地下工程围岩稳定性问题的有力工具，特别是在评价工程活动或自然因素对周围环境的影响方面日益表现出其优势，常用的数值分析方法有：有限元法、有限差分法、边界元法、

2、离散元法等。在一些发达国家，早在二十世纪中期就开始出现一些功能强大的分析系统，这其中就有著名的NASTRAN有限元分析系统。后来又出现了包括PAFEC、SYSTUS、ANSYS、FLAC、FLAC3D、MIDAS/GTS在内的一大批分析软件。本次模拟采用迈达斯公司开发的岩土工程专用分析软件GTS。韩国迈达斯(MIDAS)公司开发的岩土工程有限元分析软件GTS(岩土与隧道分析系统)代表了当前工程软件发展的最新技术，在隧道工程与特殊结构领域为我们提供了一个崭新的解决方案。自从1989年以来，MIDAS公司致力于有限元分析与仿真方面的研究，而GTS就是在其基础上发展而形成的，其全新的操作界面和三维分

3、析功能，为岩土工程师提供了强有力的解决方案。该软件作为岩土专业通用有限元软件，MIDAS/GTS为用户提供了几乎所有的岩土分析，其中包括：线性静力分析、非线性静力分析、施工阶段分析、固结分析、稳定流分析、非稳定流分析、动力分析以及边坡稳定分析等。并且该软件具有CAD水准的三维几何建模功能，几乎能建成和实际情况非常类似的模型，经过验证的各种分析功能快速准确的有限元求解器，自动划分网格、映射网格等高级网格划分功能，以及完美的图形输出功能。其独特的Multi-Frontal求解器能为我们提供最快的运算速度，这也是最强大的功能之一；在后处理中，能以表格、图形、图表形式自动输出简洁实用的计算书。MIDA

4、S/GTS已经通过了QA/QC质量管理体系认证，能确保计算结果的精度和质量。2、治理方案数值模拟2.1数值模型的建立2.1.1工程概况工点位于宜宾市打渔村码头（重件码头）至小岸坝段，距打渔村码头西南800m处，该路段属于宜宾县建设管理区域，复龙站大件运输时利用原有道路进行运输，未对该段进行改造，为三级公路，混凝土路面，路面宽度约6.5m，右侧为陡坡，坡度近乎直立，高约19m，现有路基垮塌使部分路面处于悬空状态，长度约19m，给行车带来严重安全隐患，路基靠河侧有一根天然气管道，目前路面已经设置路障，只容许车辆半幅通过，公路右下方打渔村码头在建工地。场地可见基岩出露，为侏罗系上沙溪庙组泥质粉砂岩，

5、巨厚状，强风化层厚约13m，覆盖层为第四系全新统残坡积碎石土，厚约13m。该工点半边路基坍塌，设计的治理方案为：综合采用挡土墙+抗滑桩方法。设计路基治理长度为22.0m。2.1.2治理区域现状通过对工程区的现场实地调查和提供的勘察报告，该工程区位于四川中坳陷区之川东南褶皱束，地貌类型为构造侵蚀中低山地貌，自然边坡约3040，公路内侧为山体，右侧为陡崖，坡度近乎直立，坡高约19m，下方为在建打渔村码头工地，图1为勘察报告所提供的现场照片。图1现场照片2.1.3计算力学模型数值计算模型：数值模拟的可靠性一定程度上取决于所选取的计算模型。计算域的大小对数值模拟结果有重要影响，计算域取的太小容易影响计

6、算精度及可靠性，但如果计算域取的太大又使单元划分过多，受计算机容量限制往往会给计算带来困难，因此计算域要取得适中，既要保证工作的顺利进行，又要保证计算结果具有一定的准确性。根据支护范围，建立长X高=60mx58m的三维数值模型。所建立的抗滑桩+挡土墙支护模型（见图2）基本上与实际情况接近，这样能确保计算结果的准确性。MIDAS/GTS具有自动划分网格、映射网格等高级网格划分的功能，建立了单元体数为29509个的数值模型，单元网格划分后见图3所示。抗滑桩+挡土墙模型图图2图2单元网格图边界约束：计算域边界采取位移约束。由于影响范围有限，在治理区较远处岩土体位移值将很小，可将计算模型边界处位移视为

7、零。因此，计算域边界采取位移约束，即模型底部所有节点采用X、y、Z三个方向约束，XZ所在平面采用y方向约束，yz所在平面采用x方向约束。2.2计算参数该工程的计算参数根据勘察报告提供的数值结合相关工程的经验确定，如表1.1。表1.1材料参数一览表材料E/MPac/MPa(p/素填土300.48x10-314风化岩1.75x1040.225x10-230桩和冠梁3.1x1040.2/挡土墙2.55x1040.2/2.3模拟结果分析利用MIDAS/GTS可以模拟治理边坡效果，为了更好的了解桩的弯矩与位移情况以及挡土墙的位移，截取了数值模拟计算结果的水平位移图、竖向位移图与弯矩图如下。主要分析了治理

8、完成后的水平位移、竖向位移、弯矩情况。“一”表示分析对象与坐标轴反向。图中无特别说明，应力单位为KPa；位移单位：m。2.3.1位移场分析在该方案中，水平位移和竖直位移是评价支护后效果的重要参数，因为过量的竖直位移将直接路基的沉陷，影响道路交通的安全性。位移分析重点是挡土墙和桩的位移。在计算结果进行分析时，对计算后模型仔细分析了位移分布云图和桩的弯矩分布图。图4为整体水平位移分布云图。从图可以看出素填土区域位移值最大，其值为-4.132mm,图5为挡土墙的水平位移分布云图，图中看出挡土墙最大位移值为+0.66mm。从图6桩的水平位移分布云图可以看出桩体位移均为正值，最大位移值+1.615mm。

9、图7的整体竖向位移可以看出治理后路基的下沉量很小，公路沉降基本在0.53mm。因此从位移的情况来看，治理后的效果较明显，对道路的交通影响较小。DISPLACEf22aa3DfrJMBj-1，J_：；+1柏再的乃站2z胡&1出海CiM4.2%*5S957EU-OQ4穿;.29笛貂安IOl.斗14&M&ITO:-1.5?5Be-CO3ko%-2-q2TWe-3口.7監.SS.CM%CM肖2a2ffit-ljCl33J?0r-le-DO3-3.7D5a7e-KI34.1MJ2E-COJUi：C：ifni：iTrciDCO：4aiF4-E.46a!e-4ajQrSfaE-zrasee-iKH1咫”*C

10、.M9MeKHLut+1.：-OI53e-a03+6.E6?165J0d+5.-353115-0Dd-a3B91ih-0041i%-89Cn1+5-034u00iaiS42-DQq+2Cetf-TOOOA+1.14B33#-aO302%+9.96123e-aoq02%+2.21CCfl-OOfl2.3.2桩的剪力和弯矩分析桩的剪力和弯矩对桩配筋的重要的参数，从图8桩的剪力分布图可以看出桩的最大剪力值2206.4KN。从图9桩的弯矩分布图可以知道最大的弯矩值6292.2KN.m。-1.177+B&+0031E：1牯Jl327ja377-：03+1b6+CC603+T.O1Ci5l0+m2：.M出

11、论*521_，：+1J2dO4e+CO23S.1%-11491*003-1.6777fcID3B15+C023小结利用MIDAS/GTS优越的建模功能对治理区进行数值模拟分析。建立了与实际情况比较逼真的数值模型，材料参数也来源于勘察报告和相关工程经验。因此确保了本次数值模拟稳定性分析计算结果准确性和合理性。从数值模拟计算结果可以得出：1）从位移分布云图的分析结果可知，治理区采取支护措施后效果比较明显，挡土墙和桩的位移较小，道路的沉降值较小，对道路的交通影响较小，治理措施较为合理。2）从桩的剪力和弯矩分析结果可知，桩的剪力值和弯矩值分别为2206.4KN、6292.2KNm,模型考虑了三维模型中的协同作用，此分析值较为合理，计算值偏小不可作为计算配筋的依据，但是可以作为分析弯