0 引言

国内外学者对桥台和坝体基础底面及地基应力进行了大量的研究，孙锴等[1]采用FLAC3D数值模拟软件对煤矸石路堤沉降与应力分析与现场测试对比研究，对在不同压实度和填筑高度下路堤模型的水平位移、竖向沉降、最大应力值进行了计算，并对变化规律进行了研究；张炜熠[2]采用ANSYS与FLAC3D对某坝体稳定性的分析，分析了ANSYS和FLAC3D建模特点，分别采用ANSYS和FLAC3D建立二维模型，模拟计算了某坝体受力后应力场和位移场的变化，对计算结果进行了差异性分析。

1 FLAC3D数值模拟的计算过程

1.1 有限差分法

由于岩土工程问题的基本方程(本构方程、几何方程、平衡方程)和边界条件大部分以微分方程体现，因此采用有限差分法求解[3-8]。标准的有限差分网格如图1所示，其中r，s，t为节点编号；h，k，l为步长。

  

图1 标准的有限差分网格Fig.1 Standard finite difference grid

1.2 计算过程

FLAC3D的计算过程[9-11]如图 2所示。

  

图2 FLAC3D 的计算过程Fig.2 FLAC3D calculation process

2 模型建立

2.1 建立模型

为了建立模型，真实地还原地基对结构的应力，首先把结构与结构相互衔接的地基视为一个整体进行整体模拟计算，根据相关力学经验公式[12-15]，把土体总体宽度设置为2倍的基础宽度，因此设置所有与土体影响深度为20 m，宽度方向设置为30 m，长度方向设置为70 m，桥坝三维实体几何模型如图3所示。

  

图3 桥坝三维实体几何模型Fig.3 Bridge dam 3D solid geometric model

2.2 边界条件

模型是由结构和土体共同建立的，模型的边界尺寸界定在土体的边界条件上[16-18]，土体、坝体、桥台共同作用，保证了桥坝基础的沉降与相互接触的地基土体保持一致，土体的边界条件见表1。

 

表1 土体的边界条件Tab.1 Soil boundary conditions m

  

土体面法向量坐标(0,0,1)(0,1,0)(1,0,0)限制位移方向x,y,zyx土体面位置z=0y=0,y=30x=0,x=70

2.3 材料物理力学性质

第1阶段到第6阶段桥台与坝体基底拉应力云土如图5—图10所示。

 

表2 材料物理力学性质Tab.2 Physical and mechanical properties of materials

  

材料单元类型抗拉强度/kPa泊松比弹性模量/MPa密度/(kg·m-3)内聚力/kN内摩擦角/(°)预应力拉索Cable单元--190 000---粉质黏土摩尔—库仑370.26101 9803715C30混凝土弹性各向同性1 2300.2030 0002 500--回填土摩尔—库仑300.2591 8003015含砾粉质黏土摩尔—库仑430.2881 9804215C25混凝土弹性各向同性1 2900.2025 0002 500--圆砾摩尔—库仑00.25202 100032

2.4 上部结构对桥台的外荷载

各阶段桥坝基础基底拉应力最大值见表4。

可以想象，让游客进入古村在古民居四合院的客房内住下后，或坐在天井中打牌聊天，或逛着景点古村，坐在戏台下边吃着麻糍、糍糕、薯干、汤包、溪滩榨面、小京生等当地美味小吃，边观赏有关王羲之的越剧说唱和其他越剧传统剧目，选购一些含有书法元素(如花岗石等雕刻的镇纸、墨盘等)、王羲之元素、道教元素的旅游纪念品和当地土特产，或漂流戏水，或学习一些书法基本知识，这样的旅游项目多么符合当代厌倦“快餐式旅游”的都市人的口味.相比王羲之墓三千万投资，这些项目投资不大，适合个体承包专业经营或若干农户合股合伙专业经营，可以吸纳大量回乡创业、就业的外出务工人员.

 

表3 上部结构对桥台的外荷载Tab.3 External load on the abutment of the upper structure

  

载荷方式作用位置垂直力/kN水平力/kN弯矩/(kN·m)主拱恒载主拱座面7 4009 400-800人群载荷主拱座面240380-190汽车载荷主拱座面9501 200-460温度载荷主拱座面-5602 100腹拱腹拱座面540880-制动力主拱座面-90420水压力高水面-5.4 m的水压力-土压力桥台背墙-7 800-预应力--2 800×5-

2.5 预应力的模拟

基础采用数级矩形台阶进行模拟分析[18]，基础底面尺寸为14.5 m×10.4 m，桥台与坝体的基础底面是土体和结构发生的接触面，其受力状态随着沉降逐渐发生改变，基础材料为混凝土材料。混凝土材料存在抗拉性、抗压强度高的特点，如果整体结构受力状态超过混凝土的抗拉强度时，会发生基础破坏以及整个结构失稳等特性，地基的表面应力直接反映了土体的承载能力。因此，对基础底部拉应力的分布的研究是很有必要的。

  

图4 预应力自由段与锚固段以及预应力张拉力Fig.4 Prestressed free and anchored sections as well as prestressed tension

3 桥台和坝体基础底面应力分析

由于模拟预应力存在诸多困难，模拟把端头的锚固参数设置为极大值，从而锚索受力时，端头将不会滑动，相当于锚具的作用，预应力自由段与锚固段以及预应力张拉力如图4所示。

本疗法出现了一些不良反应，但所有的不良反应均较轻，可以耐受，且均在0.5～5 h内自行缓解，无患者因不良反应而停药，这与按需服用西地那非的不良反应基本是一致的[24-25]，说明按规律联合按需口服西地那非疗法并没有额外增加患者的不良反应，是安全的。

材料物理力学性质见表2。

  

图5 第1阶段桥台与坝体基底拉应力云图(桥台和中间坝体建成后)Fig.5 Tensile stress cloud map of stage 1 abutment and dam body(abutment and the middle dam was completed)

  

图6 第2阶段桥台与坝体基底拉应力云图Fig.6 Tensile stress cloud map of stage 2 abutment and dam body(after closing the dam body was completed)

  

图7 第3阶段桥台与坝体基底拉应力云图(张拉预应力)Fig.7 Tensile stress cloud map of stage 3 abutment and dam body(tension prestress)

  

图8 第4阶段桥台与坝体基底拉应力云图(回填土、后台土压力施加)Fig.8 Tensile stress cloud map of stage 4 abutment and dam body(backfill soil，earth pressure applied)

  

图9 第5阶段桥台与坝体基底拉应力云图(上部结构荷载施加)Fig.9 Tensile stress cloud map of stage 5 abutment and dam body(superstructure load applied)

  

图10 第6阶段桥台与坝体基底拉应力云图(水压力施加)Fig.10 Tensile stress cloud map of stage 6 abutment and dam body(water pressure applied)

由于在模拟的过程，需要精确掌握上部结构对桥台施加的不利载荷，从而对桥坝的设计进行核对，对桥台的外部载荷进行了分析研究。施加于结构的外部载荷见表3。

“这批凤梨是2017年11月2号种下去的，使用产期精准催花技术，能够实现周年产果。”在幸福农场果蔬园区的凤梨标准化基地，为我们做出详细介绍的，正是获得2017年农业部“风鹏行动 新型职业农民”称号的陈远。他被农场聘为园区职业经理人，示范带动农场职工和周边农民种植果蔬上万亩，2017年带领园区实现利润二百余万元。

 

表4 各阶段桥坝基础基底拉应力最大值Tab.4 Maximum tensile stress of foundation of bridge dam in each stage

  

序号基础底部拉应力桥台基底最大拉应力/MPa坝台基底最大拉应力/MPa1桥坝的建立335.0175.22合拢段的建立364.8384.23预应力的张拉368.2671.04回填土和侧墙的建立422.5445.85上部载荷的加载513.8508.6

由数据分析可知：桥台基础底面拉应力主要集中在矩形四周，其中内侧的两角点的拉应力较大；坝体的基础底面拉应力主要集中在基底两侧，所有工况中，混凝土的抗拉强度大于坝体与桥台基础底面最大拉应力，反映了基础强度的满足要求、结构安全可靠。

4 结语

为了研究土体的承载能力，采用FLAC3D数值模拟软件对的台和坝体基础底面及地基应力进行了分析研究。首先对FLAC3D的计算过程进行了分析，然后分析了模型的边界条件、材料物理力学性质、上部结构对桥台的外荷载、预应力的模拟，模拟分析了桥台和坝体基础底面应力。研究得出，桥台基础底面拉应力主要集中在矩形四周；坝体的基础底面拉应力主要集中在基底两侧，混凝土的抗拉强度大于坝体与桥台基础底面最大拉应力，反映了基础强度的满足要求，研究为类似工程条件的桥坝设计提供一定的理论依据。

参考文献(References)：

为了保证PPP模式下公路工程投资效益，需从公路工程可行性研究开始，经过工程准备、招投标、施工图设计、承发包、施工、竣工、联合试运转、运营、后评估等，围绕工程全过程展开造价管理，但在具体操作层面仍存在一些问题。

[1] 孙锴，彭立，杜勇立，等.基于FLAC3D的煤矸石路堤沉降与应力分析与现场测试对比研究[J].公路工程，2014(1)：83-87.

Sun Kai，Peng Li，Du Yongli，et al.Comparison and research on settlement，stress analysis and field test of coal gangue embankment based on FLAC3D[J].Highway Engineering，2014(1)：83-87.

[2] 张炜熠.基于ANSYS与FLAC3D对某坝体稳定性的分析[J].江西建材，2017(23)：131.

Zhang Weiyi.Analysis of stability of some dam based on ANSYS and FLAC3D[J].Jiangxi Building Materials，2017(23)：131.

[3] 孙展杰，孙倩.基于FLAC3D软件的土石坝应力应变分析[J].山西建筑，2011，37(7)：236-237.

Sun Zhanjie，Sun Qian.Stress and strain analysis of earth dam based on FLAC3D Software[J].Shanxi Architecture，2011，37(7)：236-237.

[4] 袁经中.基于FLAC3D的某尾矿坝稳定性研究[J].中国矿山工程，2015，44(1)：64-66.

Yuan Jingzhong.Study on stability of a tailing dam based on FLAC3D[J].China Mine Engineering，2015，44(1)：64-66.

[5] 徐媛媛，傅崇，唐勇.基于FLAC3D某斜坡区域既有建筑物地基性能及稳定性分析[J].勘察科学技术，2016(3)：1-5.

Xu Yuanyuan，Fu Chong，Tang Yong.Foundation performance and stability analysis of existing buildings based on FLAC3D slope area[J].Site Investigation Science and Technology，2016(3)：1-5.

[6] 唐浩，蔡德所，解凌飞.基于FLAC3D的万家口子高拱坝整体稳定安全度研究[J].广西师范大学学报(自然科学版)，2012，30(4)：184-192.

Tang Hao，Cai Desuo，Xie Lingfei.Research on the overall stability and safety of Wanjiakouzi high arch dam based on FLAC3D[J].Journal of Guangxi Normal University(Natural Science Edition)，2012，30(4)：184-192.

[7] 蒋中明，熊小虎，曾铃.基于FLAC3D平台的边坡非饱和降雨入渗分析[J].岩土力学，2014(3)：855-861.

Jiang Zhongming，Xiong Xiaohu，Zeng Ling.Unsaturated rainfall infiltration analysis based on FLAC3Dplatform[J].Rock and Soil Mechanics，2014(3)：855-861.

[8] 姜晓日，高文华，孙路.基于FLAC3D的高边坡稳定性计算结果的规律性研究[J].采矿技术，2013，13(2)：22-24.

Jiang Xiaori，Gao Wenhua，Sun Lu.Research on the regularity of the calculation results of high slope stability based on FLAC3D[J].Mining Technology，2013，13(2)：22-24.

[9] 帅婷.基于FLAC3D的台背回填施工过程数值模拟分析[J].城市建设理论研究，2015(23)：24-28.

Shuai Ting.Numerical simulation analysis of FLAC3D based backfill construction process[J].Urban Construction Theory Research，2015(23)：24-28.

[10]杨光，李雪伍，石甜.基于FLAC3D的边坡稳定性研究[J].计算机与数字工程，2013，41(3)：466-468.

Yang Guang，Li Xuewu，Shi Tian.Research on slope stability based on FLAC3D[J].Computer & Digital Engineering，2013，41(3)：466-468.

[11] 贾会会.基于FLAC3D基底演化弱层排土场稳定性分析研究[J].山西建筑，2016，42(36)：69-71.

Jia Huihui.Stability Analysis of dacron dump ground based on FLAC3D evolution[J].Shanxi Architecture，2016，42(36)：69-71.

[12]马伟伟，程宏，杨玉学.基于FLAC3D数值模拟采场顶板变形和应力分布[J].现代矿业，2013，29(9)：13-15.

Ma Weiwei，Cheng Hong，Yang Yuxue.Roof deformation and stress distribution based on FLAC3D numerical simulation[J].Modern Mining，2013，29(9)：13-15.

[13] 杜海鑫，周韡.基于FLAC3D的道路边坡地震响应分析[J].市场周刊：理论研究，2012(11)：123-126.

Du Haixin，Zhou Hua.Seismic response analysis of road slope based on FLAC3D[J].Market Weekly：Theoretical Research，2012(11)：123-126.

[14]谭剑松.基于FLAC3D刘家湾陡坡高路堤左侧桩板墙的变形研究[J].公路，2013，58(12)：8-13.

Tan Jiansong.Research on deformation of pile wall on the left of embankment with high inclined embankment in FLAC3D[J].Highway，2013，58(12)：8-13.

[15]何相礼，李健全，朱方敏.基于FLAC3D的地基土地震作用下孔压的变化分析[J].山西建筑，2012，38(18)：68-70.

He Xiangli，Li Jianquan，Zhu Fangmin.Analysis of pore pressure changes under the action of earthquake with FLAC3D foundation soil[J].Shanxi Architecture，2012，38(18)：68-70.

[16]谢武军，魏世豪，杨明，等.基于Slide和FLAC3D的河岸高边坡稳定性分析[J].土工基础，2017(3)：287-291.

Xie Wujun，Wei Shihao，Yang Ming，et al.Stability analysis of high bank slope based on slide and FLAC3D[J].Soil Engineering and Foundation，2017(3)：287-291.

[17]季宗亿，涂兴怀.基于FLAC3D的泸定泄洪洞出口边坡稳定分析[J].水电能源科学，2009，27(5)：136-138.

Ji Zongyi，Tu Xinghuai.FLAC3D-based stability analysis of luding spillway exit slope[J].Water Resources and Power，2009，27(5)：136-138.

[18]于文波，朱大勇，汪鹏程，等.基于FLAC3D的新桥高陡边坡二维与局部三维稳定性分析[J].工程与建设，2013(3)：374-376.

Yu Wenbo，Zhu dayong，Wang Pengcheng，et al.Two-dimensional and local 3D stability analysis of Xintiandi high steep slope based on FLAC3D[J].Engineering and Construction，2013(3)：374-376.