数值模拟网格密度对土体沉降的影响

摘 要：为了得到网格密度对土体沉降的影响规律，建立了一个简单的复合地基模型，应用FLAC3D4.0进行数值模拟，通过改变水平向和竖向网格密度以及改变桩长来分析比较土的沉降随网格密度及桩长变化的规律：竖向网格密度不宜太密，取0.2米为宜，当桩端置于土层底部时，土体沉降不随竖向网格密度的变化而变化，只与底端土层的约束情况有关；在X-Y平面，桩置于网格中不同于桩置于网格节点上的土体沉降变化规律，这是因为桩设在节点上，土体向四周传力不均匀，扩散范围小.相反，桩设在网格中，土体向四周传力均匀，扩散范围大，符合实际情况。

关键词：FLAC3D4.0；沉降；网格密度

1 引言

随着城市高层建筑的迅速发展，基坑规模越来越大，深度越来越深，地基处理更加复杂，沉降对环境的影响更加严重。在众多的岩土工程分析软件中，FLAC3D4.0是一个强有力的分析软件。该软件具有显著的优点，使其特别适合于对地基进行应力和变形分析。

2 模型的建立[1][2]

取模型尺寸大小为1.2m*1.2m*4.7m，厚度方向分三层：顶层为底板，厚0.4m，网格为1个；中间层为垫层，厚0.3m，网格为1个；底层为均质土，厚4.0m，网格为40个、20个和10个三种情况。详见[3]。

桩顶与垫层及桩底与土层分别进行弹性连接，以此来测桩顶和桩底的位移，桩顶的位移主要是垫层被压缩，桩底位移主要是桩底土层被压缩，桩本身的压缩量很小，可以忽略不计。底板、垫层、桩与土层的连接由FLAC3D程序实现自动连接。桩周土体采用Mohr-Coulomb弹塑性本构模型；边界条件是上边界为自由边界，侧面边界为水平向滑动支座，底面边界为竖向滑动支座。在设置模型边界条件时，采用Fix命令实现，即固定x方向和y方向的位移，z方向仅在模型底部固定。

3 数值模拟结果及分析

数值模拟主要分析内容：在相同加载条件下，桩顶伸入垫层0.01m，桩底分别置于土层底层网格顶部、中部及底部，改变竖向网格密度，比较土体沉降随水平向网格密度的变化情况。如下图所示，图（1.1）情况一：改变竖向网格密度，桩底置于土层底层网格顶部；图（1.2）情况二：改变竖向网格密度，桩底置于土层底层网格中部；图（1.3）情况三：改变竖向网格密度，桩底置于土层底层网格底部。

土的沉降分析：由图（1.1）和（1.2）可以看出，桩端置于土层底层网格顶和中间，土的沉降随竖向网格密度的增加而减小，由图（1.3）可以看出，桩端置于土层底层网格底部，土的沉降基本不随竖向网格密度的变化而变化。在X-Y平面，当网格密度为1个/1.2m、3个/1.2m和5个/1.2m，即桩置于网格中时，土的沉降随水平向网格密度的增加而增加，当网格密度为2个/1.2m、4个/1.2m和6个/1.2m，即桩置于网格节点上时，土的沉降随网格密度的增加也增加，但置于节点上比置于网格中土的沉降大得多。

4 结束语

（1）当竖向网格密度为0.1m/个，即单元网格高为0.1m时，不论桩底置于土层底层网格的顶部、中部还是底部，土体沉降基本不变。

（2）当桩置于土层底层网格的底部，不论竖向网格密度为0.1m/个、0.2m/个还是0.4m/个，土体沉降基本不变。

（3）在X-Y平面，网格密度为奇数个数不同于网格密度为偶数个数。这是因为桩设在节点上，土体向四周传力不均匀，扩散范围小。

参考文献

[1]FLAC3D version 4.0 Example Application. ITASCA.

[2]彭文斌.FLAC3D [M].机械工业出版社，2008.

[3]虞春，周雄辉，张永清.基于特征的有限元网格划分研究[J].机械科学与技术，1999（02）42-44.

作者简介：李志鸢（1975，4-），女，籍贯：河北省阳原县，学历：在读博士，现职称：讲师，研究方向：基坑变形方向。